層流冷卻系統改進措施分析

南京鋼鐵聯合有限公司 徐 龍

層流冷卻系統改進措施分析

南京鋼鐵聯合有限公司 徐 龍

在板材生產中，層流冷卻技術在保證產品工藝性能方面發揮著重要作用。其過程復雜，工況變化頻繁，無法用精確的數學模型來描述。由于層流冷卻受多種因素影響，只有不斷提升控制冷卻的技術，才會給企業帶來更多的效益，滿足企業對板材生產質量的要求。層流冷卻技術包括層流冷卻設備工藝布置、層流冷卻區組成、熱傳導機制、控制模型、操作模式、層流冷卻控制策略及層流冷卻系統現狀等部分。在生產中應確保層流冷卻設備的正常運行，不斷優化層流冷卻控制模型的參數，以提高層流冷卻模型預報精度。層流冷卻技術在各企業的廣泛應用有效地提升了產品質量，以鋼板冷卻為例，層流冷卻對鋼板表面冷卻比較均勻，適用于板材的強冷卻過程。但是這種技術也存在不足之處，因此，對層流冷卻系統的進行優化是很有必要的。

一、層流冷卻系統

層流冷卻就是使低水頭的水通過水箱或者其他集水裝置，流過彎曲管后形成的一種漫流無旋的層流狀水體。這種水體干凈無雜質。在軋機的軌道上方，冷卻水形成一層冷卻帶，并通過特定裝置在一定的高度往鋼板上平穩均勻地灑落。這種灑落方式有效地擴大了水體與板材的接觸面積，接觸的面積越大，對板材的冷卻效率就越高。對于層流冷卻系統的控制，必須根據企業對生產的需要，采用不同的冷卻方式進行。一般層流冷卻系統的控制都是根據原始參數的擬定，計算板材的溫度，設定冷卻所需的長度。然后根據測量結果計算冷卻管的數量，對其進行水量的調節，這樣的工藝流程一般比較復雜，其中最重要的就是水量調節和板材溫度計算。兩者對層流冷卻要求影響很大。要達到工業生產中卷曲溫度的目的，在冷卻裝置上應裝設相應的檢測儀器，這些儀器可以提供所需要的數據。如，在供水管道上設置水溫和水壓的測量儀器，可以根據數據調控水位；加設保溫罩是為了保證精軋開軋溫度，如果這個溫度不保證，軋機軋制負荷將增大，會引起板子的終軋溫度降低，從而導致板子晶粒細小、硬度過高，對設備損害極大。層流冷卻是為了控制卷取溫度，通過層流冷卻系統，控制鋼板的冷卻速度，達到設定的卷取溫度，從而得到劇痛優良組織和性能的產品。

二、影響層流冷卻系統的因素

1.冷卻水流的溫度。在軋機的上方，冷卻帶對水量的調控起著重大作用，冷卻水流量越大，換熱效率就越大。但是溫度對冷卻效率的影響很大，因此，必須在一定范圍內調控水的溫度。

2.鋼板的運行速度。在板材生產中，軋機上的鋼板運行速度的快慢影響冷卻效果的好壞。實驗證明，板材在生產中運動速度越快，冷卻的效率越高。板材運動速度越快，水體流在板材表面產生的蒸汽膜就越薄透。在板材上產生的氣泡會隨蒸汽膜數量的減少而減少。不利于層流冷卻的效果。但是調控速度必須在可行范圍之內，過快的速度也無法夠達到最優效果。

3.側噴角度及壓力大小。調節側噴角度的大小，使水體噴灑在板材中間，不能噴灑在板材的邊部，否則會導致板材的邊部過冷瓢曲，給生產到來一定的負面影響。而側噴的壓力也是有一定的規定，不能超過極限范圍。側噴壓力越大，板材與水體的熱交換就越充沛，冷卻也越均勻。

4.水流雷諾系數的影響。測量集水箱內流體的流量，就要了解一些物理參量的變化。如，流體分布，流體的狀態等。實驗表明，雷諾系數跟流速、集水箱管道直徑以及流體黏滯性有關系，雷諾系數越大，層流狀態越差，冷卻效率就越低。反之，雷諾系數越小，表明流體的狀態以及分布均勻，層流的狀態越好，冷卻效率就越高。

三、層流冷卻系統優化改進措施

層流冷卻系統雖然冷卻能力強，噴水在板材上表面以及縱向冷卻均勻，但是冷卻距離較長，橫向冷還受集管距離影響，不能做到均勻冷卻。層流冷卻的水質干凈無雜質，對水的質量要求很高。同時，系統設備比較龐大，不符合工業生產中簡單、易操縱的標準，且維修困難。板材的不均勻冷卻是導致板材質量問題的主要原因。本文，筆者主要針對板材的橫向不均勻冷卻、厚度方向的不均勻冷卻等問題進行分析，并提出了相應的改進措施。

（1）板材橫向冷卻不均勻問題改進措施。板材橫向冷卻不均勻使得表面中部存水，造成板材中間的熱量不能及時散發，導致板材傳熱系數變低。板材兩邊的熱量散發過快，而中間的熱量散發較慢，板材的兩邊和中間的傳熱系數差距過大，從而導致板材變形。對于這類問題，在工藝上一般采取邊部遮蔽技術。采用該技術，兩側的噴水量可由板寬調節，遮蔽擋板可以防止水流直接噴在兩側，從而保證板材兩側和中間的傳熱系數處在同一水平，使板材橫向散熱均勻。

（2）板材厚度方向的冷卻不均勻問題改進措施。對于該問題，一般采取自動調控上、下集中管水量的措施。這一措施不僅能夠保證控冷裝置的開關控制方式，還能對集水管的上、下表面進行合理的調節，均勻地分配送水量，最終將溫度控制與板材的厚度協調起來。

（3）其他改進措施。對層流冷卻系統中的液位進行控制，可以得到穩定的液位，這對保持集管流量的穩定和上位機預設的精度都是非常重要的。對目標卷取溫度進行前饋和反饋控制，提高卷取溫度的控制精度，也是提高板材質量的有效措施。

上述改進措施已經在實際生產中得到了廣泛應用，并且取得了很好的控制效果，在提高層流冷卻系統工作效率的同時，給企業帶來了良好的經濟效益，值得推廣應用。