高線斯太爾摩氣霧冷卻實踐

周建波 蘇劍 韓凱祖

摘 要：文章介紹安鋼公司軋鋼廠在生產盤螺（HRB400）時通過在斯太爾摩風冷線加裝氣霧冷卻裝置來控制吐絲后軋件頭部未穿水部分的溫度。通過不斷的改進氣霧冷卻的方式，達到最佳的冷卻效果，同時改善因線圈搭接而導致線材在風冷線上通條冷卻不均、同圈性能波動大的問題。

關鍵詞：盤螺；斯太爾摩風冷線；氣霧冷卻；改進

前言

我廠自2008年開始大批量生產包括HRB400在內的盤條螺紋鋼，主要規格有￠6.0mm、￠8.0mm、￠10.0mm，給公司帶來了良好的效益。但產品使用方斷斷續續反饋一些產品性能方面的問題，主要為產品屈服強度低國標、無明顯屈服平臺、通條性能不佳等問題。

為解決這些問題，我廠采取多種措施以確保產品質量符合要求，其中一項主要的措施就是將頭部未穿水部分剪切徹底。因穿水冷卻設備無法使各閥的水流跟隨頭部進行穿水，導致軋件頭部未穿水，溫度較穿水部分高。頭部未穿水段約15～20圈，因吐絲時溫度未降到工藝要求溫度，使該部分的性能指標得不到保證，需要在精整區域剪切掉。雖然產品質量得到了保證，但成材率達不到預期，浪費了材料，提高了生產成本，減少了企業效益。為此，參照胡小東，胡林等《關于線材斯太爾摩線氣霧冷卻的研究》一文方法，在斯太爾摩風冷線處增設氣霧冷卻裝置，以改善產品性能并減少頭部剪切量。

1 氣霧冷卻原理

線材在氣霧冷卻區域內的傳熱分為傳導、對流和輻射三個物理過程。首先，氣霧冷卻裝置打開后，壓縮空氣與水形成的氣霧會形成一個噴淋區，區域內設備如輸送輥、邊板、周圍空氣等會明顯降低，高速氣流與氣霧加快了熱鋼周圍氣體流動，有利于線材表面熱量傳導；同時形成的小水滴接觸高溫熱鋼后立即蒸發為氣態，吸收大量熱量。相比單純的風機冷卻，可以大幅度提高熱鋼冷卻速度。

2 氣霧冷卻裝置設計及改進

2.1 第一代氣霧冷卻裝置在斯太爾摩線上安裝使用，如圖1所示。

圖1 氣霧冷卻裝置在斯太爾摩線上的安裝位置示意圖

如圖1所示，該裝置在近吐絲機處噴嘴排面最密集，然后在線圈兩端搭接點密集處設置多個噴嘴，通過接入高壓水（約0.5MPa，從穿水冷卻水總管接入），使用電磁閥控制水的開關，電磁閥的動作與精軋電機運轉同步。高壓水流在噴嘴處霧化。同時安裝時控制噴嘴與線圈行進方向成15°夾角，最大程度使線圈得到冷卻。

但經過一段時間的使用及對頭部性能進行跟蹤后，效果不是很理想，主要存在問題有：（1）由于冷卻水僅通過噴嘴進行霧化，霧化程度不足，個別噴嘴因內徑較大而形成細水柱，直接打到熱鋼上，易造成成品材局部水銹或性能偏差；（2）因工藝需要，1#風機需開啟。導致風與氣霧對吹，大大減少了氣霧與熱鋼接觸的數量。（3）噴嘴易堵塞。凈環水中含有一定的雜質，噴嘴使用一段時間后容易被大顆粒的雜物堵塞，起不到霧化作用。

因增設氣霧裝置后冷卻效果不佳，各規格盤螺頭部5圈內抽樣性能指標不理想，仍存在屈服強度低于內控或不達標的現象。

2.2 第二代氣霧冷卻裝置

針對氣霧裝置在使用過程中出現的以上問題，通過技術人員重新設計，對氣霧裝置進行二次改造，改變氣霧裝置外形、接入壓縮空氣強迫水流霧化等措施來提高裝置的作用。

第二代氣霧冷卻裝置與第一代安裝位置相同。通過將壓縮空氣導入霧化裝置，提高了冷卻水的霧化效果，同時也加快了氣霧的速度，有更多的小水滴與熱鋼接觸，冷卻效果得到改善，但該裝置仍安裝在風冷線的上方，在生產過程中，下方風機開啟產生的強風降低了氣霧冷卻的效果。為根本改變這種狀況，設計了第三代冷卻裝置。

2.3 第三代氣霧冷卻裝置安裝示意圖及水管示意，如圖3所示。

第三代氣霧冷卻裝置固定在風機下方側板上，冷卻水通過自身的壓力和風機氣流混合從輥道縫隙中噴出，不僅霧化效果良好，而且擴大了霧化面積，最后通過在風機上方加蓋收霧裝置，使氣霧不致彌散到空中。吐絲機出口上下方向也增設一條噴霧水管，采用電磁閥控制，軋件在精軋機首架咬鋼后即產生控制信號打開水閥噴霧，預先形成氣霧區域，軋件頭部出吐絲機后即可以急速降溫，8秒后電磁閥執行關閉動作，停止吐絲機上下水管噴霧。第三代氣霧冷卻裝置缺點：風機導風筒與傳輸輥道間存在縫隙，固定氣霧噴嘴處開孔，氣霧在風機及輥道各處存在，并冷凝成水滴。需要保護傳輸輥道電機設備并做好各處的防銹工作。

3 使用效果

經現場測量，完全空冷冷速約為4℃/s，改用氣霧冷卻后，冷卻速度可達到20～30℃/s，使頭部溫度控制在工藝要求范圍內。安裝氣霧冷卻裝置前頭部需要剪切15～20圈，穩定生產時盤螺頭部5圈內抽樣檢測性能指標屈服強度在410～445MPa，性能波動在30Mpa內。安裝氣霧冷卻裝置后穩定生產時盤螺頭部5圈內抽樣檢測性能指標屈服強度在430～450MPa，經過長時間的跟蹤抽檢，各規格盤螺頭部的性能穩定，頭部剪切量減少到1～5圈。

從長期的抽樣與生產實踐跟蹤，與之前未使用氣霧冷卻裝置相比，各規格盤螺成材率均有很大的提高，平均增加0.5個百分點，按年產100萬噸盤螺計算，減少5000噸產量損失。

4 結束語

目前，安源軋鋼廠兩條高速線材生產線均配備了氣霧冷卻裝置，盤螺頭部未穿水段與穿水段屈服強度差控制在5～10MPa內，減少了頭部未穿水段剪切量，大大提高了成材率，且減少線材表面的氧化鐵皮，改善表面質量；同時降低了環境溫度，改善了操作環境，為企業降本增效作出貢獻，并取得了良好的經濟效益，具有極大的推廣價值。

參考文獻

[1]胡小東，胡林，等.關于線材斯太爾摩線氣霧冷卻的研究[J].軋鋼，2005.

作者簡介：周建波（1985，12-），江西萍鄉，助理工程師。

蘇劍（1979，10-），江西萍鄉，助理工程師。

韓凱祖（1980，9-），江西萍鄉，助理工程師。