國內某鋼廠超快冷系統的研究及應用*

宋國智，武志強，張　霞

(東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室, 遼寧 沈陽　110819)

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國內某鋼廠超快冷系統的研究及應用*

宋國智，武志強，張霞

(東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室, 遼寧 沈陽110819)

軋后冷卻是某些鋼板生產工藝的重要環節之一，冷卻后溫度的均勻性直接影響鋼板的性能和板形。介紹了國內某鋼廠使用新一代超快冷系統的研究及應用情況。

超快冷系統； 研究； 應用； 自動化； 管線鋼

引言

控制軋制和控制冷卻技術(TMCP)是20世紀鋼鐵行業最偉大的成就之一，是鋼鐵業得以發展的關鍵和共性技術。軋后冷卻工藝經過30多年的發展，主要經歷了兩個階段：一是1980年開發并發展成熟的以層流冷卻為代表的傳統層流冷卻技術；二是1998年后日本JFE鋼鐵公司開發的Super-OLAC冷卻設備所具備的，以超快速冷卻為特征的新一代軋后冷卻技術，也正是當前及至未來中厚板軋后冷卻技術的趨勢[1]。為滿足高品質、節約型中厚板產品的生產需求，降低生產成本，提高產品效益，提升企業競爭力[2]，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室(RAL)為某廠的板材生產線新建了一套具備常規加速冷卻功能、超快速冷卻功能、直接淬火功能的多功能、先進性的軋后冷卻裝置(ADCOS-PM)。

1　冷卻原理簡介

1.1層流冷卻

鋼板冷卻、換熱強度偏低，主要原因在于其冷卻機理主要采用膜狀沸騰換熱；在冷卻過程中，由于普通層流冷卻設備縱向集管間距較大，冷卻水落到熱鋼板表面上以后，造成膜狀沸騰換熱區域(區域Ⅲ)遠大于射流沖擊換熱區域(區域Ⅰ)，由于汽膜阻熱，導致冷卻強度較低，如圖1所示。這種換熱原理有以下缺點：1)冷卻能力不足，對于需要高強度、大冷速的鋼鐵品種的開發無法滿足。2)冷卻后鋼板溫度均勻性差，冷卻后鋼板板形難以控制。

1.2射流冷卻

東北大學的ADCOS-PM采用射流冷卻，能夠在區域Ⅱ快速地打破汽膜，在區域Ⅲ使新的冷卻水與鋼板表面充分接觸，冷卻強度大，冷卻均勻性良好，滿足各種規格熱軋鋼板的冷卻工藝需求[3]。二級工藝模型、設備控制精度高，根據合理的換熱原理，精確的計算公式，靈活的冷卻方式，實現了多種冷卻路徑的控制。射流冷卻原理如圖2所示。

圖1　鋼板層流冷卻過程的表面局部換熱區

圖2　射流沖擊換熱示意圖

2　超快冷系統介紹及應用

超快冷系統主要由高位水箱、分流集水管、液壓潤滑、水氣系統配管等組成，由電氣自動化系統控制，加上成熟穩定的冷卻工藝，使整套系統具有完整統一性。

2.1設備系統

超快冷系統的主體設備長度為25 m，安裝在生產線的精軋機機后60 m，熱矯直機機前53 m，如圖3所示。主要由固定框架、移動上框架、提升機構、噴水冷卻集管、輸送輥道等組成。主要設備參數如表1所示。

圖3　超快冷系統布置示意圖

設備名稱ADCOS-PM設備功能ACC,UFC,DQ,IRQ設備長度/m25設備寬度/mm3450輥縫高度/mm20～300(工作位)1000(檢修位)集管數量/組24(4組縫隙集管+20組高密集管)冷卻用水參數/MPa0.2/0.5

2.2自動化控制系統

ADCOS-PM的控制系統包含L0檢測儀表、L1基礎自動化控制系統、L2過程自動化控制系統和HMI等，可以實現手動模式、半自動模式、全自動模式控制。輔助控制系統組成：供水系統、傳動系統。前后工序的相關系統組成：軋機、熱矯直機等。過程控制系統的通訊方式為TCP/IP協議；基礎自動化間通訊方式為DP網絡；采用自主開發的通訊平臺。其中二級工藝自動化具備預計算、修正計算、后計算(自學習)、冷卻數據存儲功能。可以實現無人工參與的全自動冷卻模式，實際冷卻溫度距離目標冷卻溫度±25 ℃內的合格率可達到95%。

2.3超快冷系統應用

該廠充分利用超快冷系統冷卻強度大、冷卻均勻性好、控制功能完備的特點，合理設置各個集管的流量、調整上下水比，設定輥速、加速度數值、頭尾流量遮蔽參數。選用水壓為0.5 MPa，終軋溫度為820±20 ℃，返紅溫度為580±20 ℃，首次完成鋼種X70M，規格為14.4 mm×2800 mm鋼板的順利交貨；鋼板板形良好(如圖4所示)，各項性能達到加工及使用要求，金相組織為針狀鐵素體+珠光體(如圖5所示)。

圖4　X70M 14.4 mm ×2800 mm鋼板板形

圖5　X70M鋼板金相組織

3　結束語

超快冷系統具備合理的設備設計、先進的自動化控制、完善的計算條件。在保證良好板形的條件下，實現了高級別管線鋼X70M的生產；實現了高精度冷卻路徑控制和鋼材組織、性能的精細調控，為實現鋼材的細晶強化、析出強化、相變強化的綜合強化和材料性能的提升提供了強力手段。

超快冷系統將為該廠進一步提升產品檔次、提高產品成本競爭力、進行高品質節約型中厚板產品的研發和生產提供有力支撐。

[1]袁國. 傳統層流冷卻技術的開發、實踐及再認識-中厚板新一代TMCP(控軋控冷)裝備及工藝技術[J].中國鋼鐵業,2012,(3):28—31.

[2]王丙興，田勇，袁國，等．改善中厚板軋后超快速冷卻均勻性的措施及其應用[J]．鋼鐵，2012，47(6)：51—54.

[3]田鵬. 新一代中厚板軋后冷卻系統的開發與應用[D].沈陽：東北大學，2012.

2016-03-08

宋國智(1985—)，男，助理工程師。電話：13889139592，E-mail:13889139592@163.com

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