中厚板軋后控制冷卻技術的研究與發展

侯凱

【摘 要】中厚板軋后冷卻技術是中厚板制造工藝中的重要環節。軋后冷卻效果對中厚板的產品質量有直接影響。快速的冷卻技術對鋼材的組織和性能有明顯的改善作用。讓鋼材產品的強度和防腐能力有了進一步的提高。同時對鋼材性能與冷卻速度之間關系的研究，可以實現利用同種鋼材原料生產不同性能的鋼材產品。對完善企業產品深度，擴大企業經營規模有重要意義。文章對現階段我國中厚板生產線采用的控制冷卻技術發展現狀做出了介紹，并對比分析了我國目前采用的幾種控制冷卻工藝，分析其優缺點和適用范圍，最后對我國中厚板軋后控制冷卻技術的發展方向提供建議，

【關鍵詞】控制冷卻；中厚板；工藝研究發展

一、前言

中厚板在建筑工程、機械制造、容器制造、造船以及橋梁等領域都有著廣泛的應用，伴隨著我國社會經濟的不斷發展，我國中厚板市場份額逐年增加，中厚板用戶也對中厚板的質量和性能提出了更高的要求，軋后控制冷卻系統是決定中厚板質量和性能的重要環節之一，傳統的中厚板生產工藝中，鋼材軋后一般采用自然冷卻的方式完成鋼材的降溫工作。該方面雖然成本較低操作簡單，但弊端較為明顯，冷卻周期較長導致中厚板生產效率過低，同時因冷卻速度較慢會直接導致鋼板質地變脆，在后期的剪切中廢品率較高。控制冷卻技術是為了解決和優化上述問題而研發的全新冷卻方法。鋼材原料在經過終軋機處理后，在進入精整工藝前由控制冷卻系統完成鋼材的冷卻工作?？刂评鋮s系統根據原材料特性以及產品的生產需要，通過控制冷卻速度等手段來改善剛下的組織和性能。最終提高鋼材的整體質量。

二、中厚板控制冷卻技術的發展

（一）國外控制冷卻技術的發展

全球第一套控制冷卻系統是由英國科學家布林奧斯研發制作的，受制作工藝和技術限制，該套工藝只能在16mm以下鋼板制作的工藝中使用。實用價值較低。80年代初期日本首次研制出可用于中厚板制作的工藝中的控制冷卻工藝，經過30余年的不斷革新和完善逐步發展為現代廣泛使用的控制冷卻裝置，目前大多數國家使用的控制冷卻工藝均為日本研制冷卻裝置作為原型改造而來。

（二）我國中厚板控制冷卻生產現狀

我國第一套中厚板軋后控制冷卻裝置是1985年由鞍鋼集團科研團隊研發成功的。并在半連軋鋼廠正式投產使用。該裝置投入使用后對傳統自然冷卻方式造成的種種生產弊端有了顯著的緩解作用，一度提高了半連軋鋼廠的生產效率和產品質量。但隨著我國社會經濟的不斷發展，中厚板需求商對中厚板質量提出了更高的要求，步入wto以來國際化的市場行情也要求鋼材企業必須提高產品競爭力來獲得可以維持企業發展的市場份額。在這樣的形勢下該套裝置已經無法滿足生產需求，該套裝置的冷卻區長期不足，導致產品冷卻能力不夠，溫度控制不均勻，產品性能不穩定，達標率較低。隨后我國寶鋼、鞍鋼等大型鋼材企業先后引進了日本生產的柱狀層流冷卻裝置，相比我國自主研發的冷卻裝置，溫度控制更加均衡穩定。武鋼集團基于日本產柱狀層冷卻裝置結合全新的計算機控制芯片技術，進行升級改造，推出了控制更加精準的冷卻裝置，并在全國范圍內推廣。

三、控制冷卻系統

目前控制冷卻系統根據冷卻原理主要劃分為三類分別為高壓噴嘴冷卻、層流冷卻、水幕冷卻三種方式，其中水幕冷卻系統冷卻效率最高，但可控性較低，溫控不夠均勻。高壓噴嘴冷卻方式與其相關，冷卻效率較低，但鋼材上下表面冷卻差別顯著。層流冷區系統的冷卻效率處于上述冷卻裝置中間位置，但該冷卻裝置溫控能力極強，冷卻區域冷區均勻。

綜上所處，從我國的實際生產狀況出發，建議控制冷卻系統采用集管層流冷卻裝置，具體原因如下：

1.層流冷卻受其冷卻原理決定，流量分布均勻，可以良好的實現鋼材冷卻的均勻控制。

2.設備制造成本較低，能耗與其他冷卻裝置相比有較大優勢，通知結構簡單，維護成本低。

3.對水質要求低，不需要復雜精確的水流量控制系統，溢流流量穩定。

（一）控制冷卻技術的難點與解決思路

中厚板軋后最佳冷卻速度為3-15℃/s，最佳冷卻后溫度應為500℃-600℃。鋼板軋后進入該溫度區域后，鋼材組織結構以及特性均趨于穩定，此時進行緩慢自然冷卻對鋼材結構和性能并無明顯影響。但是在實際生產過程中對最終冷卻溫度的控制較為困難，主要有如下原因。

1.在中厚板的生產環境中，對中厚板軋后冷卻溫度的影響因素較低，如鋼材原料本身特性、環境溫度、材料厚度、冷卻裝置穩定性、冷卻水質、冷卻水量，冷卻水流動形態等等多種因素，均會對最終冷卻溫度帶來不同程度的影響。上述因素認為干預難度較高，同時溫度影響程度動態性較高，無法準確的計算掌握其影響規律。

2.層流冷卻系統，冷卻區域較長，鋼板的傳送在一定范圍內，冷卻控制區域大，最終冷卻溫度控制誤差較大

3.層流冷卻系統的中冷溫度檢測是通過安裝在層冷區外側的溫度傳感器獲取的。但溫度傳統器一般安裝具體較遠，通常與控制設備相聚10m以上，溫度數據傳輸時效性不高，給溫度管理工作帶來較大難度。同時在冷卻過程中，冷卻水濺射到溫度傳感器上，對傳感器溫度獲取帶來一定干擾。

（二）解決思路

1.擴大冷卻水沖擊區域，讓鋼材表面所有區域都可以直接受到冷卻水的沖擊。同時應注意，要保持鋼材上下表面的沖擊面積和沖擊水流量持平對稱。

2.安裝邊部遮蔽和頭尾水量控制裝置

3.安裝控制冷卻系統的水流量控制閥門

（三）冷卻控制方法

冷卻控制的本質根據生產需要對冷卻區溫度的管理控制。因此溫度檢測和制定溫控范圍是冷卻控制工作的基礎，也是核心工作。在中厚板軋后的冷卻過程中，有較多的因素會對鋼材的冷卻過程帶來影響。應安裝前饋控制裝置，保障鋼材冷卻過程中的溫控均勻。同時應安裝三通閥門和流量閥門等工藝保障冷卻水流量的精準控制。通知應在控制設備中榮譽神經網絡等信息和數據傳輸技術，實現對冷卻溫度的動態控制，并在控制設備中加入具有數據分析記憶功能的職能控制芯片，實現對冷卻溫度的自適應控制。讓終冷溫度的可控率達到生產標準。

四、結論

1.層流冷區方法相比其他控制冷卻工藝更具優勢，冷卻控制效果良好，同時對水流量也有這精準的控制能力

2.中厚板冷卻控制系統的核心目的是對鋼材軋后冷卻工作中，溫度掌握和控制，因此未來的發展方向應以智能控制作為主要發展方向，通過機械技術、信息處理技術、計算機應用技術的結合，最終發展為具有冷卻溫度智能控制，冷卻數據自動收集，溫度異常自動啟動應急處理，以及根據生產需要智能調節冷卻流程和終冷溫度的高智能、高精準、高掌控冷卻系統。

3.經過對寶鋼、武鋼、重鋼、太鋼以及其他大型鋼材制造企業的生產情況全面了解后，可以得知控制冷卻技術對企業產品的生產效率。生產質量和產品特性都有著直接的影響。提高我國鋼廠生產線控制冷卻工藝水平是提高我國鋼材制造企業市場競爭力的重要途徑?？刂评鋮s系統的不斷提升和完善，畢竟給我過中厚板生產企業帶來更高的經濟效益與企業發展可能。

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