國內某鋼廠新增DQ和超快冷改造項目研究及應用

李敬民，李文剛

（五礦營口中板有限責任公司，遼寧 營口 115000）

近年來鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，各鋼廠不斷升級改造， “降本增效、技術升級、綠色發(fā)展、智能制造”逐漸成為了鋼鐵企業(yè)發(fā)展的代名詞[1]。控軋控冷技術是鋼鐵材料生產中的核心環(huán)節(jié)，對鋼鐵材料組織性能能夠有效調控、改善鋼鐵材料強韌性匹配[2]，從而提升鋼鐵材料的使用性能。東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室開發(fā)的基于超快速冷卻設備已在首鋼、鞍鋼、南鋼、沙鋼、山鋼等大型鋼鐵企業(yè)成功推廣使用，覆蓋千萬噸級以上產能。該產線的品種有大量的高強、高韌性品種，原有ACC裝置已不能滿足其生產需求，因此升級改造新增DQ和超快冷裝置及相應配套的水系統(tǒng)。

1 原ACC存在的問題

原ACC系統(tǒng)自動化控制精度差，冷卻溫度不均，飄曲率高，造成后續(xù)工序增加，成本增加；無法生產工藝精度高及高等級品種鋼等，制約著該產線的能力發(fā)揮。

1.1 冷卻速度問題

原ACC系統(tǒng)集管設計冷速小，無法滿足低溫大冷速要求的鋼種，更無在線淬火能力。

1.2 冷卻瓢曲問題

在冷卻過程中，管線鋼瓢曲問題尤為突出，瓢曲嚴重時不僅容易造成設備損壞，同時在多次矯直的過程中導致麻點等質量問題。

圖1 原ACC系統(tǒng)冷卻圖

1.3 水冷不均問題

鋼板出水后，不僅上表面溫度差較大，上下表也存在極大溫度差；在性能檢測時，例如Q370qE上下表溫度超出50℃，性能差接近100MPa，常規(guī)品種S355J0即使上下表溫度趨于一致時，上下表性能差達到40MPa，冷卻后的性能及其不穩(wěn)定，無法穩(wěn)定控制。

2 新增ADCOS-PM工藝特點

隨著產品的升級，原有ACC冷卻裝置，在生產中問題日益突出，冷卻效率低、冷卻均勻性差，造成板型合格率低，性能不穩(wěn)定，為了彌補層流帶來的缺點，超快冷在設計過程中采用具有一定壓力和速度的冷卻水流，以一定的角度沖擊高溫鋼板表面[3]，在滯止流區(qū)域附近發(fā)生射流沖擊換熱，在壁面射流區(qū)域隨著冷卻水沿著鋼板表面流動，水流速度逐漸降低，水流溫度不斷提高，換熱方式由射流沖擊換熱逐步過渡到沸騰換熱過程。冷卻均勻性和冷卻效率大幅度提高。控制模式主要為通過式、往復式兩種，能夠實現(xiàn)0.15MPa和0.5MPa壓力可調，具備UFC、DQ、ACC、IC等控制工藝，可根據(jù)生產需求靈活使用。

圖2 ADCOS-PM軋后冷卻設備

2.1 噴嘴優(yōu)化技術

超快冷配備4組縫隙噴嘴和26組高密快冷噴嘴，采用部分集管傾斜式?jīng)_擊換熱技術，使得沖擊換熱面積更大，換熱效率更高，冷卻均勻性更好，在大流量條件下更有利于實現(xiàn)UFC和DQ功能。原ACC系統(tǒng)噴嘴采用平面或弧面設計，如無預矯直機，鋼板板身浪型容易和下集管自水冷冷卻水接觸，產生局部過冷，影響產品最終板型合格率和成材率。

2.2 自水冷保護技術

為了保護超快冷本體設備避免受高溫鋼板烘烤產生變形，超快冷不投用時啟動噴嘴自保護功能。超快冷裝備上框架底部安裝水冷隔熱板，內部通恒壓常流水，上集管設自水冷供水管路和溢流管路，保持未激活集管通水冷卻，下噴嘴采取溢流水方式，對集管本體進行冷卻；為應對北方寒冷天氣時，管路彎曲處裝有發(fā)熱裝置，無鋼板通過冷卻區(qū)時，集管會每隔一段時間會進行噴水。

2.3 水凸度及邊部遮蔽控制技術

在冷卻過程中，鋼板邊部容易產生過冷現(xiàn)象，造成鋼板邊浪、性能不均等產品缺陷，針對以上問題，對鋼板采用水凸度及邊部遮蔽控制，水凸度主要以高密噴嘴配置中腔及邊腔實現(xiàn)，可以控制邊部水流密度，邊部遮蔽主要以絲杠傳動方式進行邊部遮擋控制。

圖3 水凸度控制

2.4 擋水封水技術

冷卻區(qū)內配置3組氣吹+5組中噴+10組側噴，可以靈活組合使用，鋼板冷卻后表面無殘留冷卻水;針對大流量時，采用擋水輥控制技術，材質結構等考慮耐高溫變形及腐蝕進行設計，安裝于A段移動框架下端，防止冷卻過程中大量冷卻水在鋼板表面無序亂流，造成鋼板冷卻不均，減小鋼板冷卻過程中的變形。

3 自動化控制系統(tǒng)

超快冷控制系統(tǒng)包含L0傳動及檢測儀表、L1基礎自動化控制系統(tǒng)、L2過程自動化控制系統(tǒng)和HMI系統(tǒng)。控制功能硬件系統(tǒng)依靠PLC硬件，結合控冷L2系統(tǒng)與軋機、矯直機的通訊共同完成。檢測儀表對在線信號進行采集，并對模擬輸入信號進行濾波處理用于模型計算。

圖4 時序控制

從5月份正式投入自動生產后，經(jīng)過控冷系統(tǒng)對不同規(guī)格、不同鋼種、不同工藝的學習以及數(shù)據(jù)積累，±25℃自動命中率穩(wěn)定在95.4%以上，橫向縱向控制在±30℃以內。

圖5 命中率統(tǒng)計

4 品種開發(fā)

通過超快冷控制冷卻技術，低合金結構鋼、船板（普通船板、高強船板）、管線鋼、容器板（普通容器板、高等級容器板）、高強度工程機械用鋼、建筑用鋼及橋梁用鋼等已達到穩(wěn)定生產狀態(tài)。

4.1 橋梁鋼Q420qE、Q500qE應用

通過對齊魯黃河大橋鋼板Q420qE進行冷卻工藝調試，厚度24mm~60mm，寬度1550mm~4190mm，最大單重20.784噸。鋼板先后采用500±30℃及480±30℃進行調試，經(jīng)對軋制和水冷參數(shù)優(yōu)化，水冷均勻性和板形改善明顯，性能穩(wěn)定，達到供貨標準。

4.2 管線鋼X70、X80應用

原ACC系統(tǒng)在生產管線鋼時，水冷不均勻，性能不穩(wěn)定，板型難以控制，通過超快冷調試生產，已達到穩(wěn)定生產狀態(tài)，其中難度較大寬厚比達到230的4600mmX70經(jīng)過幾次試軋調試，性能及板形滿足需求。

圖6 X70冷后板形

圖7 X70金相組織

4.3 工程機械鋼Q550D、Q690D應用

工程機械用鋼及其他系列調質鋼板采用在線淬火方式進行生產，可有效縮短熱處理流程，2019年10-12月共生產在線淬火鋼板9669噸，其中Q550D 3178噸，Q690D 6491噸。按原工藝路徑，鋼板拋丸（31元/噸）、熱處理淬火（197元/噸）,改變?yōu)镈Q在線淬火（15元/噸）。噸鋼可節(jié)約成本=31+197-15=213元/噸。

圖8 Q690D冷后板型

圖9 Q690D 1/4金相組織

5 結論

面對鋼鐵企業(yè)提高產品質量、去產能、綠色發(fā)展的挑戰(zhàn)，東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室基于超快冷技術的新一代TMCP技術充分發(fā)揮了細晶強化、相變強化、析出強化的綜合作用，實現(xiàn)低合金系列、高強船板、橋梁鋼、高級別管線鋼、建筑用鋼、工程機械鋼等高品質鋼種穩(wěn)定生產。熱軋板帶鋼超快冷技術在不斷提升品質、擴品種、創(chuàng)品牌、新產品開發(fā)應用、降本增效等方面取得明顯進步，增加了市場競爭力，向數(shù)字化、信息化、智能化鋼鐵企業(yè)邁出了堅實的一步。