國(guó)內(nèi)某鋼廠超快冷系統(tǒng)的研究及應(yīng)用*

宋國(guó)智，武志強(qiáng)，張　霞

(東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽(yáng)　110819)

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國(guó)內(nèi)某鋼廠超快冷系統(tǒng)的研究及應(yīng)用*

宋國(guó)智，武志強(qiáng)，張霞

(東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽(yáng)110819)

軋后冷卻是某些鋼板生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)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(guó)內(nèi)某鋼廠使用新一代超快冷系統(tǒng)的研究及應(yīng)用情況。

超快冷系統(tǒng)； 研究； 應(yīng)用； 自動(dòng)化； 管線鋼

引言

控制軋制和控制冷卻技術(shù)(TMCP)是20世紀(jì)鋼鐵行業(yè)最偉大的成就之一，是鋼鐵業(yè)得以發(fā)展的關(guān)鍵和共性技術(shù)。軋后冷卻工藝經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段：一是1980年開發(fā)并發(fā)展成熟的以層流冷卻為代表的傳統(tǒng)層流冷卻技術(shù)；二是1998年后日本JFE鋼鐵公司開發(fā)的Super-OLAC冷卻設(shè)備所具備的，以超快速冷卻為特征的新一代軋后冷卻技術(shù)，也正是當(dāng)前及至未來(lái)中厚板軋后冷卻技術(shù)的趨勢(shì)[1]。為滿足高品質(zhì)、節(jié)約型中厚板產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品效益，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力[2]，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(RAL)為某廠的板材生產(chǎn)線新建了一套具備常規(guī)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(jìn)性的軋后冷卻裝置(ADCOS-PM)。

1　冷卻原理簡(jiǎn)介

1.1層流冷卻

鋼板冷卻、換熱強(qiáng)度偏低，主要原因在于其冷卻機(jī)理主要采用膜狀沸騰換熱；在冷卻過(guò)程中，由于普通層流冷卻設(shè)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(qū)域(區(qū)域Ⅲ)遠(yuǎn)大于射流沖擊換熱區(qū)域(區(qū)域Ⅰ)，由于汽膜阻熱，導(dǎo)致冷卻強(qiáng)度較低，如圖1所示。這種換熱原理有以下缺點(diǎn)：1)冷卻能力不足，對(duì)于需要高強(qiáng)度、大冷速的鋼鐵品種的開發(fā)無(wú)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(xué)的ADCOS-PM采用射流冷卻，能夠在區(qū)域Ⅱ快速地打破汽膜，在區(qū)域Ⅲ使新的冷卻水與鋼板表面充分接觸，冷卻強(qiáng)度大，冷卻均勻性良好，滿足各種規(guī)格熱軋鋼板的冷卻工藝需求[3]。二級(jí)工藝模型、設(shè)備控制精度高，根據(jù)合理的換熱原理，精確的計(jì)算公式，靈活的冷卻方式，實(shí)現(xiàn)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(guò)程的表面局部換熱區(qū)

圖2　射流沖擊換熱示意圖

2　超快冷系統(tǒng)介紹及應(yīng)用

超快冷系統(tǒng)主要由高位水箱、分流集水管、液壓潤(rùn)滑、水氣系統(tǒng)配管等組成，由電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制，加上成熟穩(wěn)定的冷卻工藝，使整套系統(tǒng)具有完整統(tǒng)一性。

2.1設(shè)備系統(tǒng)

超快冷系統(tǒng)的主體設(shè)備長(zhǎng)度為25 m，安裝在生產(chǎn)線的精軋機(jī)機(jī)后60 m，熱矯直機(jī)機(jī)前53 m，如圖3所示。主要由固定框架、移動(dòng)上框架、提升機(jī)構(gòu)、噴水冷卻集管、輸送輥道等組成。主要設(shè)備參數(shù)如表1所示。

圖3　超快冷系統(tǒng)布置示意圖

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

2.2自動(dòng)化控制系統(tǒng)

ADCOS-PM的控制系統(tǒng)包含L0檢測(cè)儀表、L1基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、L2過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)和HMI等，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式、半自動(dòng)模式、全自動(dòng)模式控制。輔助控制系統(tǒng)組成：供水系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)。前后工序的相關(guān)系統(tǒng)組成：軋機(jī)、熱矯直機(jī)等。過(guò)程控制系統(tǒng)的通訊方式為TCP/IP協(xié)議；基礎(chǔ)自動(dòng)化間通訊方式為DP網(wǎng)絡(luò)；采用自主開發(fā)的通訊平臺(tái)。其中二級(jí)工藝自動(dòng)化具備預(yù)計(jì)算、修正計(jì)算、后計(jì)算(自學(xué)習(xí))、冷卻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能?？梢詫?shí)現(xiàn)無(wú)人工參與的全自動(dòng)冷卻模式，實(shí)際冷卻溫度距離目標(biāo)冷卻溫度±25 ℃內(nèi)的合格率可達(dá)到95%。

2.3超快冷系統(tǒng)應(yīng)用

該廠充分利用超快冷系統(tǒng)冷卻強(qiáng)度大、冷卻均勻性好、控制功能完備的特點(diǎn)，合理設(shè)置各個(gè)集管的流量、調(diào)整上下水比，設(shè)定輥速、加速度數(shù)值、頭尾流量遮蔽參數(shù)。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(guī)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(xiàng)性能達(dá)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(jié)束語(yǔ)

超快冷系統(tǒng)具備合理的設(shè)備設(shè)計(jì)、先進(jìn)的自動(dòng)化控制、完善的計(jì)算條件。在保證良好板形的條件下，實(shí)現(xiàn)了高級(jí)別管線鋼X70M的生產(chǎn)；實(shí)現(xiàn)了高精度冷卻路徑控制和鋼材組織、性能的精細(xì)調(diào)控，為實(shí)現(xiàn)鋼材的細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、相變強(qiáng)化的綜合強(qiáng)化和材料性能的提升提供了強(qiáng)力手段。

超快冷系統(tǒng)將為該廠進(jìn)一步提升產(chǎn)品檔次、提高產(chǎn)品成本競(jìng)爭(zhēng)力、進(jìn)行高品質(zhì)節(jié)約型中厚板產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)提供有力支撐。

[1]袁國(guó). 傳統(tǒng)層流冷卻技術(shù)的開發(fā)、實(shí)踐及再認(rèn)識(shí)-中厚板新一代TMCP(控軋控冷)裝備及工藝技術(shù)[J].中國(guó)鋼鐵業(yè),2012,(3):28—31.

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

[3]田鵬. 新一代中厚板軋后冷卻系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2012.

2016-03-08

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

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