寬厚板生產(chǎn)過程中冷卻均勻性的研究與應(yīng)用

呂游

（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部， 山東 萊蕪 271104）

生產(chǎn)實踐·應(yīng)用技術(shù)

寬厚板生產(chǎn)過程中冷卻均勻性的研究與應(yīng)用

呂游

（山鋼集團(tuán)萊蕪分公司寬厚板事業(yè)部， 山東 萊蕪 271104）

針對水冷鋼板冷后板形合格率展開研究，分析主要原因是鋼板縱向、橫向等不同方向冷卻不均。通過采取頭尾遮擋、輥道微加速控制、邊部遮擋等措施，提高了板形合格率，同時組織性能也得到了改善。

頭尾遮擋 邊部遮擋 冷卻均勻性

山鋼集團(tuán)萊蕪分公司（以下簡稱萊鋼）4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線采用的是MULPIC（Multi Purpose Interrupted Cooling）冷卻系統(tǒng)，其具有適應(yīng)性廣、實現(xiàn)在線快速冷卻(ACC)的能力、直接淬火(DQ)功能[1]。隨著萊鋼4 300 mm寬厚板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整及成分優(yōu)化，水冷鋼板的比例逐漸加大，特別是ACC模式，而水冷鋼板板型不合比例較大的問題也逐漸暴露出來，2015年平均ACC水冷板型一次合格率為95.35%。板型不合的水冷鋼板需經(jīng)過矯直、熱處理等工序修復(fù)，增加了工序成本，且修復(fù)后部分鋼板降級、改現(xiàn)貨處理，造成質(zhì)量成本增加，年直接經(jīng)濟(jì)損失300余萬元。

1 鋼板冷后板型缺陷的原因分析

造成水冷鋼板板型不合的根本原因是冷卻不均勻，主要受設(shè)備、自動化控制、工藝等方面的影響造成鋼板冷后在厚度、寬度、長度方向上冷卻不均，繼而造成板型缺陷。在萊鋼4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線主要體現(xiàn)在：第一，MULPIC大小流量蝶型調(diào)節(jié)閥的精度控制方面存在響應(yīng)速度慢；第二，頭尾遮擋的功能不能完全發(fā)揮導(dǎo)致鋼板長度方向冷卻不均，同時鋼板物料跟蹤存在偏差；第三，邊部遮擋控制精度相對較低，而且自動功能不穩(wěn)定；第四，工藝方面模型水比不合適等情況。圖1是鋼板在水冷過程中經(jīng)常出現(xiàn)的在厚度、長度、寬度方向上冷后不均導(dǎo)致的板型缺陷。

圖2是鋼板水冷后鋼板頭尾溫度變化曲線，從圖2可以看出，一塊鋼板經(jīng)MULPIC水冷后，鋼板頭尾溫度明顯比鋼板中部偏低，這樣就會造成鋼板冷卻一段時間后，頭尾板型因溫度低過冷變形，并且在水冷過程中由于頭尾冷后溫度低，內(nèi)部組織也會存在波動，最終導(dǎo)致板型和性能不穩(wěn)定。

圖1 冷后板型不均板形示意圖

圖2 鋼板水冷后鋼板頭尾溫度變化曲線

2 冷后板型均勻性控制措施

2.1 鋼板長度方向冷后均勻性控制

以萊鋼4 300 mm寬厚板為例，主要通過采用頭尾遮擋功能與頭尾微加速控制，來降低鋼板頭尾部與鋼板中部的溫差。

2.1.1 頭尾遮擋功能

由于鋼板頭尾部溫度較中部溫度低，需要對鋼板中部大水量冷卻，頭尾部小水量冷卻；同時，冷卻中部的水流要經(jīng)由鋼板邊部和頭尾部流出，為減少頭尾冷卻水的流量，優(yōu)化頭尾遮擋功能。優(yōu)化頭尾遮擋功能是在二級PRT表或HMI畫面上均可調(diào)整遮擋長度和遮擋量，并把默認(rèn)遮擋長度由1 500 mm調(diào)和到6 000 mm，改善頭尾過冷問題。圖3為頭尾遮擋功能示意圖。

圖3 頭尾遮擋功能示意圖

2.1.2 頭尾微加速控制

鋼板進(jìn)入MULPIC冷卻設(shè)備時，必定是頭部先進(jìn)入，同時受鋼板長度與輥道運(yùn)行速度的影響，鋼板的尾部會在空氣中冷卻一會，這樣就在鋼板長度方向上存在鋼溫梯度[2]。為了使鋼板能夠均勻一致的縱向冷卻，根據(jù)鋼種、規(guī)格對水的靈敏性優(yōu)化，頭尾加速度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即鋼板在MULPIC里面是一個加速前進(jìn)的過程，速度曲線呈線性加速曲線。例如：鋼板開冷溫度880℃，中冷溫度200℃，冷速9 ℃/s，鋼板長度18 m。根據(jù)“頭高尾低”的溫度梯度情況，調(diào)整模型頭尾加速度，V頭=18/[（900－200）/9]= 0.231 m/s、V尾=18/[（850－200）/9]=0.246 m/s

通過優(yōu)化鋼板頭尾為加速功能，可以有效減少或者消除這種溫度梯度，具體原理如圖4所示。

圖4 頭尾微加速控制原理圖

2.2 鋼板寬度方向均勻性控制

同頭尾遮擋一個原理，鋼板邊部溫度較芯部溫度低，需要對邊部小水量冷卻；同時，冷卻中部的水流要經(jīng)由鋼板邊部流出，為確保鋼板邊部不過冷，通過對水凸度和邊部遮擋進(jìn)行優(yōu)化控制[3]。

2.2.1 水凸度控制

萊鋼4 300 mm寬厚板的MULPIC系統(tǒng)上集管配有‘水凸度’設(shè)計。根據(jù)鋼板熱成像呈現(xiàn)出來的鋼板橫向溫度偏差，不斷對‘水凸度’進(jìn)行優(yōu)化，使鋼板寬度方向橫斷面的水流分配實現(xiàn)調(diào)整[4]（見圖5）。當(dāng)“水凸度”平衡閥開度100%，在集管的整個寬度斷面上水流分配是平的直線。當(dāng)“水凸度”平衡閥被關(guān)閉（0%的曲線），邊部的水流是零。通過調(diào)整‘水凸度’平衡閥，邊部水流量能在0%到100%間變化。

圖5 水凸度控制示意圖

2.2.2 邊部遮擋

邊部遮擋是在MULPIC兩側(cè)安裝可以沿鋼板橫向移動的擋板。自投產(chǎn)以來一直使用手動模式，精度以及對中性不能很好地發(fā)揮，通過開發(fā)邊部遮擋自動模式，不僅降低了寬度方向上的冷卻不均程度，而且提高了生產(chǎn)效率。通過對優(yōu)化模型參數(shù)，遮擋量由30～50 mm增加到80～100 mm，為了避免頻繁調(diào)整增加卡死幾率，MULPIC邊部遮擋功能圖見圖6。

圖6 MULPIC邊部遮擋功能圖

在鋼板寬度方向上，通過優(yōu)化水凸度控制和邊部遮擋，鋼板橫向板型得到明顯改善。

2.3 設(shè)備的影響及控制措施

小開度時流量不穩(wěn)定，導(dǎo)致25 mm以下冷卻不均勻，封鎖量較多，板型一次合格率95.2%。通過更換V型球閥替代蝶閥，投用在上集管流量閥上，同時與蝶閥進(jìn)行對比，V型球閥穩(wěn)定性更好，小開度時流量更趨于穩(wěn)定。下頁圖7是V型球閥與蝶閥的對比圖。

3 調(diào)整上下表面水流量

圖7 V型球閥與蝶閥的對比圖

為保證鋼板上下冷卻的對稱性，采取對鋼板上下表面水流量重新分配，（見下頁圖8）。同時優(yōu)化終冷溫度分檔，溫度大部分弱冷板終冷溫度為650℃，為了避免自學(xué)習(xí)參數(shù)和水比參數(shù)使用偏差，優(yōu)化PRT表中終冷溫度分檔方式，610～650℃檔優(yōu)化為610～640℃檔，提高終冷溫度和板型穩(wěn)定性，不斷提高上下表面冷卻均勻性。

4 結(jié)語

通過采取以上措施，有效地提高了鋼板各個方向的冷卻均勻性，2015年水冷鋼板一次合格率95.35%，2016年水冷板型合格率提高到97.51%；同時鋼板組織也變得更加均勻、有序，性能也得到了較大提高，同時提高合同兌現(xiàn)率和客戶滿意度、企業(yè)市場競爭力。

圖8 上下表面水流量與板型

[1] 曲海龍，董麗華.中厚板在線控制冷卻與淬火技術(shù)[J].設(shè)計與計算，2010（1）：27-29.

[2] 吳德發(fā)，袁曉康，尹訓(xùn)強(qiáng)，等.寬厚板縱向冷卻均勻性的研究與應(yīng)用[J].軋鋼，2014，31（2）：14-17.

[3] 李國強(qiáng)，錢振聲.中厚板快速冷卻過程中的溫度均勻性控制[J].寬厚板，2009，15（2）：23-24.

[4] 龔彩軍.中厚板控制冷卻過程溫度均勻性的研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2005.

（編輯：苗運(yùn)平）

Research and Application of Cooling Uniformity in Wide and Heavy Plate Production

LV You
（Wide and Heavy Plate Business Division,Laiwu Branch Company of Shandong Iron& Steel Group Co.,Ltd.,Laiwu Shandong 271104）

The qualified rate of plate shape of water-cooling steel plate is studied.The main reason is the cooling uniformity of longitudinal and transverse steel plate.By means of head and tail occlusion,micro-acceleration control of roller and edge occlusion,the pass ratio of plate shape is improved,microstructure and property are also improved.

head and tail occlusion,edge occlusion,cooling uniformity

TG335.1

A

1672-1152（2017）03-0054-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.22

2017-03-17

呂游（1984—），男，2007年7月畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)，工程師，主要從事軋制工藝研究、生產(chǎn)技術(shù)工作。