李彥清

(中冶賽迪技術(shù)公司熱軋研究室 重慶400013)

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·革新與改造·

寬厚板MULPIC型冷卻裝置的應(yīng)用和改進(jìn)

李彥清①

(中冶賽迪技術(shù)公司熱軋研究室 重慶400013)

對(duì)某廠的MULPIC超快冷卻裝置的設(shè)備配置、工藝特點(diǎn)及可靠性分析，并就寬厚板實(shí)際生產(chǎn)冷卻過程中冷后板形不良問題進(jìn)行了分析,提出了相應(yīng)的解決措施，旨在提高超快冷卻裝置對(duì)板帶冷卻的主動(dòng)適應(yīng)能力，提高板帶冷卻的均勻性，達(dá)到準(zhǔn)確的冷卻控制能力。

寬厚板 MULPIC型冷卻裝置 冷卻強(qiáng)度 冷卻均勻性 改進(jìn)

1 MULPIC快速冷卻裝置介紹

1)MULPIC超快速冷卻裝置(圖1)采用帶有邊部遮蔽和流量可調(diào)的水枕式冷卻集管，共分為4區(qū)，每區(qū)共6組噴淋集管，上下一共布置24組噴淋集管。每區(qū)總長(zhǎng)約6m，全長(zhǎng)共約24m。上組噴淋集管采用電動(dòng)升降可調(diào)，下組噴淋集管固定位置噴射。邊部遮擋采用每組整體擋板電機(jī)驅(qū)動(dòng)，遮擋調(diào)節(jié)范圍覆蓋最小板寬和最大板寬之間。冷卻最大鋼板寬度為5000mm，最大鋼板冷卻厚度為100mm，鋼板冷卻時(shí)通過速度0～2.5m/s可調(diào)。MULPIC快速冷卻裝置既可作為ACC加速冷卻使用，又可作為DQ在線淬火設(shè)備使用。MULPIC超快冷卻裝置的第一段(BANK A)為DQ段，其余三個(gè)區(qū)(BANK B，C，D)為ACC冷卻段。其中第一區(qū)(BANK A)既可以作為DQ淬火使用，也可以作為ACC冷卻使用。其詳細(xì)具體參數(shù)參見表1所示。

2)從表1可以看出，在該套MULPIC超快冷卻裝置中設(shè)置區(qū)間噴淋集管整體移動(dòng)，使得各區(qū)間所有的上集管都可按區(qū)域進(jìn)行高度精確控制調(diào)整，以滿足不同鋼種位于不同高度噴淋距離的冷卻要求。MULPIC超快冷卻裝置還設(shè)置有冷卻輥道、上集管保護(hù)裝置、檢修維護(hù)平臺(tái)、中間供水管路、氣動(dòng)控制管路以及邊部遮蔽等組成。

表1 MULPIC超快冷卻裝置基本參數(shù)

3)該套MULPIC超快冷卻裝置采用自動(dòng)冷卻控制模式，操作技術(shù)人員通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將含有確定的冷卻速率、終冷溫度以及待冷板帶等參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至快冷控制系統(tǒng)，快冷控制系統(tǒng)根據(jù)板帶冶金相變影響約束條件和物理冷卻模型進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)將需要的冷卻設(shè)定參數(shù)發(fā)送至各自動(dòng)化元?dú)饧刂茍?zhí)行系統(tǒng)，以此根據(jù)物料跟蹤的信息執(zhí)行鋼板帶冷卻。超快冷卻系統(tǒng)以計(jì)算精準(zhǔn)的冷卻速率完成板帶冷卻過程并達(dá)到生產(chǎn)工藝要求的終冷溫度，并最終保證鋼板獲得所需要的金相組織、晶粒尺寸和優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。

4)該套MULPIC超快速冷卻裝置具有如下工藝控制功能特點(diǎn)：

(1)每個(gè)獨(dú)立的上噴淋集管均在寬度方向上為兩邊部和中部等三區(qū)單獨(dú)控制，噴淋集管上的每區(qū)流量獨(dú)立可調(diào)，同時(shí)可配合上部邊部遮蔽功能能夠根據(jù)來料的寬向溫度分布情況以及板帶邊部溫降大的特點(diǎn)在一定程度上控制寬向水量分布，達(dá)到水凸度在一定程度上的調(diào)整控制能力；下部每個(gè)獨(dú)立的噴淋集管均采用縱向側(cè)部、中部、側(cè)部等三區(qū)控制，中部區(qū)域獨(dú)立可調(diào)，兩側(cè)部區(qū)總路分流控制；上下噴淋系統(tǒng)的噴水量之比約為1∶1.1，以求確保鋼板整體冷卻溫度的均勻性和冷卻后板形的能力。

(2)在該套MULPIC超快冷卻裝置的上部超快冷卻系統(tǒng)的每一區(qū)(BANK A、B、C、D)之間和冷卻入口區(qū)及冷卻出口，均設(shè)置約1MPa壓力的吹掃水封，可以保證鋼板在每區(qū)的冷卻過程中上表面均勻接受噴水冷卻，不至于在區(qū)間之間造成冷卻干擾，入口噴淋水不至于殘留影響后部的冷卻，同時(shí)出口吹掃可以減少板帶的殘余水導(dǎo)致鋼板表面產(chǎn)生二次氧化。

(3)MULPIC超快冷卻裝置的入口 A區(qū)既可實(shí)現(xiàn)加速冷卻(ACC)功能，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)在線淬火(DQ)功能，通過管路切換滿足不同功能的需求。

2 MULPIC裝置冷卻后對(duì)板形產(chǎn)生缺陷及分析

從使用情況來看MULPIC冷卻裝置的ACC以及DQ對(duì)板帶冷卻處理的冷卻速率、冷卻能力及終冷溫度控制是能達(dá)到生產(chǎn)要求的，然而對(duì)于生產(chǎn)厚度≤40mm鋼板的冷卻，其冷卻后鋼板的板形很不穩(wěn)定，特別是鋼板冷卻后即或經(jīng)熱矯直機(jī)矯直后在冷床上仍然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，出現(xiàn)板帶瓢曲和浪形，以至于不能滿足相關(guān)技術(shù)條件對(duì)產(chǎn)品板形不平度的要求。

圖1 MULPIC超快冷卻裝置

2.1 單邊浪問題

單邊浪的產(chǎn)生通常與來料厚度不均或溫度分布差異過大有關(guān)，來料不均主要由于軋機(jī)軋制時(shí)由于傾斜不平導(dǎo)致鋼板鐮刀彎、斜楔彎，以及軋制冷卻導(dǎo)致板帶溫度分布不均。從而致使這種缺陷的板帶在進(jìn)入超快冷卻裝置時(shí)又由于冷卻水量不能主動(dòng)適應(yīng)板帶厚度及溫度不同區(qū)域的分布差異，而是幾乎一致的冷卻水量，從而導(dǎo)致板帶出現(xiàn)單邊冷卻不均勻而產(chǎn)生變形。

2.2 鋼板浪形問題

鋼板浪形實(shí)質(zhì)是由于軋機(jī)軋制時(shí)其板帶在沿寬度方向上由于寬幅各處塑性變形不均，導(dǎo)致寬度方向上的厚度不均勻，以使這種寬幅厚度不均的板帶進(jìn)入冷卻區(qū)后，由于噴淋裝置在板帶厚度方向上的噴淋水不能主動(dòng)適應(yīng)這種寬向不均勻的板帶冷卻的噴水量差異，從而導(dǎo)致板帶在寬度方向上由于冷卻不均而導(dǎo)致其在寬度方向上產(chǎn)生不均勻的延伸變形，從而造成鋼板不平，產(chǎn)生鋼板浪形。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的研究發(fā)現(xiàn)，該寬厚板生產(chǎn)廠在生產(chǎn)≤30mm厚度規(guī)格的鋼板時(shí)其鋼板冷卻后產(chǎn)生的浪形較為嚴(yán)重。如圖2所示，左圖為來料鋼板的橫向溫度差異示意圖，圖中橢圓圈內(nèi)的黑點(diǎn)由于溫度差異色差；右圖為來料厚度差異示意圖這樣的來料鋼板在進(jìn)入冷卻裝置如水量不進(jìn)行修正將導(dǎo)致其冷卻后，會(huì)產(chǎn)生浪形，即為圖中的條狀線條由于厚度差異導(dǎo)致的色差。如圖3所示為實(shí)際冷卻后產(chǎn)的浪形示意圖(黑白相間)。

圖2 板帶來料溫度及厚度差異情況

圖3 板帶來料情況對(duì)冷卻的影響

2.3 鋼板頭尾翹曲問題

鋼板頭尾翹曲的產(chǎn)生實(shí)際是由于軋機(jī)軋制是頭尾咬料和拋料產(chǎn)生斜楔，致使鋼板的頭尾與中部厚度和溫度都差異較大，從而在鋼板進(jìn)入冷卻裝置后其頭部和尾部的冷卻水量應(yīng)很少、甚至鋼板的頭尾不需要噴淋冷卻水，然而該超快冷卻裝置不具備對(duì)鋼板的頭尾冷卻遮蔽或?qū)鋮s噴淋水量進(jìn)行及時(shí)調(diào)整的功能，而是對(duì)整個(gè)鋼板在通過冷卻區(qū)域其冷卻裝置對(duì)每一流向面的冷卻水量都是一樣的，從而導(dǎo)致鋼板的頭部和尾部由于比中部過分冷卻產(chǎn)生嚴(yán)重不均勻，致使鋼板的頭部和尾部變形較大，嚴(yán)重情況下甚至頭部和尾部產(chǎn)生直立翹曲，有多達(dá)500～800mm的頭尾翹曲差異高度。圖4為板帶頭尾翹曲差異情況示意圖，圖5為這種翹頭來料的鋼板進(jìn)入冷卻后將產(chǎn)生頭部翹曲變形示意圖(白色部分)。

圖4 板帶來料頭尾差異情況

圖5 板帶來料頭尾翹曲影響

以上問題歸結(jié)為鋼板來料的厚度和溫度差異較大，而在進(jìn)入冷卻裝置時(shí)由于沒有及時(shí)適應(yīng)這種差異調(diào)節(jié)冷卻水量，致使冷卻進(jìn)一步不均勻，從而產(chǎn)生不同的鋼板變形。

3 改進(jìn)方案和措施

針對(duì)現(xiàn)有超快冷卻裝置對(duì)鋼板厚度和溫度分布的差異化的主動(dòng)適應(yīng)能力較差，從而導(dǎo)致鋼板冷卻時(shí)由于冷卻不均勻，致使鋼板由于熱應(yīng)力不平衡產(chǎn)生不同程度的變形，甚至是頭翹、尾翹、邊浪或浪形的不良情況。根據(jù)對(duì)中厚板冷卻機(jī)理的內(nèi)要求以及深入剖析，提出了一種對(duì)超快冷卻裝置在進(jìn)行噴淋冷卻過程中主動(dòng)去適應(yīng)由于中厚板中部到邊部?jī)蓚?cè)的厚度和溫度不均而需要產(chǎn)生不同水流分布的寬度流態(tài)的冷卻規(guī)律，以及鋼板縱向頭尾關(guān)閉或調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，使得板帶冷卻沿寬度方向的水流分布趨于均勻，同時(shí)可根據(jù)板帶長(zhǎng)度方向的流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)板帶的頭尾時(shí)選擇對(duì)不同的噴淋集管進(jìn)行關(guān)閉或打開或調(diào)節(jié)，做到量化不同區(qū)域的冷卻水量的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到最佳的板帶冷卻狀態(tài)的控制能力。

3.1 改進(jìn)方案簡(jiǎn)述

該改進(jìn)方案是在直噴的噴淋集管上安裝一種對(duì)噴淋集管進(jìn)行快速關(guān)閉或調(diào)整的裝置，該ACC噴淋集管快速關(guān)閉及調(diào)整的裝置采用了一種凸度導(dǎo)水槽，凸度導(dǎo)水槽的凸度按照噴淋集管的出水量以及板帶寬度方向上的需水分布規(guī)律進(jìn)行相關(guān)擬合成的一種凸度可控槽體。并采用步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)，能方便通過電機(jī)的步調(diào)進(jìn)行控制。且這種采用擬合的光滑曲線的凸度槽體，摒棄了傳統(tǒng)的噴射集管依靠總閥調(diào)整模糊流量和大面積方向上幾乎不能控制的結(jié)構(gòu)形式。

本方案的潛在機(jī)理就是根據(jù)板帶寬度方向以及縱向方向上的溫度和厚度差異因素，由于這種差異而需要有不同的給水量進(jìn)行相應(yīng)的冷卻處理，也即是板帶頭尾的冷卻噴水量與中部的噴水量有所不同，且由于中部噴水量向邊部擴(kuò)散，也應(yīng)使邊部的噴水量與中部的噴水量不同，同時(shí)隨著板帶材質(zhì)的不同成分其噴水模式也有所不同，僅依靠閥門的整體調(diào)節(jié)在實(shí)際生產(chǎn)中根本不可能滿足要求。本方案就是對(duì)噴淋集管采用預(yù)設(shè)值、在線可調(diào)的凸度模式，符合板帶噴淋冷卻的寬向規(guī)律，并可適時(shí)選配頭尾水量比，已達(dá)到最佳的冷卻效果。從中厚板的寬度方上水流分布規(guī)律形成一條光滑的曲線，即可構(gòu)建所需的凸度導(dǎo)水槽。如圖6所示為光滑曲線坐標(biāo)圖。

圖6 曲線擬合坐標(biāo)圖示意圖

3.2 本方案功能及特點(diǎn)

采用改進(jìn)式方案的超快冷卻裝置的主要功能就是能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)軋件的快速冷卻需求適時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整移動(dòng)或關(guān)閉，以達(dá)到最佳的熱交換平衡狀態(tài)所需要的水流量或者快速關(guān)閉遮擋整個(gè)噴射集管，以提高對(duì)板材的冷卻調(diào)控能力和頭尾邊部冷卻變形的不同速率的需求，達(dá)到精確的冷卻板形控制能力。與現(xiàn)有情況比較具有如下特點(diǎn)：

1)提高ACC噴淋集管對(duì)生產(chǎn)不同鋼種時(shí)沿板帶不同方向所需冷卻水量的要求，同時(shí)能夠更加精度滿足這種差異化的要求，同時(shí)增強(qiáng)了板帶的冷卻控制能力、冷卻強(qiáng)度能力、冷卻均勻性控制能力；

2)提高ACC噴淋集管對(duì)生產(chǎn)同鋼種的不同板帶寬幅變化時(shí)所需冷卻水量的控制，已達(dá)到對(duì)板帶沿寬度方向的噴水量進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，滿足板帶寬度方向上的冷卻需求；

3)提高ACC噴淋集管對(duì)生產(chǎn)不同鋼種時(shí)需對(duì)板帶的頭尾冷卻與中部冷卻所需水量不同進(jìn)行適時(shí)的選配，以能在整個(gè)冷卻區(qū)域內(nèi)根據(jù)頭尾與中部板帶的冷卻情況進(jìn)行適時(shí)的開閉遮蔽或調(diào)節(jié)，已達(dá)到最佳的冷卻噴水量。以提高ACC噴淋裝置對(duì)不同品種冷卻產(chǎn)品的適應(yīng)能力，并有效地增強(qiáng)了ACC噴淋集管的冷卻板帶均勻性控制能力。

4 結(jié)語(yǔ)

從上分析可以看出引進(jìn)的西門子奧鋼聯(lián)MULPIC超快冷卻裝置整體裝備具有先進(jìn)、冷卻能力強(qiáng)、自動(dòng)冷卻溫度命中率較高的特點(diǎn)，然而在保證冷卻板帶的板形方面存在不穩(wěn)定，以及在頭尾因變形或溫度差異而導(dǎo)致冷卻變形大、浪形嚴(yán)重等不足。鑒于此，通過對(duì)直噴噴淋集管進(jìn)行改進(jìn)，增設(shè)噴淋集管凸度導(dǎo)水槽進(jìn)行快速關(guān)閉及調(diào)節(jié)功能，能有效地主動(dòng)適應(yīng)不同板帶、不同位置上差異化的冷卻要求，能有效改善超快冷卻裝置的冷卻適應(yīng)能力。同時(shí)冷卻裝置的穩(wěn)定運(yùn)行也是保證設(shè)備和各功能運(yùn)行的前提。因而在提高裝置主動(dòng)適應(yīng)能力的基礎(chǔ)上的同時(shí)，也必須加強(qiáng)對(duì)設(shè)備功能本身進(jìn)行必要的維護(hù)，是提高裝置的生產(chǎn)適應(yīng)能力和板帶生產(chǎn)其板形質(zhì)量要求的必要保證，從裝置本身和使用維護(hù)狀況出發(fā)力求提高生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力水平。

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Application and Improved of MULPIC Type Cooling Device for the Wide Heavy Steel Plate

Li Yanqing

(CISDI R&D Co., Ltd., Chongqing 400013)

This article is based on a certain factory MULPIC type ultra fast cooling devices, equipment configuration, process characteristics and reliability analysis and the flatness bad problems is analysed which is after the cooling of the wide heavy steel plate in the practice production the corresponding solution measures is proposed so. aim at improving ultra fast cooling device to sheet strip with the cooling of the ability to adapt actively, improve the sheet strip cooling uniformity, achieve precise control of cooling capacity.

Wide heavy steel plate MULPIC cooling equipment Cooling Intensity Cooling uniformity Improvement

李彥清，男，1973年出生，高級(jí)工程師，畢業(yè)于北京科技大學(xué)冶金機(jī)械專業(yè)，碩士，從事冶金機(jī)械設(shè)備研究開發(fā)及工程設(shè)計(jì)

TG334.9

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.01.016

2013-10-29)