張韞韜 丁志勇 田 鵬

(首秦金屬材料有限公司軋鋼部 河北秦皇島066326)

中厚板冷后表面殘余水消除的研究及應用

張韞韜①丁志勇 田 鵬

(首秦金屬材料有限公司軋鋼部 河北秦皇島066326)

針對中厚板軋后ACC(加速冷卻)過程中現(xiàn)有側(cè)噴吹水系統(tǒng)難以徹底清除鋼板表面殘余水的現(xiàn)象，通過增加中噴系統(tǒng)，改進了現(xiàn)有的殘余水吹掃系統(tǒng)，保證了鋼板冷卻均勻性，各項水冷指標得到明顯提高，成功解決了由于鋼板表面殘余水而引起的板形瓢曲問題。

殘余水 中厚板 加速冷卻 中噴

1 引言

中厚板ACC加速冷卻設備是熱軋線上的主要設備之一，是產(chǎn)品開發(fā)和減量化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。目前，高等級鋼種基本上都采用強水冷的TMCP控軋控冷方式。由于鋼板終冷溫度低，這就要求開啟的集管數(shù)量較多，水量較大，從而使得鋼板表面積水嚴重，部分鋼板在冷卻過程中上表面殘余水無法被側(cè)噴吹掃掉，導致整體冷卻不均勻，鋼板板型和性能都受到影響，鋼板減量化生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，質(zhì)量存在隱患。因此，有必要采取相應的措施來徹底清除鋼板表面的殘余水，以使中厚板冷后獲得良好的板形。

2 ACC冷卻系統(tǒng)簡介

2.1 冷卻系統(tǒng)概況

ACC冷卻裝置是采用高密度集管流對鋼板進行水冷的大型設備，主要由上集管、下集管、側(cè)噴裝置和空氣截水等基本設備組成。ACC冷卻裝置位于精軋機之后，熱矯直機之前。加速冷卻與熱機械軋制工藝配套，用于鋼板加速冷卻和直接淬火，其目的是提高鋼的力學性能，其平面布置如圖1所示。軋后冷卻設備采用管層流冷卻模式，具體的參數(shù)詳見表1。

2.2 冷卻系統(tǒng)存在的不足

ACC冷卻系統(tǒng)通過4組ACC側(cè)噴裝置對鋼板冷后殘余水進行消除。然而，隨著高級別品種鋼所要求的終冷溫度逐步降低，冷卻均勻性要求逐步提高，在鋼板經(jīng)過大水量冷卻后側(cè)噴無法全部將殘余水吹掃掉，使得整體冷卻均勻性變差，鋼板板形和性能不穩(wěn)定，影響鋼板的批量生產(chǎn)，鋼板的質(zhì)量存在隱患。

3 ACC水冷中噴改造方案

3.1 ACC中噴設備布置方式及功能

ACC冷卻裝置的長度為24m，配備了15組U型冷卻集管。依據(jù)現(xiàn)有設備情況，ACC入口和出口的側(cè)噴壓力裝置工作狀態(tài)基本正常，而ACC區(qū)域內(nèi)的側(cè)噴吹掃效果較差。由于該生產(chǎn)線生產(chǎn)的鋼板寬度較寬，采用傳統(tǒng)的側(cè)噴裝置已無法實現(xiàn)鋼板表面殘留水的清除，因此本系統(tǒng)采用中噴裝置。在ACC區(qū)域內(nèi)水梁正下方，高度在800mm左右增加中噴裝置4組其布置如圖2所示，如果中噴安裝高度過高，則影響除水效果，安裝高度過低，容易被翹頭鋼板撞擊。

具體而言，在ACC冷卻區(qū)內(nèi)設置中噴裝置用于分隔不同冷卻區(qū)域冷卻水，且沿寬度方向配置一定壓力的冷卻水逆著鋼板運行方向傾斜噴射，將每組中噴裝置前后的冷卻集管的水通過高壓水獨立分開，避免新水和舊水混合，使得冷卻水和鋼板換熱效率穩(wěn)定，如圖3所示。此外，中噴對水質(zhì)要求較高，因此在中噴前增加過濾器，以避免出現(xiàn)噴嘴堵塞造成水流不均勻，影響吹水效果。

圖2 ACC內(nèi)部中噴布置情況

圖3 ACC內(nèi)部中噴裝置

3.2 ACC中噴設備參數(shù)

中噴裝置采用特殊的設計(中噴裝置與鋼板縱向呈一定角度，噴射的高壓水與垂直方向呈一定角度)用以除掉鋼板表面的殘留冷卻水。每組中噴裝置由管路、手動開閉閥、氣動開閉閥、噴嘴安裝底座和噴嘴、高壓膠管、膠管接頭、管路、管夾及管件等組成。其詳細技術(shù)規(guī)格如表2所示。

表2 中噴裝置詳細技術(shù)規(guī)格

3.3 控制系統(tǒng)

3.3.1 過程控制級L2

過程控制級L2主要完成各工藝段內(nèi)設備檢測數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計處理、數(shù)學模型的計算、軋件跟蹤，并對過程控制參數(shù)進行設定計算、操作指導和生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄的功能。當ACC系統(tǒng)單獨投入使用時，由ACC的L2實現(xiàn)ACC區(qū)域側(cè)噴、中噴的配置及控制。當超快冷系統(tǒng)投入使用時，由超快冷的L2實現(xiàn)ACC區(qū)域側(cè)噴、中噴的配置及控制。

3.3.2 基礎(chǔ)自動化級L1

基礎(chǔ)自動化級L1主要完成新增中噴設備的順序控制、閥門開閉等實時控制，以及儀表檢測數(shù)據(jù)的采集和控制，各種操作界面和數(shù)據(jù)采集等任務等。

3.3.3 輔助功能

1)檢測儀表數(shù)據(jù)的采集和處理

對在線信號進行采集，并對模擬輸入信號進行濾波處理，包括：流量計流量、水量、水壓、水溫。這些信號均為4mA～20mA電流信號，經(jīng)標度變換后存入相應的寄存器中。通過以太網(wǎng)通訊發(fā)送給過程計算機，用于模型計算。

2)中噴快速開閉閥的開關(guān)控制

通過控制遠程I/O站的DO輸出，對中噴控制單元的快速氣動開閉閥門進行ON/OFF控制。共計布置4組中噴，一套水壓控制管路，共有5個DO控制點。

3)供水系統(tǒng)監(jiān)視與報警

根據(jù)供水系統(tǒng)壓力、水溫、流量、泵工作情況等對供水系統(tǒng)進行監(jiān)視，并根據(jù)工藝要求進行報警和聯(lián)鎖控制。

4)通訊功能

通過工業(yè)以太網(wǎng)與超快速冷卻L2系統(tǒng)通訊，與原ACC L1系統(tǒng)通訊，與供水L1系統(tǒng)通訊等。

5)人機接口(HMI)

HMI(Human Machine Interface)設備可以實現(xiàn)操作員與生產(chǎn)過程的人-機對話，主要用于參數(shù)設定、參數(shù)修改、設備操作、故障報警、過程畫面以及系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。本項目雖不涉及新增HMI設備，但新增設備相關(guān)控制功能可在原超快冷HMI上實現(xiàn)。

4 現(xiàn)場應用效果

為了驗證新增中噴裝置后殘余水的清除效果，現(xiàn)以終冷溫度為500℃，溫降在300℃以上的高級別品種鋼為例來進行說明，現(xiàn)場應用效果如下。

4.1 實驗鋼種

1)管線鋼 X70/X80 厚度：12mm～25mm;

2)高強板 Q550 厚度：16mm～50mm。

4.2 各項實測性能指標

1)鋼板開冷溫度

700℃～950℃，鋼板出ACC溫度：200℃～650℃。

2)鋼板實測平整度

(1)冷卻后并沒有加重軋后鋼板的瓢曲程度；

(2)矯直后鋼板平整度完全達到國標水平：一檢板型合格率大于90%。

3)溫度控制精度

鋼板全長90%以上的溫度控制精度在±35℃以內(nèi)。

溫降200℃以內(nèi)，實際終冷溫度與設置值偏差在±25℃以內(nèi)。

溫降200℃以上，實際終冷溫度與設置值偏差在±35℃以內(nèi)。

4)溫度的均勻性

同一張鋼板終軋溫度差<70℃時，冷卻后鋼板同板溫度差控制在±35℃以內(nèi)。

5)吹掃能力

開啟13組ACC集管且流量達到最大時，鋼板冷后無殘余水存在。

5 結(jié)論

通過中噴系統(tǒng)的增加，改進了軋后冷卻過程中現(xiàn)有的殘余水吹掃系統(tǒng)，實現(xiàn)了鋼板表面殘水的測底清除和冷卻區(qū)的分區(qū)控制，提高了冷卻的均勻性，成功解決了由于鋼板表面殘余水而引起的板形瓢曲問題。

[1]王國棟，劉相華.日本中厚板生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀(二)[J].軋鋼，2007，Vol.24(3)：1-4.

[2]李黎明，黨軍，唐云章，等.層流冷卻對于板型的影響研究[J].甘肅冶金，2010(5).

[3]付天亮，趙大東，王昭東，等.中厚板UFC-ACC過程控制系統(tǒng)的建立及冷卻策略的制定[J].軋鋼，2009(3).

[4]朱冬梅，劉國勇,李謀渭，等.中厚板冷卻過程中熱殘余應力的控制.北京科技大學學報，2008(8).

Research and Application of the Elimination of the Residual Water during Plate Cooling

Zhang Yuntao Ding Zhiyong Tian Peng

(Qinhuangdao Shouqin Metal Materials Co., Qinhuangdao 066326)

The plate after ACC (Accelerated cooling) system, the difficult for side spray water system to wipe out residual water on steel plate surface, by increasing the middle spray system, improve the existing residual water spray system, ensure the steel plate cooling uniformity, the water indexes have been improved obviously, successfully solved the plate flatness problem cause by residual water on steel plate surface.

Residual water Steel plate Accelerated cooling Middle spray water

張韞韜，男，1972年出生，1996年畢業(yè)于河北理工學院金屬壓力加工專業(yè)，軋制工程師，從事生產(chǎn)工藝技術(shù)及設備管理工作

TG333.71

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.012

2014-11-08)