熱軋層流冷卻的冷卻策略研究

冉瑞生

摘 要：熱軋層流冷卻是決定帶鋼組織性能的重要工藝環(huán)節(jié)，而冷卻策略是決定帶鋼組織性能的重要工藝制度。文章對(duì)熱軋層流冷卻的冷卻策略進(jìn)行了研究，從冷卻模式、冷卻速度和目標(biāo)卷取溫度幾個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。

關(guān)鍵詞：熱軋帶鋼；冷卻策略；工藝制度；冷卻模式

在熱軋帶鋼生產(chǎn)中，層流冷卻是重要的工藝環(huán)節(jié)，其控制的卷取溫度決定了成品帶鋼的加工性能，力學(xué)性能和物理性能，所以熱軋生產(chǎn)必須對(duì)層流冷卻系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格控制和管理。

為了達(dá)到帶鋼的組織性能要求，層流冷卻必須制定冷卻工藝制度，即冷卻策略，主要包括冷卻模式、冷卻速度和目標(biāo)卷取溫度。由于冷卻策略在層流冷卻中的重要作用，很多研究者對(duì)此進(jìn)行了研究[1-4]。本文從冷卻模式、冷卻速度和目標(biāo)卷取溫度幾個(gè)方面進(jìn)行了研究，介紹了我們提供的冷卻模式，以及我們最近開發(fā)的兩段式冷卻模式，并對(duì)冷卻速度和目標(biāo)卷取溫度進(jìn)行了分析。

1 層流冷卻系統(tǒng)簡介

層流冷卻裝置布置在精軋機(jī)之后，卷取機(jī)之前的輸出輥道上、下方。根據(jù)冷卻集管水量的大小分為粗冷段和精冷段。粗冷段集管的水量大，冷卻能力強(qiáng)，帶鋼冷卻主要集中在粗冷段；精冷段集管的水量較小，冷卻能力較弱，主要是用于控制卷取溫度的精度。在第一個(gè)冷卻區(qū)段的入口、最后一個(gè)冷卻區(qū)段的出口、以及相鄰兩個(gè)冷卻區(qū)段之間均設(shè)有側(cè)噴，用于除去帶鋼上表面的積水。在精軋末機(jī)架的出口裝有測(cè)厚儀，測(cè)量帶鋼終軋時(shí)的實(shí)際厚度。在精軋末機(jī)架的出口、粗冷段和精冷段之間，以及精冷段之后分別裝有高溫計(jì)，分別測(cè)量相應(yīng)位置的實(shí)際溫度。層流冷卻的常規(guī)設(shè)備布置圖如圖1所示，其中中間高溫計(jì)在某些熱軋廠未布置。

圖1 層流冷卻設(shè)備的常規(guī)布置形式

2 層流冷卻的冷卻策略

層流冷卻的冷卻策略是帶鋼冷卻的工藝制度，主要包括帶鋼的冷卻模式、冷卻速度和目標(biāo)卷取溫度，是影響熱軋最終產(chǎn)品組織性能的重要因素。本文主要就冷卻模式、冷卻速度和目標(biāo)卷取溫度進(jìn)行分析和研究。

2.1 冷卻模式

冷卻模式是指層流冷卻閥門的開啟順序和方向，決定了帶鋼從精軋機(jī)出來后，經(jīng)過水冷區(qū)和空冷區(qū)的先后。因?yàn)榇掷涠蔚睦鋮s能力較強(qiáng)，發(fā)生組織性能的轉(zhuǎn)變主要是在粗冷段，而精冷段主要用于控制卷取溫度的精度。所以對(duì)于冷卻模式，我們主要是對(duì)粗冷段而言。根據(jù)熱軋生產(chǎn)的特點(diǎn)和要求，我們提供了早冷模式、晚冷模式和空冷模式，以及我們最近開發(fā)的兩段式冷卻模式。

2.1.1 早冷模式

早冷模式是在帶鋼離開精軋機(jī)末機(jī)架后在粗冷段以一定的冷卻速度經(jīng)過水冷，然后經(jīng)過空冷，最后由精冷段的水冷進(jìn)行微調(diào)的冷卻模式。在這種冷卻模式下，閥門開啟時(shí)從精軋機(jī)出口開始，朝著卷取機(jī)的方向開啟；閥門關(guān)閉時(shí)朝著精軋機(jī)出口方向關(guān)閉。其冷卻路徑如圖2 所示。

2.1.2 晚冷模式

晚冷模式是在帶鋼離開精軋機(jī)末機(jī)架后在粗冷段先經(jīng)過空冷，再以一定的冷卻速度經(jīng)過水冷，最后由精冷段的水冷進(jìn)行微調(diào)的冷卻模式。在這種冷卻模式下，閥門開啟時(shí)從卷取機(jī)方向開始，朝著精軋機(jī)出口方向開啟；閥門關(guān)閉時(shí)朝著卷取機(jī)的方向關(guān)閉。其冷卻路徑如圖3所示。

2.1.3 兩段式冷卻

近年來，一些熱軋廠需要生產(chǎn)一些品種鋼，常規(guī)的早冷和晚冷模式已不再滿足要求。為此，我們開發(fā)了兩段式冷卻模式，并應(yīng)用到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。兩段式冷卻是帶鋼從精軋機(jī)出來后，在粗冷段經(jīng)過水冷→空冷→再水冷→再空冷，最后經(jīng)過精冷段適當(dāng)水冷微調(diào)的冷卻模式。兩段式冷卻的兩段水冷區(qū)可以具有不同的冷卻速度，以滿足冷卻工藝對(duì)產(chǎn)品組織性能的特殊要求；并且兩段水冷區(qū)之間的空冷時(shí)間可調(diào)節(jié)。兩段式冷卻的冷卻路徑如圖4所示。

2.1.4 空冷模式

在精軋機(jī)組和卷取機(jī)之間，不采用水冷，而使帶鋼在空氣中通過輻射和對(duì)流自然冷卻。此模式適用于一些薄規(guī)格帶鋼或僅需自然冷卻的帶鋼。

2.2 冷卻速度

冷卻速度是針對(duì)水冷而言，是指帶鋼在一定的冷卻時(shí)間里達(dá)到多大的溫降，溫降越大，冷卻速度越大；反之越小。冷卻速度是決定帶鋼組織性能的重要因素之一。一般說來，某個(gè)鋼種和規(guī)格的冷卻速度目標(biāo)值由工藝專業(yè)在生產(chǎn)前確定。

在層流冷卻系統(tǒng)中，通過配置不同的噴水模式，即閥門開啟的稀疏程度來控制帶鋼的冷卻速度。對(duì)于常規(guī)熱軋生產(chǎn)，我們一般配置5種基本噴水模式。這里，以一組冷卻集管有4個(gè)閥門為例，常規(guī)的噴水模式有4/4模式，3/4模式，2/4模式，1/4模式和空冷模式。4/4模式表示每4個(gè)閥門里打開4個(gè)閥門，上、下集管對(duì)稱打開。其他的噴水模式以此類推。

在同一種噴水模式下，不同的帶鋼厚度和帶鋼運(yùn)行速度會(huì)有不同的冷卻速度。層流冷卻模型會(huì)根據(jù)精軋出口溫度、帶鋼速度和帶鋼厚度等因素，自動(dòng)選擇一種噴水模式，以盡可能地接近目標(biāo)冷卻速度，從而滿足工藝要求。

2.3 目標(biāo)卷取溫度

目標(biāo)卷取溫度也是決定帶鋼組織性能的重要因素之一。一般說來，目標(biāo)卷取溫度由工藝專業(yè)根據(jù)訂單要求，以及熱軋廠工藝和設(shè)備特點(diǎn)在生產(chǎn)前事先制定好的。各個(gè)鋼種和規(guī)格制定一定的目標(biāo)卷取溫度。表1是某熱軋廠的具有代表性的鋼種和規(guī)格的目標(biāo)卷取溫度：

3 結(jié)束語

熱軋層流冷卻的冷卻策略是熱軋生產(chǎn)的重要工藝制度，是決定帶鋼組織性能的主要因素，本文從冷卻模式、冷卻速度和目標(biāo)卷取溫度幾個(gè)方面進(jìn)行了研究。

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