萊鋼寬厚板MULPIC冷卻系統的工藝技術特點

呂游

摘 要：該文介紹了萊鋼4300 mm寬厚板生產線MULPIC冷卻系統的工藝技術特點，以及對軋后冷卻板型的均勻性控制方面等內容進行了論述。

關鍵詞：寬厚板 控制冷卻 板型

中圖分類號：TN919.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0095-01

傳統噴射系統適應性差、可控型和有限的極限能力有時缺乏均勻性，MULPIC工藝為了克服這些缺點在1980年后發展起來。MULPIC冷卻系統的適應性比較廣，僅僅一種設備既有實現在線快速冷卻的能力也有直接淬火的功能，因此MULPIC 的名字是Multi Purpose Interrupted Cooling的代表。MULPIC的發展是基于WPC技術（Water Pillow Cooling），水投射到產品上冷卻，通過射流的沖擊，獲得高度震顫水的層流（水枕）。產生高速的水射流，在水枕里創造大量的紊流，從而獲得高效的冷卻能力，保證優異的冷卻均勻性；高密度特殊設計噴嘴實現了非常高的可控性，最大最小的水流量比率通過使用特殊設計提高到約20上下，相比較，傳統的噴嘴水流量比率僅在3～4之間。

1 MULPIC水冷工藝參數的確定

軋后控制冷卻從改變組織方面來說就是要獲得盡可能細化的鐵素體和微細分散的貝氏體，以提高鋼的強度和改善韌性。影響其變化的工藝參數是：開冷溫度、冷卻速度、終冷溫度。

1.1 開冷溫度

首先開冷溫度與終軋溫度直接有關。從研究中發現，對再結晶奧氏體進行控制冷卻時，鐵素體雖然也有一定程度的細化，但多數效果不明顯；而對未再結晶的奧氏體進行控制冷卻，則能從奧氏體晶界和變形帶上，甚至變形奧氏體內生成鐵素體核，促使鐵素體廣泛的細化，同時促使變形奧氏體轉變成分散的貝氏體。因此，必須與控制軋制技術相結合才能使控制冷卻技術有效地發揮。

1.2 冷卻速度

冷卻速度對抗拉強度和脆性轉化溫度有顯著影響。冷卻速度增加抗拉強度提高，當冷卻速度大于15 ℃/s時，脆性轉化溫度提高，使韌性惡化。對Si-Mn鋼、含Nb、V低合金鋼來說，最佳的冷卻速度范圍為10～15 ℃/s，所得到的分散貝氏體不會惡化脆性轉化溫度，而能提高強度。高的冷卻速度會擴大鋼板表面和芯部的冷卻速度差、終冷溫度差，造成表面和芯部的組織結構類型、比例的差別，硬度的差別。冷卻速度選擇必須考慮這兩方面因素。因此，實際選用的冷卻速度隨板厚的增大而減少。

1.3 終冷溫度

終冷溫度應低于材料的相變終了溫度，通常控制在500 ℃以上。在此溫度前后冷卻機理發生變化，容易造成溫度的不均勻分布，助長板形不良。其次，過低的終冷溫度也是水冷區后矯直機的能力所不能承受的。根據生產鋼種的不同，所設計的冷卻工藝是不同的，典型的控制冷卻工藝是在控制軋制后從高于相變溫度開始，在相變溫度區域（760～780 ℃至600～500 ℃）以10～15 ℃/s的冷速冷卻，之后進行空冷的過程。

2 MULPIC冷卻系統的均勻性控制

2.1 寬度方向上的均勻冷卻

MULPIC系統上集管有一個特殊的內部設計，并且“水凸度”控制閥使鋼板寬度方向橫斷面的水流分配實現調整。如圖1，舉例說明：當“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“水凸度”平衡閥被關閉（0%的曲線），邊部的水流是零。通過調整“水凸度”平衡閥，邊部水流量能在0%～100%間變化。水凸度分配機構是非常有效的，閥門全部打開（也就是無水凸度），邊部比中心硬50 MPa；閥門關閉（也就是最大水凸度），邊部比中心軟50 MPa。為了在中心和邊部獲得相同的機械性能，平衡閥的位置按照鋼板寬度和精確水流量比的函數進行優選。在寬的鋼板上，采用附加的水凸度控制和邊部遮擋。水凸度控制保證鋼板寬度方向橫斷面上機械性能均勻，同時邊部遮擋用來保證良好的平直度邊部遮擋可使水流不直沖擊兩側，實現邊部均勻冷卻的技術，減輕寬度方向滯留水對鋼板傳熱的影響，使鋼板上表面的橫向傳熱均勻一致，克服鋼板上表面的中部滯留水流造成的中間傳熱慢，邊部傳熱快、傳熱系數差距大的不均勻冷卻問題，對不同厚度的鋼板，邊部遮擋寬度是不同的。

2.2 長度方向上的均勻性控制

恒定的冷卻速率控制，為了實現鋼板頭尾同樣的冷卻速率，鋼板通過MULPIC裝置的速度通過預先計算給出一個頭尾加速度；頭尾部遮擋控制由于水沿鋼板長度方向流動，鋼板的頭尾變得過冷卻。為補償這個影響，控制系統加上了兩個不同的補償設施，一個為頭部，一個為尾部。它減少了頭尾冷卻水的流量；恒定的結束冷卻溫度控制為實現恒定的結束冷卻溫度，通過基于入口溫度測量和鋼板速度等的前饋控制系統，來調整在MULPIC系統中的水流量。前饋控制系統自動的補償頭尾的過冷、預計入口溫度與實際入口溫度間的錯誤。

2.3 厚度方向上的溫度均勻性控制

鋼板上下表面合理的冷卻水流量及其比例（水比）是保證鋼板厚度方向對稱冷卻及鋼板平直度的關鍵，合理的上下流量比（水比）受鋼種、鋼板厚度、冷卻水流量等諸多因素的的影響，需要根據不同的鋼種、規格尺寸進行控冷工藝。

3 結語

以上是對萊鋼寬厚板MULPIC冷卻系統工藝的介紹，萊鋼寬厚板雖有著優良的設備和先進的生產工藝技術，但同時也存在部分設備功能的不穩定以及模型發揮的不完全等問題，因此針對萊鋼寬厚板實際情況還需進一步優化和改進。

參考文獻

[1] 王國棟.均化冷卻技術與板帶材板形控制[J].上海金屬，2007（6）.

[2] 朱冬梅，劉國勇，李謀渭，等.控冷工藝參數對中厚板均勻冷卻的影響[J].鋼鐵研究學報，2008（12）.

[3] 栗春，田鵬，宋煥君，等.中厚板冷卻過程高精度溫度模型[J].鋼鐵研究學報，2010，22（8）.endprint

摘 要：該文介紹了萊鋼4300 mm寬厚板生產線MULPIC冷卻系統的工藝技術特點，以及對軋后冷卻板型的均勻性控制方面等內容進行了論述。

關鍵詞：寬厚板 控制冷卻 板型

中圖分類號：TN919.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0095-01

傳統噴射系統適應性差、可控型和有限的極限能力有時缺乏均勻性，MULPIC工藝為了克服這些缺點在1980年后發展起來。MULPIC冷卻系統的適應性比較廣，僅僅一種設備既有實現在線快速冷卻的能力也有直接淬火的功能，因此MULPIC 的名字是Multi Purpose Interrupted Cooling的代表。MULPIC的發展是基于WPC技術（Water Pillow Cooling），水投射到產品上冷卻，通過射流的沖擊，獲得高度震顫水的層流（水枕）。產生高速的水射流，在水枕里創造大量的紊流，從而獲得高效的冷卻能力，保證優異的冷卻均勻性；高密度特殊設計噴嘴實現了非常高的可控性，最大最小的水流量比率通過使用特殊設計提高到約20上下，相比較，傳統的噴嘴水流量比率僅在3～4之間。

1 MULPIC水冷工藝參數的確定

軋后控制冷卻從改變組織方面來說就是要獲得盡可能細化的鐵素體和微細分散的貝氏體，以提高鋼的強度和改善韌性。影響其變化的工藝參數是：開冷溫度、冷卻速度、終冷溫度。

1.1 開冷溫度

首先開冷溫度與終軋溫度直接有關。從研究中發現，對再結晶奧氏體進行控制冷卻時，鐵素體雖然也有一定程度的細化，但多數效果不明顯；而對未再結晶的奧氏體進行控制冷卻，則能從奧氏體晶界和變形帶上，甚至變形奧氏體內生成鐵素體核，促使鐵素體廣泛的細化，同時促使變形奧氏體轉變成分散的貝氏體。因此，必須與控制軋制技術相結合才能使控制冷卻技術有效地發揮。

1.2 冷卻速度

冷卻速度對抗拉強度和脆性轉化溫度有顯著影響。冷卻速度增加抗拉強度提高，當冷卻速度大于15 ℃/s時，脆性轉化溫度提高，使韌性惡化。對Si-Mn鋼、含Nb、V低合金鋼來說，最佳的冷卻速度范圍為10～15 ℃/s，所得到的分散貝氏體不會惡化脆性轉化溫度，而能提高強度。高的冷卻速度會擴大鋼板表面和芯部的冷卻速度差、終冷溫度差，造成表面和芯部的組織結構類型、比例的差別，硬度的差別。冷卻速度選擇必須考慮這兩方面因素。因此，實際選用的冷卻速度隨板厚的增大而減少。

1.3 終冷溫度

終冷溫度應低于材料的相變終了溫度，通常控制在500 ℃以上。在此溫度前后冷卻機理發生變化，容易造成溫度的不均勻分布，助長板形不良。其次，過低的終冷溫度也是水冷區后矯直機的能力所不能承受的。根據生產鋼種的不同，所設計的冷卻工藝是不同的，典型的控制冷卻工藝是在控制軋制后從高于相變溫度開始，在相變溫度區域（760～780 ℃至600～500 ℃）以10～15 ℃/s的冷速冷卻，之后進行空冷的過程。

2 MULPIC冷卻系統的均勻性控制

2.1 寬度方向上的均勻冷卻

MULPIC系統上集管有一個特殊的內部設計，并且“水凸度”控制閥使鋼板寬度方向橫斷面的水流分配實現調整。如圖1，舉例說明：當“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“水凸度”平衡閥被關閉（0%的曲線），邊部的水流是零。通過調整“水凸度”平衡閥，邊部水流量能在0%～100%間變化。水凸度分配機構是非常有效的，閥門全部打開（也就是無水凸度），邊部比中心硬50 MPa；閥門關閉（也就是最大水凸度），邊部比中心軟50 MPa。為了在中心和邊部獲得相同的機械性能，平衡閥的位置按照鋼板寬度和精確水流量比的函數進行優選。在寬的鋼板上，采用附加的水凸度控制和邊部遮擋。水凸度控制保證鋼板寬度方向橫斷面上機械性能均勻，同時邊部遮擋用來保證良好的平直度邊部遮擋可使水流不直沖擊兩側，實現邊部均勻冷卻的技術，減輕寬度方向滯留水對鋼板傳熱的影響，使鋼板上表面的橫向傳熱均勻一致，克服鋼板上表面的中部滯留水流造成的中間傳熱慢，邊部傳熱快、傳熱系數差距大的不均勻冷卻問題，對不同厚度的鋼板，邊部遮擋寬度是不同的。

2.2 長度方向上的均勻性控制

恒定的冷卻速率控制，為了實現鋼板頭尾同樣的冷卻速率，鋼板通過MULPIC裝置的速度通過預先計算給出一個頭尾加速度；頭尾部遮擋控制由于水沿鋼板長度方向流動，鋼板的頭尾變得過冷卻。為補償這個影響，控制系統加上了兩個不同的補償設施，一個為頭部，一個為尾部。它減少了頭尾冷卻水的流量；恒定的結束冷卻溫度控制為實現恒定的結束冷卻溫度，通過基于入口溫度測量和鋼板速度等的前饋控制系統，來調整在MULPIC系統中的水流量。前饋控制系統自動的補償頭尾的過冷、預計入口溫度與實際入口溫度間的錯誤。

2.3 厚度方向上的溫度均勻性控制

鋼板上下表面合理的冷卻水流量及其比例（水比）是保證鋼板厚度方向對稱冷卻及鋼板平直度的關鍵，合理的上下流量比（水比）受鋼種、鋼板厚度、冷卻水流量等諸多因素的的影響，需要根據不同的鋼種、規格尺寸進行控冷工藝。

3 結語

以上是對萊鋼寬厚板MULPIC冷卻系統工藝的介紹，萊鋼寬厚板雖有著優良的設備和先進的生產工藝技術，但同時也存在部分設備功能的不穩定以及模型發揮的不完全等問題，因此針對萊鋼寬厚板實際情況還需進一步優化和改進。

參考文獻

[1] 王國棟.均化冷卻技術與板帶材板形控制[J].上海金屬，2007（6）.

[2] 朱冬梅，劉國勇，李謀渭，等.控冷工藝參數對中厚板均勻冷卻的影響[J].鋼鐵研究學報，2008（12）.

[3] 栗春，田鵬，宋煥君，等.中厚板冷卻過程高精度溫度模型[J].鋼鐵研究學報，2010，22（8）.endprint

摘 要：該文介紹了萊鋼4300 mm寬厚板生產線MULPIC冷卻系統的工藝技術特點，以及對軋后冷卻板型的均勻性控制方面等內容進行了論述。

關鍵詞：寬厚板 控制冷卻 板型

中圖分類號：TN919.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0095-01

傳統噴射系統適應性差、可控型和有限的極限能力有時缺乏均勻性，MULPIC工藝為了克服這些缺點在1980年后發展起來。MULPIC冷卻系統的適應性比較廣，僅僅一種設備既有實現在線快速冷卻的能力也有直接淬火的功能，因此MULPIC 的名字是Multi Purpose Interrupted Cooling的代表。MULPIC的發展是基于WPC技術（Water Pillow Cooling），水投射到產品上冷卻，通過射流的沖擊，獲得高度震顫水的層流（水枕）。產生高速的水射流，在水枕里創造大量的紊流，從而獲得高效的冷卻能力，保證優異的冷卻均勻性；高密度特殊設計噴嘴實現了非常高的可控性，最大最小的水流量比率通過使用特殊設計提高到約20上下，相比較，傳統的噴嘴水流量比率僅在3～4之間。

1 MULPIC水冷工藝參數的確定

軋后控制冷卻從改變組織方面來說就是要獲得盡可能細化的鐵素體和微細分散的貝氏體，以提高鋼的強度和改善韌性。影響其變化的工藝參數是：開冷溫度、冷卻速度、終冷溫度。

1.1 開冷溫度

首先開冷溫度與終軋溫度直接有關。從研究中發現，對再結晶奧氏體進行控制冷卻時，鐵素體雖然也有一定程度的細化，但多數效果不明顯；而對未再結晶的奧氏體進行控制冷卻，則能從奧氏體晶界和變形帶上，甚至變形奧氏體內生成鐵素體核，促使鐵素體廣泛的細化，同時促使變形奧氏體轉變成分散的貝氏體。因此，必須與控制軋制技術相結合才能使控制冷卻技術有效地發揮。

1.2 冷卻速度

冷卻速度對抗拉強度和脆性轉化溫度有顯著影響。冷卻速度增加抗拉強度提高，當冷卻速度大于15 ℃/s時，脆性轉化溫度提高，使韌性惡化。對Si-Mn鋼、含Nb、V低合金鋼來說，最佳的冷卻速度范圍為10～15 ℃/s，所得到的分散貝氏體不會惡化脆性轉化溫度，而能提高強度。高的冷卻速度會擴大鋼板表面和芯部的冷卻速度差、終冷溫度差，造成表面和芯部的組織結構類型、比例的差別，硬度的差別。冷卻速度選擇必須考慮這兩方面因素。因此，實際選用的冷卻速度隨板厚的增大而減少。

1.3 終冷溫度

終冷溫度應低于材料的相變終了溫度，通常控制在500 ℃以上。在此溫度前后冷卻機理發生變化，容易造成溫度的不均勻分布，助長板形不良。其次，過低的終冷溫度也是水冷區后矯直機的能力所不能承受的。根據生產鋼種的不同，所設計的冷卻工藝是不同的，典型的控制冷卻工藝是在控制軋制后從高于相變溫度開始，在相變溫度區域（760～780 ℃至600～500 ℃）以10～15 ℃/s的冷速冷卻，之后進行空冷的過程。

2 MULPIC冷卻系統的均勻性控制

2.1 寬度方向上的均勻冷卻

MULPIC系統上集管有一個特殊的內部設計，并且“水凸度”控制閥使鋼板寬度方向橫斷面的水流分配實現調整。如圖1，舉例說明：當“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“水凸度”平衡閥被關閉（0%的曲線），邊部的水流是零。通過調整“水凸度”平衡閥，邊部水流量能在0%～100%間變化。水凸度分配機構是非常有效的，閥門全部打開（也就是無水凸度），邊部比中心硬50 MPa；閥門關閉（也就是最大水凸度），邊部比中心軟50 MPa。為了在中心和邊部獲得相同的機械性能，平衡閥的位置按照鋼板寬度和精確水流量比的函數進行優選。在寬的鋼板上，采用附加的水凸度控制和邊部遮擋。水凸度控制保證鋼板寬度方向橫斷面上機械性能均勻，同時邊部遮擋用來保證良好的平直度邊部遮擋可使水流不直沖擊兩側，實現邊部均勻冷卻的技術，減輕寬度方向滯留水對鋼板傳熱的影響，使鋼板上表面的橫向傳熱均勻一致，克服鋼板上表面的中部滯留水流造成的中間傳熱慢，邊部傳熱快、傳熱系數差距大的不均勻冷卻問題，對不同厚度的鋼板，邊部遮擋寬度是不同的。

2.2 長度方向上的均勻性控制

恒定的冷卻速率控制，為了實現鋼板頭尾同樣的冷卻速率，鋼板通過MULPIC裝置的速度通過預先計算給出一個頭尾加速度；頭尾部遮擋控制由于水沿鋼板長度方向流動，鋼板的頭尾變得過冷卻。為補償這個影響，控制系統加上了兩個不同的補償設施，一個為頭部，一個為尾部。它減少了頭尾冷卻水的流量；恒定的結束冷卻溫度控制為實現恒定的結束冷卻溫度，通過基于入口溫度測量和鋼板速度等的前饋控制系統，來調整在MULPIC系統中的水流量。前饋控制系統自動的補償頭尾的過冷、預計入口溫度與實際入口溫度間的錯誤。

2.3 厚度方向上的溫度均勻性控制

鋼板上下表面合理的冷卻水流量及其比例（水比）是保證鋼板厚度方向對稱冷卻及鋼板平直度的關鍵，合理的上下流量比（水比）受鋼種、鋼板厚度、冷卻水流量等諸多因素的的影響，需要根據不同的鋼種、規格尺寸進行控冷工藝。

3 結語

以上是對萊鋼寬厚板MULPIC冷卻系統工藝的介紹，萊鋼寬厚板雖有著優良的設備和先進的生產工藝技術，但同時也存在部分設備功能的不穩定以及模型發揮的不完全等問題，因此針對萊鋼寬厚板實際情況還需進一步優化和改進。

參考文獻

[1] 王國棟.均化冷卻技術與板帶材板形控制[J].上海金屬，2007（6）.

[2] 朱冬梅，劉國勇，李謀渭，等.控冷工藝參數對中厚板均勻冷卻的影響[J].鋼鐵研究學報，2008（12）.

[3] 栗春，田鵬，宋煥君，等.中厚板冷卻過程高精度溫度模型[J].鋼鐵研究學報，2010，22（8）.endprint