中厚板冷后表面殘余水消除的研究及應(yīng)用

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(yīng)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(duì)中厚板軋后ACC(加速冷卻)過(guò)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(guò)增加中噴系統(tǒng)，改進(jìn)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(xiàng)水冷指標(biāo)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(wèn)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(shè)備是熱軋線上的主要設(shè)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(jí)鋼種基本上都采用強(qiáng)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(yán)重，部分鋼板在冷卻過(guò)程中上表面殘余水無(wú)法被側(cè)噴吹掃掉，導(dǎo)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(guò)程不穩(wěn)定，質(zhì)量存在隱患。因此，有必要采取相應(yīng)的措施來(lái)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(jiǎn)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(duì)鋼板進(jìn)行水冷的大型設(shè)備，主要由上集管、下集管、側(cè)噴裝置和空氣截水等基本設(shè)備組成。ACC冷卻裝置位于精軋機(jī)之后，熱矯直機(jī)之前。加速冷卻與熱機(jī)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(xué)性能，其平面布置如圖1所示。軋后冷卻設(shè)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(guò)4組ACC側(cè)噴裝置對(duì)鋼板冷后殘余水進(jìn)行消除。然而，隨著高級(jí)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(guò)大水量冷卻后側(cè)噴無(wú)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(shè)備布置方式及功能

ACC冷卻裝置的長(zhǎng)度為24m，配備了15組U型冷卻集管。依據(jù)現(xiàn)有設(shè)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(wú)法實(shí)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(guò)高，則影響除水效果，安裝高度過(guò)低，容易被翹頭鋼板撞擊。

具體而言，在ACC冷卻區(qū)內(nèi)設(shè)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(yùn)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(guò)高壓水獨(dú)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(duì)水質(zhì)要求較高，因此在中噴前增加過(guò)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(shè)備參數(shù)

中噴裝置采用特殊的設(shè)計(jì)(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(dòng)開閉閥、氣動(dòng)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(xì)技術(shù)規(guī)格如表2所示。

表2 中噴裝置詳細(xì)技術(shù)規(guī)格

3.3 控制系統(tǒng)

3.3.1 過(guò)程控制級(jí)L2

過(guò)程控制級(jí)L2主要完成各工藝段內(nèi)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計(jì)處理、數(shù)學(xué)模型的計(jì)算、軋件跟蹤，并對(duì)過(guò)程控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定計(jì)算、操作指導(dǎo)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄的功能。當(dāng)ACC系統(tǒng)單獨(dú)投入使用時(shí)，由ACC的L2實(shí)現(xiàn)ACC區(qū)域側(cè)噴、中噴的配置及控制。當(dāng)超快冷系統(tǒng)投入使用時(shí)，由超快冷的L2實(shí)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(dòng)化級(jí)L1

基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1主要完成新增中噴設(shè)備的順序控制、閥門開閉等實(shí)時(shí)控制，以及儀表檢測(cè)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(wù)等。

3.3.3 輔助功能

1)檢測(cè)儀表數(shù)據(jù)的采集和處理

對(duì)在線信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理，包括：流量計(jì)流量、水量、水壓、水溫。這些信號(hào)均為4mA～20mA電流信號(hào)，經(jīng)標(biāo)度變換后存入相應(yīng)的寄存器中。通過(guò)以太網(wǎng)通訊發(fā)送給過(guò)程計(jì)算機(jī)，用于模型計(jì)算。

2)中噴快速開閉閥的開關(guān)控制

通過(guò)控制遠(yuǎn)程I/O站的DO輸出，對(duì)中噴控制單元的快速氣動(dòng)開閉閥門進(jìn)行ON/OFF控制。共計(jì)布置4組中噴，一套水壓控制管路，共有5個(gè)DO控制點(diǎn)。

3)供水系統(tǒng)監(jiān)視與報(bào)警

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

4)通訊功能

通過(guò)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(jī)接口(HMI)

HMI(Human Machine Interface)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)操作員與生產(chǎn)過(guò)程的人-機(jī)對(duì)話，主要用于參數(shù)設(shè)定、參數(shù)修改、設(shè)備操作、故障報(bào)警、過(guò)程畫面以及系統(tǒng)狀態(tài)顯示等。本項(xiàng)目雖不涉及新增HMI設(shè)備，但新增設(shè)備相關(guān)控制功能可在原超快冷HMI上實(shí)現(xiàn)。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

為了驗(yàn)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(jí)別品種鋼為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果如下。

4.1 實(shí)驗(yàn)鋼種

1)管線鋼 X70/X80 厚度：12mm～25mm;

2)高強(qiáng)板 Q550 厚度：16mm～50mm。

4.2 各項(xiàng)實(shí)測(cè)性能指標(biāo)

1)鋼板開冷溫度

700℃～950℃，鋼板出ACC溫度：200℃～650℃。

2)鋼板實(shí)測(cè)平整度

(1)冷卻后并沒(méi)有加重軋后鋼板的瓢曲程度；

(2)矯直后鋼板平整度完全達(dá)到國(guó)標(biāo)水平：一檢板型合格率大于90%。

3)溫度控制精度

鋼板全長(zhǎng)90%以上的溫度控制精度在±35℃以內(nèi)。

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

溫降200℃以上，實(shí)際終冷溫度與設(shè)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(shí)，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(dá)到最大時(shí)，鋼板冷后無(wú)殘余水存在。

5 結(jié)論

通過(guò)中噴系統(tǒng)的增加，改進(jìn)了軋后冷卻過(guò)程中現(xiàn)有的殘余水吹掃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鋼板表面殘水的測(cè)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(wèn)題。

[1]王國(guó)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(duì)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(guò)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(guó)勇,李謀渭，等.中厚板冷卻過(guò)程中熱殘余應(yīng)力的控制.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，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(xué)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(shè)備管理工作

TG333.71

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.012

2014-11-08)