中厚板軋后控制冷卻技術的研究與發(fā)展

侯凱

【摘 要】中厚板軋后冷卻技術是中厚板制造工藝中的重要環(huán)節(jié)。軋后冷卻效果對中厚板的產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響。快速的冷卻技術對鋼材的組織和性能有明顯的改善作用。讓鋼材產(chǎn)品的強度和防腐能力有了進一步的提高。同時對鋼材性能與冷卻速度之間關系的研究，可以實現(xiàn)利用同種鋼材原料生產(chǎn)不同性能的鋼材產(chǎn)品。對完善企業(yè)產(chǎn)品深度，擴大企業(yè)經(jīng)營規(guī)模有重要意義。文章對現(xiàn)階段我國中厚板生產(chǎn)線采用的控制冷卻技術發(fā)展現(xiàn)狀做出了介紹，并對比分析了我國目前采用的幾種控制冷卻工藝，分析其優(yōu)缺點和適用范圍，最后對我國中厚板軋后控制冷卻技術的發(fā)展方向提供建議，

【關鍵詞】控制冷卻；中厚板；工藝研究發(fā)展

一、前言

中厚板在建筑工程、機械制造、容器制造、造船以及橋梁等領域都有著廣泛的應用，伴隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國中厚板市場份額逐年增加，中厚板用戶也對中厚板的質(zhì)量和性能提出了更高的要求，軋后控制冷卻系統(tǒng)是決定中厚板質(zhì)量和性能的重要環(huán)節(jié)之一，傳統(tǒng)的中厚板生產(chǎn)工藝中，鋼材軋后一般采用自然冷卻的方式完成鋼材的降溫工作。該方面雖然成本較低操作簡單，但弊端較為明顯，冷卻周期較長導致中厚板生產(chǎn)效率過低，同時因冷卻速度較慢會直接導致鋼板質(zhì)地變脆，在后期的剪切中廢品率較高。控制冷卻技術是為了解決和優(yōu)化上述問題而研發(fā)的全新冷卻方法。鋼材原料在經(jīng)過終軋機處理后，在進入精整工藝前由控制冷卻系統(tǒng)完成鋼材的冷卻工作。控制冷卻系統(tǒng)根據(jù)原材料特性以及產(chǎn)品的生產(chǎn)需要，通過控制冷卻速度等手段來改善剛下的組織和性能。最終提高鋼材的整體質(zhì)量。

二、中厚板控制冷卻技術的發(fā)展

（一）國外控制冷卻技術的發(fā)展

全球第一套控制冷卻系統(tǒng)是由英國科學家布林奧斯研發(fā)制作的，受制作工藝和技術限制，該套工藝只能在16mm以下鋼板制作的工藝中使用。實用價值較低。80年代初期日本首次研制出可用于中厚板制作的工藝中的控制冷卻工藝，經(jīng)過30余年的不斷革新和完善逐步發(fā)展為現(xiàn)代廣泛使用的控制冷卻裝置，目前大多數(shù)國家使用的控制冷卻工藝均為日本研制冷卻裝置作為原型改造而來。

（二）我國中厚板控制冷卻生產(chǎn)現(xiàn)狀

我國第一套中厚板軋后控制冷卻裝置是1985年由鞍鋼集團科研團隊研發(fā)成功的。并在半連軋鋼廠正式投產(chǎn)使用。該裝置投入使用后對傳統(tǒng)自然冷卻方式造成的種種生產(chǎn)弊端有了顯著的緩解作用，一度提高了半連軋鋼廠的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。但隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，中厚板需求商對中厚板質(zhì)量提出了更高的要求，步入wto以來國際化的市場行情也要求鋼材企業(yè)必須提高產(chǎn)品競爭力來獲得可以維持企業(yè)發(fā)展的市場份額。在這樣的形勢下該套裝置已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求，該套裝置的冷卻區(qū)長期不足，導致產(chǎn)品冷卻能力不夠，溫度控制不均勻，產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，達標率較低。隨后我國寶鋼、鞍鋼等大型鋼材企業(yè)先后引進了日本生產(chǎn)的柱狀層流冷卻裝置，相比我國自主研發(fā)的冷卻裝置，溫度控制更加均衡穩(wěn)定。武鋼集團基于日本產(chǎn)柱狀層冷卻裝置結(jié)合全新的計算機控制芯片技術，進行升級改造，推出了控制更加精準的冷卻裝置，并在全國范圍內(nèi)推廣。

三、控制冷卻系統(tǒng)

目前控制冷卻系統(tǒng)根據(jù)冷卻原理主要劃分為三類分別為高壓噴嘴冷卻、層流冷卻、水幕冷卻三種方式，其中水幕冷卻系統(tǒng)冷卻效率最高，但可控性較低，溫控不夠均勻。高壓噴嘴冷卻方式與其相關，冷卻效率較低，但鋼材上下表面冷卻差別顯著。層流冷區(qū)系統(tǒng)的冷卻效率處于上述冷卻裝置中間位置，但該冷卻裝置溫控能力極強，冷卻區(qū)域冷區(qū)均勻。

綜上所處，從我國的實際生產(chǎn)狀況出發(fā)，建議控制冷卻系統(tǒng)采用集管層流冷卻裝置，具體原因如下：

1.層流冷卻受其冷卻原理決定，流量分布均勻，可以良好的實現(xiàn)鋼材冷卻的均勻控制。

2.設備制造成本較低，能耗與其他冷卻裝置相比有較大優(yōu)勢，通知結(jié)構簡單，維護成本低。

3.對水質(zhì)要求低，不需要復雜精確的水流量控制系統(tǒng)，溢流流量穩(wěn)定。

（一）控制冷卻技術的難點與解決思路

中厚板軋后最佳冷卻速度為3-15℃/s，最佳冷卻后溫度應為500℃-600℃。鋼板軋后進入該溫度區(qū)域后，鋼材組織結(jié)構以及特性均趨于穩(wěn)定，此時進行緩慢自然冷卻對鋼材結(jié)構和性能并無明顯影響。但是在實際生產(chǎn)過程中對最終冷卻溫度的控制較為困難，主要有如下原因。

1.在中厚板的生產(chǎn)環(huán)境中，對中厚板軋后冷卻溫度的影響因素較低，如鋼材原料本身特性、環(huán)境溫度、材料厚度、冷卻裝置穩(wěn)定性、冷卻水質(zhì)、冷卻水量，冷卻水流動形態(tài)等等多種因素，均會對最終冷卻溫度帶來不同程度的影響。上述因素認為干預難度較高，同時溫度影響程度動態(tài)性較高，無法準確的計算掌握其影響規(guī)律。

2.層流冷卻系統(tǒng)，冷卻區(qū)域較長，鋼板的傳送在一定范圍內(nèi)，冷卻控制區(qū)域大，最終冷卻溫度控制誤差較大

3.層流冷卻系統(tǒng)的中冷溫度檢測是通過安裝在層冷區(qū)外側(cè)的溫度傳感器獲取的。但溫度傳統(tǒng)器一般安裝具體較遠，通常與控制設備相聚10m以上，溫度數(shù)據(jù)傳輸時效性不高，給溫度管理工作帶來較大難度。同時在冷卻過程中，冷卻水濺射到溫度傳感器上，對傳感器溫度獲取帶來一定干擾。

（二）解決思路

1.擴大冷卻水沖擊區(qū)域，讓鋼材表面所有區(qū)域都可以直接受到冷卻水的沖擊。同時應注意，要保持鋼材上下表面的沖擊面積和沖擊水流量持平對稱。

2.安裝邊部遮蔽和頭尾水量控制裝置

3.安裝控制冷卻系統(tǒng)的水流量控制閥門

（三）冷卻控制方法

冷卻控制的本質(zhì)根據(jù)生產(chǎn)需要對冷卻區(qū)溫度的管理控制。因此溫度檢測和制定溫控范圍是冷卻控制工作的基礎，也是核心工作。在中厚板軋后的冷卻過程中，有較多的因素會對鋼材的冷卻過程帶來影響。應安裝前饋控制裝置，保障鋼材冷卻過程中的溫控均勻。同時應安裝三通閥門和流量閥門等工藝保障冷卻水流量的精準控制。通知應在控制設備中榮譽神經(jīng)網(wǎng)絡等信息和數(shù)據(jù)傳輸技術，實現(xiàn)對冷卻溫度的動態(tài)控制，并在控制設備中加入具有數(shù)據(jù)分析記憶功能的職能控制芯片，實現(xiàn)對冷卻溫度的自適應控制。讓終冷溫度的可控率達到生產(chǎn)標準。

四、結(jié)論

1.層流冷區(qū)方法相比其他控制冷卻工藝更具優(yōu)勢，冷卻控制效果良好，同時對水流量也有這精準的控制能力

2.中厚板冷卻控制系統(tǒng)的核心目的是對鋼材軋后冷卻工作中，溫度掌握和控制，因此未來的發(fā)展方向應以智能控制作為主要發(fā)展方向，通過機械技術、信息處理技術、計算機應用技術的結(jié)合，最終發(fā)展為具有冷卻溫度智能控制，冷卻數(shù)據(jù)自動收集，溫度異常自動啟動應急處理，以及根據(jù)生產(chǎn)需要智能調(diào)節(jié)冷卻流程和終冷溫度的高智能、高精準、高掌控冷卻系統(tǒng)。

3.經(jīng)過對寶鋼、武鋼、重鋼、太鋼以及其他大型鋼材制造企業(yè)的生產(chǎn)情況全面了解后，可以得知控制冷卻技術對企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)品特性都有著直接的影響。提高我國鋼廠生產(chǎn)線控制冷卻工藝水平是提高我國鋼材制造企業(yè)市場競爭力的重要途徑。控制冷卻系統(tǒng)的不斷提升和完善，畢竟給我過中厚板生產(chǎn)企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟效益與企業(yè)發(fā)展可能。

【參考文獻】

[1]付天亮.中厚板輥式淬火機冷卻過程數(shù)學模型的研究及控制系統(tǒng)的建立[D].東北大學，2010.

[2]苑達.新一代中厚板軋后控制冷卻系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理技術[D].東北大學，2010.

[3]陳小林.新一代中厚板軋后冷卻計算機控制系統(tǒng)研究與應用[D].東北大學，2010.

[4]郭心如.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡預報模型在中厚板層流冷卻控制中的應用[D].東北大學，2010.

[5]陳利.Q345B軋后高密度管層流控冷數(shù)學模型的研究和組織性能模擬[D].武漢科技大學，2005.