中厚板轧后控制冷却技术的发展及现状

中厚板轧后控制冷却技术的发展及现状

李渊

八一钢铁股份有限公司轧钢厂中厚板分厂

摘要：冷却技术控制是通过轧制材料过热进行热处理的技术。冷却控制设置在终轧机与精整机之间，通过改变热轧的冷却条件、奥氏体相态条件和改善碳化物析出行为，改善钢的结构和性能。通过采用控制冷却技术，不仅提高了性能，还提高了钢板的强度，而不影响质量。同时，钢板的不平整度和残余应力减少，钢板质量明显改善。本文总结了中厚板轧后控制冷却技术的发展情况，并探讨了水冷及其控制的难点。了解这些条件对于中厚板厂选择合适的冷却方法并对其进行配置以管理冷却系统非常重要。

关键词：中厚板；控制冷却；发展

控制轧制和冷却是现代钢铁工业技术成就之一。冷却控制和管理是通过控制冷却后的轧制温度。控制轧辊冷却后钢的冷却速度，以提高钢的结构和性能。由于热轧变形效应，奥氏体变形后的铁转变温度升高，反转后的铁晶体变得容易生长，机械性能下降。采用可控冷却方法，优化铁晶粒，减小珠光体层间距，防止碳化物在高温下析出，采用控制冷却是增强了强化效果。

一、控制冷却方式

控制冷却方法有许多优点和缺点。不同的冷却方法因技术环境和条件而异。

1.压力喷射。优点是，水可以连续流动，而不会中断钢板表面的流动，从而可以将冷却部件喷到钢板表面，同时顶部和底部的冷却差异可以在水汽膜环境中渗透到钢板中。缺点，冷却性能少，冷却效率低，需水量高，用水量大，冷却不均匀，水质要求高，喷嘴堵塞，水利用率低。

2.层流。优点是水保持高冷却状态，并提供稳定的冷却能力，自上而下和垂直均匀冷却。缺点，冷却路径长，管道间距有限，横向分布不均匀，要求水质高，喷嘴堵塞，维护量及难度大。

3.水幕冷却。优点是冷却功率最大，水流保持静层流止，冷却速度快，冷却区域距离小，需水量低，可维修性低，冷却速度一般为12-30℃s，有时可达80℃s。缺点带钢自上而下冷却低，不均匀，需要两个通风供水系统，设备布线复杂，噪音大，对空气和水要求严格，车间雾大，易受设备腐蚀。

4.喷淋。优点是水破断式，由冲击成液滴群冷却，使得冷却更加均匀，冷却性能高于较高的喷嘴冷却。缺陷，高压力，冷却能力小，水质高。

5.板湍流。优点:轧制的钢板以30℃s的冷却速度直接送入水中燃烧或快速冷却。缺陷冷却速度小、水量大。

6.直接淬火。优点是冷却速度快，冷却能力大，合金用量少，导致强度相同，碳含量降低，焊接性能提高，钢板强度低。缺陷，有限的型钢，冷却不均匀，大部分钢板内衬低于10мм，宽钢板低于30мм。

7.雾化。优点是水通过加压空气流入雾中，钢板冷却，冷却均匀，速度控制足够大，可以分别进行单独风冷、弱水冷却和强水冷却。

二、控制冷却系统

1.比较不同冷却方式。目前，高压喷嘴、层流、水幕主要用于冷却控制。通过对三种冷却方法的对比研究，得出水幕冷却系统的具体冷却性能最高，缺点是不均匀喷射系统的上表面冷却性能最低，扁钢上下表面冷却差异大；层流冷却的单位冷却性能略低于水幕系统，但钢条上下表面和整个冷却区域的冷却是一致的。层流冷却系统的流速调节范围(1:10)比水幕冷却的流速调节范围大得多。因此，还建议根据我国的实际生产情况，在受控冷却系统中实施集管层流冷却原因是(1)流量分布在宽度方向上均匀，以保证钢板宽度方向上的均匀冷却；(2)冷却段小，采用冷却系统，压力或流速控制简单；(3)无需控制水质和复杂水流，溢流槽水位稳定，冷却级水压稳定(低压)；此外，大型网状冷却系统可以应对中国厚板生产线冷却区域相对较短，钢板温度在实际冷却时间内可降至最终冷温的特点。

2.控制冷却技术的难点和解决方案。为了理想的受控冷却效果，冷却开始温度应大于A r3，接近最终轧温度，冷却速度应在3~15℃/s之间，冷却结束温度应在500~600℃之间。在此温度范围内，确定钢板的金相结构，并可缓慢冷却。此外，缓慢冷却有利于降低钢板的内应力。因为:(1)由于影响最终冷却温度的因素是许多复杂的因素，如钢板材料、厚度和速度、冷却水数量、水压、温度等。这些元素的影响使得最终冷却温度控制的精度难以提高，它们的机械复杂，其中一些元素会随着时间发生很大变化。很难从在线控制数学模型中计算和准确描述这些元素。(2)层流冷却分布在一定长度的辊道上下方，钢板在一定范围内输送，实际上冷却控制是在大空间面积的长度方向完成的，所以冷却温度的最终控制变得复杂。(3)终冷温度测温仪一般安装在层冷却区外至少10米处。相对控制点的检测速度较慢，传统反馈控制方法的使用受到很大限制(这太费时，容易发生波动)。此外，调节阀的打开和关闭以及冷却水对钢板表面的投影会产生很大的位移(秒)，对动态控制产生不利影响。(4)冷却水用量的调整不连续，且控制颗粒的大小取决于阀门控制的水量。最终冷温控制的准确性主要取决于这种粒度的大小。为了克服这些困难，主要在国外采取了以下措施：水冲击扩大，冲击区域均匀复盖在钢板表面，以保证冲击区域的垂直对称，即考虑冷却开始温度和结束温度、板厚、板宽等。受水量和污水量的影响，构建水-如此-水体积比模型，并解决钢板的左倾斜问题。为了保证在宽度和长度方向上均匀冷却，采用了端头和后端水的控制，以及密封胶布置图和冷却布置图，根据水量和厚度对端头和后端进行结构。这有利于扩大钢板的生产范围，改善钢板的生产。检查冷却系统的冷却水流量是否可以调节。

3.控制冷却方式。冷却区的温度预测和参数计算是充分控制冷却过程的基础。温度预测模型从简化的一维数学模型开始，研究澳大利亚已开始转化为铁素体的温度梯度，为了充分考虑构建热交换系数模型的温度分布情况，其他研究人员利用有限元方法，将一维温度预测模型发展为沿分割长度方向的二维预测模型，并考虑以下物性值，在厚板轧制后冷却过程中，流速、辊道速度和冷却段控制用于受控冷却系统，以确保冷却系统在进入冷却区域之前处于稳定均匀的冷却状态。为了精确控制水量或打开和关闭初始控制，即流量调节只能通过控制打开的阀门的数量来完成。或者，选择启闭阀作为三通阀，使它们与单一的流量调节共存。钢板进入冷却区前，必须预先相应调整水量，将三通阀放置在冷却水排水槽侧，控制一侧所需的冷却水总量，并通过流量调节阀调整冷却开始，必须将三通阀从排水通道侧切换到排水槽侧。为了防止三通阀方向改变时水量波动，必须安装调压阀，并将调压阀的开度调整到适当的位置。在冷却控制期间，泵支持水量调节功能，并设计了调节模式，以冷却级数和流速为参数，调节逆变器的转速和压力控制孔，实现了高精度的水量调节。

层流冷却优化了冷却效果，提供了1:10的水控制范围。在获取控制和冷却信息的同时，采用中厚板生产的最新控制技术，对层流冷却设备的设计、加工、制造和安装合理，此外，供水系统可以满足国际钢材市场不断变化的需求，开发适合中国国情的管理模式，并广泛应用管理冷却技术在我国生产中厚板。

参考文献：

[1]李清二等.厚板在线处理.国外钢铁,2020,(7):23～29

[2]王涛.控制轧制与控制冷却.北京:冶金工业出版社,2020[3]李荣.钢的控制轧制和控制冷却技术手册.北京:冶金工业出版社,2019

[4]张年.热轧带钢层流冷却装置的设计与研究.一重技术,2020,67(1):27～29

[5]卢缪.层流冷却控制系统在热连轧线上的应用.鞍钢技术,2020,(6):22～25