超快冷技术在武钢热轧生产中的应用

作者:戴鹏;杨海林;白春雷;周一中; 刊名:钢铁研究 上传者:澄波

【摘要】介绍了武钢热轧总厂二分厂超快冷系统的设备布置、基本原理与特性以及实际应用情况,并详细描述冷却路径控制功能.应用结果表明:其强大的冷却能力和灵活精准的冷却路径控制特性在实际生产中得到了充分发挥,在改善带钢性能均匀性,降低合金成本,优化冷却策略,开发新品种等方面成效显著.整套系统运行稳定,CT控制精度明显提升.

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传统的热轧层流冷却以卷取温度为控制目标,带钢经过粗调和精调两段冷却后在卷取机前达到目标温度,从而得到相应的组织性能和机械性能,是带钢性能控制的关键因素之一。然而,其单一的控制方式,固定的水流量,只注重卷取目标温度,无法控制冷却过程的缺陷,在实际生产中不仅仅会出现带钢全长性能不一致的问题,同时在产品结构、成本等方面也难以满足不断提升的市场需求。近年来,随着自动化技术的飞速发展和设备制造的日趋成熟,作为实现新一代TMCP技术核心手段的超快冷技术[1]成为新的研究和发展方向,其较高的冷却速率,灵活精准的冷却路径控制功能[2],不仅提升了冷却能力,更为带钢冷却提供了多样化的过程控制方法和精确的控制结果。武钢热轧二分厂轧后超快冷系统于2014年11月投入使用,超快冷技术成功应用于实际生产中,在提高带钢性能均匀性,降合金,新品种开发方面均取得了较好的效果。1基本原理与特性1.1冷速的提高超快冷即快速冷却,较传统热轧冷却速率大幅提高。热轧层流冷却水与带钢表面接触时产生的热交换状态如图1所示。由图1可以看到,水与带钢表面接触后以水柱中心为基点(又称为停滞点)沿轧制方向散开,形成水与带钢3种不同的热交换模式。区域1:水与带钢表面接触后直接发生热交换,形成强制热对流与沸腾热交换;区域2:水与带钢表面之间形成一层汽膜,热量通过汽膜进行传导,同时还包括水体内部的热交换;区域3:带钢与空气之间的热传导,以及带钢与辊道等设备环境之间的热辐射,还包括一些分散的小水体与带钢之间的热传导。以上3种热传导方式中,主要以区域1中的热传导为主,占整个热传导的80%以上。区域2中的汽膜会严重影响热交换效率[3],其效率仅仅只有区域1的10%~30%。而区域3中的热传导几乎可以忽略不计。图1热交换状态图普通的层流冷却,包括加密冷却系统;其冷却水均来自于高位水箱,利用自由落体产生的压力对带钢进行冷却;其流速不高,区域1中的冷却效率受限;即使是增加水嘴密度,也只是增加带钢表面单位面积上区域1的数量,减小区域2的数量,并未从本质上改变冷却速率。而超快冷系统通过增压泵进行二次加压,形成较大流速的冷却水,让更多的新水能够与带钢表面直接接触,提高区域1中的热传导效率,从而大幅提高冷速,同时大幅提升水嘴密度。两者共同作用,使得超快冷系统的冷却速率相比普通层流冷却和加密冷却系统有了质的飞跃。1.2控制特性武钢热轧二分厂超快冷系统控制模型基于Gibbs自由涵理论,根据热平衡方程,可精确计算出任意时刻下带钢的任意位置经过冷却后所具备的热涵值、温度以及相变状态[2]。加之采用的变频泵和流量调节阀,可对冷却集管流量进行控制,实现冷却速率的调节,继而达到冷却路径精确控制的目的。其特性与作用归纳如图2所示。图2超快冷系统控制特性2设备布置图3是冷却线设备布置图。超快冷集管布置在精轧出口,经增压泵供水,采用流量调节阀控制流量。紧跟着是普通层流冷却,由开关阀进行控制,两段集管之间留出足够的间隙作为测量段,布置相应的测温计、测速仪、断面扫描仪等测量设备。层流集管后面是加密集管,采用与超快冷段一样的流量调节阀。最后是精调段,由开关阀进行控制。卷取温度计放置在层流辊道下面。图4是超快冷增压系统结构示意图。可以看到,高位水箱中的冷却水经由2路水管输送至超快冷集管,一路连接加压泵站,一路与集管直连,通过1个AUMA阀进行切换。当使用高压模式时,AUMA阀关闭,增压泵开始运转,冷却水流经加压泵进行加压后输出到超快冷集管,余水再通图3冷却线设备布置图图4超快冷增压系统结构示意图过溢流阀回流至高位水箱中。反之,切换至低压模式时,AUMA

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