中厚板轧后控制冷却技术的研究与发展

侯凯

【摘 要】中厚板轧后冷却技术是中厚板制造工艺中的重要环节。轧后冷却效果对中厚板的产品质量有直接影响。快速的冷却技术对钢材的组织和性能有明显的改善作用。让钢材产品的强度和防腐能力有了进一步的提高。同时对钢材性能与冷却速度之间关系的研究，可以实现利用同种钢材原料生产不同性能的钢材产品。对完善企业产品深度，扩大企业经营规模有重要意义。文章对现阶段我国中厚板生产线采用的控制冷却技术发展现状做出了介绍，并对比分析了我国目前采用的几种控制冷却工艺，分析其优缺点和适用范围，最后对我国中厚板轧后控制冷却技术的发展方向提供建议，

【关键词】控制冷却；中厚板；工艺研究发展

一、前言

中厚板在建筑工程、机械制造、容器制造、造船以及桥梁等领域都有着广泛的应用，伴随着我国社会经济的不断发展，我国中厚板市场份额逐年增加，中厚板用户也对中厚板的质量和性能提出了更高的要求，轧后控制冷却系统是决定中厚板质量和性能的重要环节之一，传统的中厚板生产工艺中，钢材轧后一般采用自然冷却的方式完成钢材的降温工作。该方面虽然成本较低操作简单，但弊端较为明显，冷却周期较长导致中厚板生产效率过低，同时因冷却速度较慢会直接导致钢板质地变脆，在后期的剪切中废品率较高。控制冷却技术是为了解决和优化上述问题而研发的全新冷却方法。钢材原料在经过终轧机处理后，在进入精整工艺前由控制冷却系统完成钢材的冷却工作。控制冷却系统根据原材料特性以及产品的生产需要，通过控制冷却速度等手段来改善刚下的组织和性能。最终提高钢材的整体质量。

二、中厚板控制冷却技术的发展

（一）国外控制冷却技术的发展

全球第一套控制冷却系统是由英国科学家布林奥斯研发制作的，受制作工艺和技术限制，该套工艺只能在16mm以下钢板制作的工艺中使用。实用价值较低。80年代初期日本首次研制出可用于中厚板制作的工艺中的控制冷却工艺，经过30余年的不断革新和完善逐步发展为现代广泛使用的控制冷却装置，目前大多数国家使用的控制冷却工艺均为日本研制冷却装置作为原型改造而来。

（二）我国中厚板控制冷却生产现状

我国第一套中厚板轧后控制冷却装置是1985年由鞍钢集团科研团队研发成功的。并在半连轧钢厂正式投产使用。该装置投入使用后对传统自然冷却方式造成的种种生产弊端有了显著的缓解作用，一度提高了半連轧钢厂的生产效率和产品质量。但随着我国社会经济的不断发展，中厚板需求商对中厚板质量提出了更高的要求，步入wto以来国际化的市场行情也要求钢材企业必须提高产品竞争力来获得可以维持企业发展的市场份额。在这样的形势下该套装置已经无法满足生产需求，该套装置的冷却区长期不足，导致产品冷却能力不够，温度控制不均匀，产品性能不稳定，达标率较低。随后我国宝钢、鞍钢等大型钢材企业先后引进了日本生产的柱状层流冷却装置，相比我国自主研发的冷却装置，温度控制更加均衡稳定。武钢集团基于日本产柱状层冷却装置结合全新的计算机控制芯片技术，进行升级改造，推出了控制更加精准的冷却装置，并在全国范围内推广。

三、控制冷却系统

目前控制冷却系统根据冷却原理主要划分为三类分别为高压喷嘴冷却、层流冷却、水幕冷却三种方式，其中水幕冷却系统冷却效率最高，但可控性较低，温控不够均匀。高压喷嘴冷却方式与其相关，冷却效率较低，但钢材上下表面冷却差别显著。层流冷区系统的冷却效率处于上述冷却装置中间位置，但该冷却装置温控能力极强，冷却区域冷区均匀。

综上所处，从我国的实际生产状况出发，建议控制冷却系统采用集管层流冷却装置，具体原因如下：

1.层流冷却受其冷却原理决定，流量分布均匀，可以良好的实现钢材冷却的均匀控制。

2.设备制造成本较低，能耗与其他冷却装置相比有较大优势，通知结构简单，维护成本低。

3.对水质要求低，不需要复杂精确的水流量控制系统，溢流流量稳定。

（一）控制冷却技术的难点与解决思路

中厚板轧后最佳冷却速度为3-15℃/s，最佳冷却后温度应为500℃-600℃。钢板轧后进入该温度区域后，钢材组织结构以及特性均趋于稳定，此时进行缓慢自然冷却对钢材结构和性能并无明显影响。但是在实际生产过程中对最终冷却温度的控制较为困难，主要有如下原因。

1.在中厚板的生产环境中，对中厚板轧后冷却温度的影响因素较低，如钢材原料本身特性、环境温度、材料厚度、冷却装置稳定性、冷却水质、冷却水量，冷却水流动形态等等多种因素，均会对最终冷却温度带来不同程度的影响。上述因素认为干预难度较高，同时温度影响程度动态性较高，无法准确的计算掌握其影响规律。

2.层流冷却系统，冷却区域较长，钢板的传送在一定范围内，冷却控制区域大，最终冷却温度控制误差较大

3.层流冷却系统的中冷温度检测是通过安装在层冷区外侧的温度传感器获取的。但温度传统器一般安装具体较远，通常与控制设备相聚10m以上，温度数据传输时效性不高，给温度管理工作带来较大难度。同时在冷却过程中，冷却水溅射到温度传感器上，对传感器温度获取带来一定干扰。

（二）解决思路

1.扩大冷却水冲击区域，让钢材表面所有区域都可以直接受到冷却水的冲击。同时应注意，要保持钢材上下表面的冲击面积和冲击水流量持平对称。

2.安装边部遮蔽和头尾水量控制装置

3.安装控制冷却系统的水流量控制阀门

（三）冷却控制方法

冷却控制的本质根据生产需要对冷却区温度的管理控制。因此温度检测和制定温控范围是冷却控制工作的基础，也是核心工作。在中厚板轧后的冷却过程中，有较多的因素会对钢材的冷却过程带来影响。应安装前馈控制装置，保障钢材冷却过程中的温控均匀。同时应安装三通阀门和流量阀门等工艺保障冷却水流量的精准控制。通知应在控制设备中荣誉神经网络等信息和数据传输技术，实现对冷却温度的动态控制，并在控制设备中加入具有数据分析记忆功能的职能控制芯片，实现对冷却温度的自适应控制。让终冷温度的可控率达到生产标准。

四、结论

1.层流冷区方法相比其他控制冷却工艺更具优势，冷却控制效果良好，同时对水流量也有这精准的控制能力

2.中厚板冷却控制系统的核心目的是对钢材轧后冷却工作中，温度掌握和控制，因此未来的发展方向应以智能控制作为主要发展方向，通过机械技术、信息处理技术、计算机应用技术的结合，最终发展为具有冷却温度智能控制，冷却数据自动收集，温度异常自动启动应急处理，以及根据生产需要智能调节冷却流程和终冷温度的高智能、高精准、高掌控冷却系统。

3.经过对宝钢、武钢、重钢、太钢以及其他大型钢材制造企业的生产情况全面了解后，可以得知控制冷却技术对企业产品的生产效率。生产质量和产品特性都有着直接的影响。提高我国钢厂生产线控制冷却工艺水平是提高我国钢材制造企业市场竞争力的重要途径。控制冷却系统的不断提升和完善，毕竟给我过中厚板生产企业带来更高的经济效益与企业发展可能。

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