济钢宽厚板ACC轧后控冷系统设备构成及应用

 

    控制冷却是在控制轧制后，在奥氏体向铁素体相变的温度区域进行某种程度的快速冷却，使相变组织比单纯控制轧制更加细微化，以获得更高强度的技术[1]。同时，该技术还是一项节约合金、简化工序、节约成本的先进技术，可以充分挖掘轧制潜力，大幅度提高钢板的综合力学性能，给企业带来巨大的经济效益和社会效益。

 

    济钢宽厚板厂新上轧后快速冷却装置有利于提高钢板质量和品种优化，不但节省能源也降低了成本，还为品种开发提供了基本条件。

 

 

    济钢宽厚板轧机轧后快速冷却控制（Accelerated Controlled Cooling）系统可分为以下几部分：冷却水处理系统、高位中间水箱、冷却装置、计算机自动控制系统、仪表检测系统、冷却水量控制系统、吹扫及侧喷机构等。冷却系统布置示意图见图1所示可分为一区（在精轧机）、二区（ACC入口）、三区（在ACC）、四区（ACC出口）和五区（矫直机），其中第三区就是ACC的冷却区，A CC根据冶金理论分为两个冷却区：冷却1区（快冷区）、冷却2区（微调区）两部分。在使用ACC时，冷却1区的喷雾冷却负责高温区的快速冷却，冷却2区负责控制终冷温度软冷区，由水雾冷却系统负责钢板上表的冷却，多喷嘴冷却系统负责钢板下表的冷却。 
 

 

    图1 济钢宽厚板轧后控冷系统布置示意图

 

 

    控制冷却目的的实现，冷却设备是第一个要解决的问题。对所开发的控制冷却设备必须能满足以下要求：

 

    （1）均匀地冷却整块钢板（包括板宽、板长、板厚方向）；

 

    （2）减少冷却过程中产生的应变和残余应力，使钢板保持平直；

 

    （3）有足够的冷却速度，并能准确调整冷却速度和控制冷却的起始和终冷温度；

 

    （4）设备投资少、生产稳定、便于维修。

 

    （5）厚板冷却的操作方式有同时冷却和连续冷却两种。前者是使整个钢板同时得到冷却，后者通过冷却装置时依次得到冷却 [2]。

 

 

    3.1、冷却1区冷却装置

 

    在这个区内，上部和下部喷嘴采用雾化喷嘴，每个喷嘴都被横向安装在喷嘴集水管上，喷嘴分配到每个集水管上，在移动着的钢板的宽度方向形成恰当的喷射水流[2]。第一冷却区的主要设备如下：

 

    3.1.1、喷嘴和喷嘴集水管

 

    雾状喷嘴用于第一冷却区，上部和下部的喷嘴集水管用不锈钢制成，以免腐蚀。上部每个集水管的流量最大 4.4m3/min，最小2.6 m3/min，下部每个集水管的流量最大6.6m3/min， 最小4.0 m3/min；

 

    上部和下部喷嘴集水管都连接到一个更大的公共集水管，公共集水管能吸收水压波动并使达到每个喷嘴集水管的配水均衡。上部总流量最大13m3/min，最小8m3/min，下部总流量最大20m3/min，最小12m3/min。

 

    3.1.2、钢板边部遮蔽装置

 

    为避免板边两侧的过度冷却，每个上部喷嘴集水管都附带有遮蔽装置。被遮蔽板改变了方向的水流向板材的两侧。

 

    3.1.3、保持辊

 

    5根保持辊沿上部喷嘴集水管布置，它们的功能如下：

 

    ①保持辊使移动的钢板保持在上部和下部喷嘴之间，它们保持板材和喷嘴之间的间隙适当，当间隙变化较大时，冷却方式随之偏离标准冷却方式，会影响到板材温度的均匀性，因此保持间隙这点对冷却工艺来说是非常重要的。

 

    保持辊起到保护上部喷嘴的作用。如果轧制的钢板前端出现上翘时，保持辊会阻挡上翘的钢板撞击喷嘴。

 

    3.2、冷却2区冷却装置

 

    在该区采用两种类型的喷嘴：上部是水膜喷嘴，下部是多孔喷射喷嘴。二区的主要设备如下：

 

    3.2.1、喷嘴和喷嘴集水管

 

    上、下部每个集水管的流量最大4.2m3/min，最小2.5 m3/min。公共集水管能吸收水压波动并使达到每个喷嘴集水管的配水均衡。上部总流量最大33m3/min， 最小20m3/min，下部总流量最大67m3/min， 最小40m3/min。

 

    3.2.2、板边部遮蔽装置

 

    （1）宽度遮蔽

 

    为避免板边两侧的过度冷却，遮蔽装置被安装在每个上部喷嘴集水管上。被遮蔽板改变了方向的水流向下排到板材的两侧。

 

    （2）板材头部和尾部的遮蔽

 

    为了遮蔽板材的头部和尾部，喷水器应受到控制。为避免板材的头部和尾部过度冷却，不能在板材的上表面喷太多的水是非常重要的。

 

    在钢板头部正好通过第一冷却区之后，下部喷嘴开始喷水，通过这种操作就可以避免太多的水聚集在板材的上表面；在钢板尾部正好已经通过最后的上部喷嘴集水管之前，就停止上部最后的喷嘴集水管的喷水，通过这个步骤，停留在板材尾部的水就可以被减少到最少限度。此外，在钢板上表面残留的水就可以由冷却系统出口处的逆向喷雾器加以清除。

 

    3.2.3、逆向喷雾器和区域喷雾器

 

    这些喷雾器从板材的上表面清除过多的水，此外，它们有助于调整不均匀的水流并清除有害的扰动，通过这些喷雾器，区冷却系统上游和下游的水流得到排除。出入口上部的逆向喷头是可伸缩的，以避免ACC操作时与钢板相互碰撞。ACC操作时，上部喷头缩进在顶部，无喷水，一旦钢板头部通过并且板材位于其下方时，喷头下降，开始喷水。同样，板尾通过后，喷头上升，喷水停止，喷头的上升和下降由PLC控制系统来控制。

 

    （1）入口逆向喷雾器

 

    被安装在冷却系统的入口，采用了两种型式的喷嘴，一种是平式喷雾喷嘴，另一种是喷射式喷雾喷嘴。两种型式的喷嘴都安装在一个公共的集水管上。它们覆盖了被加工板材宽度的所有变化。扁平式喷雾喷嘴沿集水管均匀分布，两个喷射式喷雾喷嘴则安装在集水管的每一端。喷嘴的总流量约为11 m3/分。

 

    （2）区域分离喷雾器

 

    两个喷雾喷嘴被安装在第一冷却区和第二冷却区之间，喷雾器把多余的水从板材的中央冲向两边，通过这个喷嘴，第一冷却区的水流和第二冷却区的水流完全被分隔。具体设备数据见表5。

 

    （3）出口逆向喷雾器

 

    与第一冷却区的相似，两种类型的喷嘴被安装在冷却系统的出口。喷雾器的布置与第一冷却区的完全相同，喷嘴的总流量约为10m3/min。

 

    3.3、高位中间水箱

 

    该系统在热轧带钢生产的层流冷却系统中的高位水箱基础上，并根据宽厚板控制冷却的工艺需要对高位水箱做了调整。该高位水箱针对上层流划界为三个一组，一组供水，一组溢流，从而来保证出水稳压、稳流、稳量、排气。

 

    为保证上、下集管的稳压供水，设置高位中间稳压调节水箱，水箱容量为150立方米，水箱顶部离地面高度８米，水箱采用多根入水管注入循环水，多根溢流管保持水箱水位，这一措施可以稳定供水压力和减少水箱中水的扰动。

 

    3.4、吹扫机构

 

    在冷却区入口端装喷气吹扫机构，以限定冷却区和防止冷却水溅出，提高冷却区入口测温仪的测温精度。

 

    在冷却区出口端装两组吹扫机构，一组为中压水吹扫机构，一组为气吹扫机构，用以限定冷却区，防止钢板表面残留水对钢板造成不均匀冷却，提高冷却区出口测温仪的测温精度。

 

    3.5、侧喷机构

 

    在冷却区内设置8个中压水侧吹水喷嘴，以打破钢板表面的蒸气膜，提高层流水的冷却能力，以及通过不同集管组数和侧喷机构的组合，实现不同的冷却工艺的要求。

 

 

    在ACC快速冷却系统中，上部喷嘴喷射的水流因为重力作用，在没有侧喷的情况下将滞留在钢板表面。这层滞留水在达到沸腾前根据对流换热机理会比空冷的冷却能力强，而达到沸腾后，会因为在冷却水和钢板表面形成一层蒸汽膜而导致对流换热系数的降低从而减弱冷却效力，甚至会弱于钢板在空气中直接冷却的效果。对于钢板下表面，冷却水在喷射到钢板表面后也是因为重力作用将直接落下，不会再与钢板有任何接触，因而此时冷却方式为“水冷＋空冷”。这样一来在上下水量相同的条件下会导致上下表面冷却能力不同，钢板会因冷却不均匀而发生瓢曲。为了保证钢板不发生瓢曲，将上下喷嘴的开口度调节到比例为1：2～1：3的范围内[3]。

 

 

    ACC快速冷却系统不仅满足了济钢宽厚板厂轧后控冷工艺要求，而且具备了对高端品种进行轧后直接淬火的能力，钢板经轧后控制冷却后，强度指标大幅提高，这给优化钢种成分、减少合金元素含量、降低了生产成本，提高了钢板质量，促进了品种优化，不但能节省能源也降低了成本，并且还为品种开发提供了基本条件，得到有效的利用，取得了较好的效益。