层流冷却系统改进措施分析

南京钢铁联合有限公司 徐 龙

层流冷却系统改进措施分析

南京钢铁联合有限公司 徐 龙

在板材生产中，层流冷却技术在保证产品工艺性能方面发挥着重要作用。其过程复杂，工况变化频繁，无法用精确的数学模型来描述。由于层流冷却受多种因素影响，只有不断提升控制冷却的技术，才会给企业带来更多的效益，满足企业对板材生产质量的要求。层流冷却技术包括层流冷却设备工艺布置、层流冷却区组成、热传导机制、控制模型、操作模式、层流冷却控制策略及层流冷却系统现状等部分。在生产中应确保层流冷却设备的正常运行，不断优化层流冷却控制模型的参数，以提高层流冷却模型预报精度。层流冷却技术在各企业的广泛应用有效地提升了产品质量，以钢板冷却为例，层流冷却对钢板表面冷却比较均匀，适用于板材的强冷却过程。但是这种技术也存在不足之处，因此，对层流冷却系统的进行优化是很有必要的。

一、层流冷却系统

层流冷却就是使低水头的水通过水箱或者其他集水装置，流过弯曲管后形成的一种漫流无旋的层流状水体。这种水体干净无杂质。在轧机的轨道上方，冷却水形成一层冷却带，并通过特定装置在一定的高度往钢板上平稳均匀地洒落。这种洒落方式有效地扩大了水体与板材的接触面积，接触的面积越大，对板材的冷却效率就越高。对于层流冷却系统的控制，必须根据企业对生产的需要，采用不同的冷却方式进行。一般层流冷却系统的控制都是根据原始参数的拟定，计算板材的温度，设定冷却所需的长度。然后根据测量结果计算冷却管的数量，对其进行水量的调节，这样的工艺流程一般比较复杂，其中最重要的就是水量调节和板材温度计算。两者对层流冷却要求影响很大。要达到工业生产中卷曲温度的目的，在冷却装置上应装设相应的检测仪器，这些仪器可以提供所需要的数据。如，在供水管道上设置水温和水压的测量仪器，可以根据数据调控水位；加设保温罩是为了保证精轧开轧温度，如果这个温度不保证，轧机轧制负荷将增大，会引起板子的终轧温度降低，从而导致板子晶粒细小、硬度过高，对设备损害极大。层流冷却是为了控制卷取温度，通过层流冷却系统，控制钢板的冷却速度，达到设定的卷取温度，从而得到剧痛优良组织和性能的产品。

二、影响层流冷却系统的因素

1.冷却水流的温度。在轧机的上方，冷却带对水量的调控起着重大作用，冷却水流量越大，换热效率就越大。但是温度对冷却效率的影响很大，因此，必须在一定范围内调控水的温度。

2.钢板的运行速度。在板材生产中，轧机上的钢板运行速度的快慢影响冷却效果的好坏。实验证明，板材在生产中运动速度越快，冷却的效率越高。板材运动速度越快，水体流在板材表面产生的蒸汽膜就越薄透。在板材上产生的气泡会随蒸汽膜数量的减少而减少。不利于层流冷却的效果。但是调控速度必须在可行范围之内，过快的速度也无法够达到最优效果。

3.侧喷角度及压力大小。调节侧喷角度的大小，使水体喷洒在板材中间，不能喷洒在板材的边部，否则会导致板材的边部过冷瓢曲，给生产到来一定的负面影响。而侧喷的压力也是有一定的规定，不能超过极限范围。侧喷压力越大，板材与水体的热交换就越充沛，冷却也越均匀。

4.水流雷诺系数的影响。测量集水箱内流体的流量，就要了解一些物理参量的变化。如，流体分布，流体的状态等。实验表明，雷诺系数跟流速、集水箱管道直径以及流体黏滞性有关系，雷诺系数越大，层流状态越差，冷却效率就越低。反之，雷诺系数越小，表明流体的状态以及分布均匀，层流的状态越好，冷却效率就越高。

三、层流冷却系统优化改进措施

层流冷却系统虽然冷却能力强，喷水在板材上表面以及纵向冷却均匀，但是冷却距离较长，横向冷还受集管距离影响，不能做到均匀冷却。层流冷却的水质干净无杂质，对水的质量要求很高。同时，系统设备比较庞大，不符合工业生产中简单、易操纵的标准，且维修困难。板材的不均匀冷却是导致板材质量问题的主要原因。本文，笔者主要针对板材的横向不均匀冷却、厚度方向的不均匀冷却等问题进行分析，并提出了相应的改进措施。

（1）板材横向冷却不均匀问题改进措施。板材横向冷却不均匀使得表面中部存水，造成板材中间的热量不能及时散发，导致板材传热系数变低。板材两边的热量散发过快，而中间的热量散发较慢，板材的两边和中间的传热系数差距过大，从而导致板材变形。对于这类问题，在工艺上一般采取边部遮蔽技术。采用该技术，两侧的喷水量可由板宽调节，遮蔽挡板可以防止水流直接喷在两侧，从而保证板材两侧和中间的传热系数处在同一水平，使板材横向散热均匀。

（2）板材厚度方向的冷却不均匀问题改进措施。对于该问题，一般采取自动调控上、下集中管水量的措施。这一措施不仅能够保证控冷装置的开关控制方式，还能对集水管的上、下表面进行合理的调节，均匀地分配送水量，最终将温度控制与板材的厚度协调起来。

（3）其他改进措施。对层流冷却系统中的液位进行控制，可以得到稳定的液位，这对保持集管流量的稳定和上位机预设的精度都是非常重要的。对目标卷取温度进行前馈和反馈控制，提高卷取温度的控制精度，也是提高板材质量的有效措施。

上述改进措施已经在实际生产中得到了广泛应用，并且取得了很好的控制效果，在提高层流冷却系统工作效率的同时，给企业带来了良好的经济效益，值得推广应用。