中厚板冷后表面残余水消除的研究及应用

张韫韬 丁志勇 田 鹏

(首秦金属材料有限公司轧钢部 河北秦皇岛066326)

中厚板冷后表面残余水消除的研究及应用

张韫韬①丁志勇 田 鹏

(首秦金属材料有限公司轧钢部 河北秦皇岛066326)

针对中厚板轧后ACC(加速冷却)过程中现有侧喷吹水系统难以彻底清除钢板表面残余水的现象，通过增加中喷系统，改进了现有的残余水吹扫系统，保证了钢板冷却均匀性，各项水冷指标得到明显提高，成功解决了由于钢板表面残余水而引起的板形瓢曲问题。

残余水 中厚板 加速冷却 中喷

1 引言

中厚板ACC加速冷却设备是热轧线上的主要设备之一，是产品开发和减量化生产的重要环节。目前，高等级钢种基本上都采用强水冷的TMCP控轧控冷方式。由于钢板终冷温度低，这就要求开启的集管数量较多，水量较大，从而使得钢板表面积水严重，部分钢板在冷却过程中上表面残余水无法被侧喷吹扫掉，导致整体冷却不均匀，钢板板型和性能都受到影响，钢板减量化生产过程不稳定，质量存在隐患。因此，有必要采取相应的措施来彻底清除钢板表面的残余水，以使中厚板冷后获得良好的板形。

2 ACC冷却系统简介

2.1 冷却系统概况

ACC冷却装置是采用高密度集管流对钢板进行水冷的大型设备，主要由上集管、下集管、侧喷装置和空气截水等基本设备组成。ACC冷却装置位于精轧机之后，热矫直机之前。加速冷却与热机械轧制工艺配套，用于钢板加速冷却和直接淬火，其目的是提高钢的力学性能，其平面布置如图1所示。轧后冷却设备采用管层流冷却模式，具体的参数详见表1。

2.2 冷却系统存在的不足

ACC冷却系统通过4组ACC侧喷装置对钢板冷后残余水进行消除。然而，随着高级别品种钢所要求的终冷温度逐步降低，冷却均匀性要求逐步提高，在钢板经过大水量冷却后侧喷无法全部将残余水吹扫掉，使得整体冷却均匀性变差，钢板板形和性能不稳定，影响钢板的批量生产，钢板的质量存在隐患。

3 ACC水冷中喷改造方案

3.1 ACC中喷设备布置方式及功能

ACC冷却装置的长度为24m，配备了15组U型冷却集管。依据现有设备情况，ACC入口和出口的侧喷压力装置工作状态基本正常，而ACC区域内的侧喷吹扫效果较差。由于该生产线生产的钢板宽度较宽，采用传统的侧喷装置已无法实现钢板表面残留水的清除，因此本系统采用中喷装置。在ACC区域内水梁正下方，高度在800mm左右增加中喷装置4组其布置如图2所示，如果中喷安装高度过高，则影响除水效果，安装高度过低，容易被翘头钢板撞击。

具体而言，在ACC冷却区内设置中喷装置用于分隔不同冷却区域冷却水，且沿宽度方向配置一定压力的冷却水逆着钢板运行方向倾斜喷射，将每组中喷装置前后的冷却集管的水通过高压水独立分开，避免新水和旧水混合，使得冷却水和钢板换热效率稳定，如图3所示。此外，中喷对水质要求较高，因此在中喷前增加过滤器，以避免出现喷嘴堵塞造成水流不均匀，影响吹水效果。

图2 ACC内部中喷布置情况

图3 ACC内部中喷装置

3.2 ACC中喷设备参数

中喷装置采用特殊的设计(中喷装置与钢板纵向呈一定角度，喷射的高压水与垂直方向呈一定角度)用以除掉钢板表面的残留冷却水。每组中喷装置由管路、手动开闭阀、气动开闭阀、喷嘴安装底座和喷嘴、高压胶管、胶管接头、管路、管夹及管件等组成。其详细技术规格如表2所示。

表2 中喷装置详细技术规格

3.3 控制系统

3.3.1 过程控制级L2

过程控制级L2主要完成各工艺段内设备检测数据的收集和统计处理、数学模型的计算、轧件跟踪，并对过程控制参数进行设定计算、操作指导和生产数据记录的功能。当ACC系统单独投入使用时，由ACC的L2实现ACC区域侧喷、中喷的配置及控制。当超快冷系统投入使用时，由超快冷的L2实现ACC区域侧喷、中喷的配置及控制。

3.3.2 基础自动化级L1

基础自动化级L1主要完成新增中喷设备的顺序控制、阀门开闭等实时控制，以及仪表检测数据的采集和控制，各种操作界面和数据采集等任务等。

3.3.3 辅助功能

1)检测仪表数据的采集和处理

对在线信号进行采集，并对模拟输入信号进行滤波处理，包括：流量计流量、水量、水压、水温。这些信号均为4mA～20mA电流信号，经标度变换后存入相应的寄存器中。通过以太网通讯发送给过程计算机，用于模型计算。

2)中喷快速开闭阀的开关控制

通过控制远程I/O站的DO输出，对中喷控制单元的快速气动开闭阀门进行ON/OFF控制。共计布置4组中喷，一套水压控制管路，共有5个DO控制点。

3)供水系统监视与报警

根据供水系统压力、水温、流量、泵工作情况等对供水系统进行监视，并根据工艺要求进行报警和联锁控制。

4)通讯功能

通过工业以太网与超快速冷却L2系统通讯，与原ACC L1系统通讯，与供水L1系统通讯等。

5)人机接口(HMI)

HMI(Human Machine Interface)设备可以实现操作员与生产过程的人-机对话，主要用于参数设定、参数修改、设备操作、故障报警、过程画面以及系统状态显示等。本项目虽不涉及新增HMI设备，但新增设备相关控制功能可在原超快冷HMI上实现。

4 现场应用效果

为了验证新增中喷装置后残余水的清除效果，现以终冷温度为500℃，温降在300℃以上的高级别品种钢为例来进行说明，现场应用效果如下。

4.1 实验钢种

1)管线钢 X70/X80 厚度：12mm～25mm;

2)高强板 Q550 厚度：16mm～50mm。

4.2 各项实测性能指标

1)钢板开冷温度

700℃～950℃，钢板出ACC温度：200℃～650℃。

2)钢板实测平整度

(1)冷却后并没有加重轧后钢板的瓢曲程度；

(2)矫直后钢板平整度完全达到国标水平：一检板型合格率大于90%。

3)温度控制精度

钢板全长90%以上的温度控制精度在±35℃以内。

温降200℃以内，实际终冷温度与设置值偏差在±25℃以内。

温降200℃以上，实际终冷温度与设置值偏差在±35℃以内。

4)温度的均匀性

同一张钢板终轧温度差<70℃时，冷却后钢板同板温度差控制在±35℃以内。

5)吹扫能力

开启13组ACC集管且流量达到最大时，钢板冷后无残余水存在。

5 结论

通过中喷系统的增加，改进了轧后冷却过程中现有的残余水吹扫系统，实现了钢板表面残水的测底清除和冷却区的分区控制，提高了冷却的均匀性，成功解决了由于钢板表面残余水而引起的板形瓢曲问题。

[1]王国栋，刘相华.日本中厚板生产技术的发展和现状(二)[J].轧钢，2007，Vol.24(3)：1-4.

[2]李黎明，党军，唐云章，等.层流冷却对于板型的影响研究[J].甘肃冶金，2010(5).

[3]付天亮，赵大东，王昭东，等.中厚板UFC-ACC过程控制系统的建立及冷却策略的制定[J].轧钢，2009(3).

[4]朱冬梅，刘国勇,李谋渭，等.中厚板冷却过程中热残余应力的控制.北京科技大学学报，2008(8).

Research and Application of the Elimination of the Residual Water during Plate Cooling

Zhang Yuntao Ding Zhiyong Tian Peng

(Qinhuangdao Shouqin Metal Materials Co., Qinhuangdao 066326)

The plate after ACC (Accelerated cooling) system, the difficult for side spray water system to wipe out residual water on steel plate surface, by increasing the middle spray system, improve the existing residual water spray system, ensure the steel plate cooling uniformity, the water indexes have been improved obviously, successfully solved the plate flatness problem cause by residual water on steel plate surface.

Residual water Steel plate Accelerated cooling Middle spray water

张韫韬，男，1972年出生，1996年毕业于河北理工学院金属压力加工专业，轧制工程师，从事生产工艺技术及设备管理工作

TG333.71

A

10.3969/j.issn.1001-1269.2015.02.012

2014-11-08)