薄规格钢板强冷条件下的层流冷却方法

摘要

强冷条件下对薄规格钢板的层流冷却控制方法，主要用于厚度小于3mm的钢板的冷却，它包括下述内容：（1）采用上、下阀不同的冷却速率进行控制；（2）根据钢种及厚度采用不同的起始阀进行控制；所述钢种包括碳素钢、低合金钢、高强钢或管线钢；（3）采用最大水量百分比进行控制。本发明能够改善薄规格板形双边浪的现象，且效果明显，具有广泛的推广价值。

说明书

技术领域

本发明属于冶金过程自动控制领域，本发明所述薄规格钢板为 厚度≤3mm的钢板。

背景技术

太钢1549热连轧生产线的层流冷却设备布置如图1所示。

层流冷却阀分上阀、下阀、侧吹阀三种，位于上方的为上阀， 位于上阀的正下方的是下阀，侧吹阀位于上阀左侧；上、下阀共有 48组阀即1～48#阀组成，每组阀分为上、下两个阀，侧吹阀共25个 阀。

上、下阀分三个区域，即强冷区、粗调区、精调区。

强冷区指1#～24#阀，上、下阀的最大流量均为150m³/h(立方 米/小时)，上、下阀均为调节阀，轧制中喷水量可在最大水量之内任 意调节。

粗调区指25#～40#阀，上下阀最大水量均为66.6m³/h，上下阀 均为开关阀，只要喷水，即为最大水量，不能调节。

精调区指41#～48#阀，上下阀最大水量均为33.3m³/h，上下阀 均为开关阀，只要喷水，即为最大水量，不能调节。侧吹阀共25个， 最大水量5m³/h，为开关阀，只要喷水，即为最大水量，不能调节。

层流冷却的喷水方式采取从前向后依次喷水的方式，根据层流 冷却目标冷却温度，由计算机自动设定阀的开闭及水量，通过自动设 定每组阀的开闭或强冷区水量来动态控制层流冷却温度，将带钢温度 由精轧温度冷却至层流冷却目标温度。

上述设备的前段强冷的喷水方法，是通过层流冷却前段高强度 的冷却来提高带钢的性能。因为当冷却强度较大时，在带钢的金相组 织方面可提高珠光体的含量而降低铁素体的含量，从而提高带钢的强 度和硬度；同时，在强冷条件下带钢的芯部也能够得到充分的冷却， 提高带钢冷却的均匀性，从而提高性能的均匀性。

在实际应用中，以上喷水方法对厚度在3.0mm以上的厚规格可 有效提高性能，但对厚度≤3.0mm以下的带钢非常不适用，一方面强 冷喷水对薄规格带钢的性能基本上无影响，另一方面通过分析，在强 冷条件下造成了薄规格板形的恶化，致薄规格板形出现30mm以上的 双边浪浪高。

对造成薄规格双边浪的原理分析如下：

1)层冷的强冷方式造成带钢纵向冷却不均匀。有资料介绍：依 据钢板温度的不同，有3种不同的沸腾冷却方式，高温阶段，发生膜 沸腾，即钢板和冷却水之间存在一层蒸汽膜。在低温阶段，发生核沸 腾，钢板和水之间不存在蒸汽膜，直接发生热交换。在膜沸腾和核沸 腾之间存在一个过渡沸腾阶段，在这一阶段，钢板表面的不同部位， 可以并存两种冷却速率不同的沸腾冷却方式。在过渡沸腾情况下，板 面上有的部位钢板和冷却水之间处于膜沸腾状态，冷却速率较低；有 的部位处于核沸腾状态，冷却速率较高。结果由于钢板的不同部位处 于不同的冷却状态，发生了极为不均匀的冷却，极易造成钢板的翘曲， 形成表观的或者潜在的板形缺陷。在强冷方式下，由于以大水量进行 冷却，很快会进入到核沸腾和膜沸腾共存的过渡沸腾，冷却过程不稳 定。此外落在钢板上的冷却水滞留在钢板表面，会在很宽的范围内引 起钢板二次冷却。这种由于滞留水引起的二次冷却，极易变成不稳定 的过渡沸腾状态。在这种不稳定的条件下，随着冷却的进行，温度的 偏差会不断增大，成为引起不均匀冷却的主要原因，同时也恶化了钢 板的质量。所以避免出现过渡沸腾对于保证冷却的均匀性极为重要。

2)冷却过程中边部和中间部分的冷却条件有一定的差异，冷却 速度不同。中间温度高而边部温度低，冷却到室温时，边部和中间部 分会产生不同的冷却收缩量，边部收缩量较小，而中心部分收缩量较 大，从而产生边浪或翘曲。如果冷却强度较低，则这种不均匀性则不 明显。

3)上下表面冷却不均匀，上表面冷却效率高而下表面冷却效率 低。

发明内容

本发明的目的是为了改善在强冷条件下带钢厚度≤3.0mm的薄 规格的成品板形质量，降低板形质量中双边浪现象，使得厚度≤3.0mm 的薄规格双边浪由30mm以上降为10mm以下，从而提升产品质量。

本发明的技术方案：

本发明是在现有层流冷却设备的基础上进行的。

现有层流冷却设备有依序1#～48#阀。其中1#～24#阀为强冷区， 强冷区上、下阀的最大流量均为150m³/h(立方米/小时)，上、下阀 均为调节阀，轧制中喷水量可在最大水量之内任意调节。

25#～40#阀为粗调区，粗调区上、下阀最大水量均为66.6m³/h， 上、下阀均为开关阀，只要喷水，即为最大水量，不能调节。

41#～48#阀为精调区，精调区上、下阀最大水量均为33.3m³/h， 上、下阀均为开关阀，只要喷水，即为最大水量，不能调节。

侧吹阀共25个，最大水量5m³/h，为开关阀，只要喷水，即为 最大水量，不能调节。

将1#～48#阀分为6个冷却组，其中1#～8#的上、下阀为第1冷 却组；9#～16#的上、下阀为第2冷却组；17#～24#的上、下阀为第 3冷却组，25#～32#的上、下阀为第4冷却组；33#～40#的上、下阀 为第5冷却组；41#～48#阀的上、下阀为第6冷却组。

薄规格钢板强冷条件下的层流冷却方法，包括下述内容：

(1)上阀、下阀均采用不同冷却速率；

冷却速率＝阀数/总阀数；

开阀数＝总阀数×冷却速率；冷却速率为经验值；是根据钢种及 钢板的厚度经验人为规定的(见表1)；

上阀、下阀分别根据冷却速率计算开阀的数量，如果结果为不是 整数，则按最大水量计算最后一个阀的水量。如冷却速率为50％，则 表示每一冷却组的初始开阀数为8×50％＝4个阀；如冷却速率为35％， 则开阀数为8×35％＝2.8个阀，2.8个阀指先开2个阀，最后再开第3 个阀，但第3个阀的开度(指最大水量的百分比)为最大水量百分比× 0.8。

开阀的顺序为：第1冷却组、第2冷却组、第3冷却组、第6 冷却组、第4冷却组、第5冷却组；

第一冷却组的开阀顺序为1#、5#、3#、7#、2#、4#、6#、8#；

第2冷却组的开阀顺序为9#、13#、11#、15#、10#、12#、14#、 16#；

第3冷却组的开阀顺序为17#、21#、19#、23#、18#、20#、22#、 24#；

第6冷却组的开阀顺序为41#、45#、43#、47#、42#、44#、46#、 48#；

第4冷却组的开阀顺序为25#、29#、27#、31#、26#、28#、30#、 32#；

第5冷却组的开阀顺序为33#、37#、35#、39#、34#、36#、38#、 40#；

层流冷却开阀规则

第一顺序开阀：根据开阀顺序及层流冷却目标温度确定具体的 第一顺序开阀的开阀数，即从第一冷却组开始，按冷却速率值从第一 冷却组的开阀顺序中的1#、5#、3#、7#、2#、4#、6#、8#依次开启， 第一顺序开阀如果达到目标温度，则第一冷却组的没有开启的阀为未 开阀，如果按顺序任一阀按最大水量开启后所计算的温度已低于层流 冷却目标温度，则不断减少该阀的开度(每一步骤按降低开度1％计 算)，从而降低水量直到达到层流冷却目标温度为止；

第二顺序开阀：第一顺序开阀达不到目标温度，再按冷却速率 值及各冷却组的开阀顺序依次开第2冷却组、第3冷却组、第6冷却 组、第4冷却组、第5冷却组，达到目标温度，则停止开后面的阀。 第2冷却组、第3冷却组如果按顺序任一阀按最大水量开启后所计算 的温度已低于层流冷却目标温度，则不断减少该阀的开度(每一步骤 按降低开度1％计算)，从而降低水量直到达到层流冷却目标温度为止， 其它冷却组则不进行阀的开度调整；

第二顺序开阀不能达到目标温度时，从第一顺序开阀中第1冷 却组的未开阀中依序开启1个未开阀；从第二顺序开阀中第2冷却组 的未开阀中依序开启1个未开阀，第3冷却组的未开阀中依序开启1 个未开阀，第6冷却组的未开阀中依序开启1个未开阀，第4冷却组 的未开阀中依序开启1个未开阀、第5冷却组的未开阀中依序开启1 个未开阀；

如此循环，直至满足层流冷却目标温度。

每开启1个上阀，位于上阀前面的侧吹打开，位于上阀后面的2个侧 吹打开。

目标温度计算按以下方法进行计算：

根据以上规则按顺序计算每个阀的温度降低，每个阀的温度降低 计算方法如下：

1)首先根据阀的开度计算实际水量，即实际水量＝最大水量 ×阀的开度，强冷区上、下阀的最大流量均为150m³/h，粗调区上、 下阀最大水量均为66.6m³/h，精调区上、下阀最大水量均为33.3 m³/h。

2)每1m³/h水量按温度降低0.1143℃计算，计算方法为：

每个阀的温度降低＝该阀的实际水量×0.1143℃

从精轧出口温度开始计算，按开阀顺序及以上计算方法计算每个 阀的温度降低，直至达到层流冷却目标温度，则不再进行开阀。

下面根据经验总结出下述钢种的上阀、下阀的冷却速率：(设定 薄钢板的厚度为d，d＝a～b且a≤d＜b)；

表1

设定薄钢板的厚度d的范围是a～b且a≤d＜b；

(2)根据钢种及厚度采用不同的起始阀，指开始喷水的第一个阀 (指上下阀，不包括侧吹阀)，之前的阀在计算及轧制过程中不打开， 处于不喷水状态。具体数值按表一选择、执行：

(3)增加最大水量百分比功能。最大水量百分比指每个上阀和 下阀(指上下阀)最大开阀的开度，即以最大水量的某一百分比定义 为该阀在计算及轧制过程中能打开的最大开度。最大水量百分比只针 对强冷区1#～24#阀，粗调区及精调区的最大水量百分比均为100％。 粗调区及精调区的阀均为开闭阀，不能进行水量调节。最大水量百分 比的数值按表一选择、执行。

与现有技术相比，本发明能使太钢热连轧的板形质量得到大幅 度改善，薄规格双边浪由30mm以上降为10mm以下，板形异议损失由 13.2万元降为2万元以下，经济效益明显。同时由于板形质量是薄 规格产品的最主要指标,该项技术发明显著提高了太钢薄规格产品的 质量水平。

附图说明

图1是现有的太钢1549热连轧生产线层流冷却设备布置图。

图中，1表示精轧温度测量点，2表示上阀类型，3表示下阀类型， 4表示侧吹阀类型，5表示层流冷却目标温度测量点。

具体实施方式

实施例1：普碳钢钢种Q235A，化学成分(质量百分比％)如下： C：0.17、Si：0.15、Mn：0.39、P：0.01、S：0.01、Al：0.03、Cr： 0.05、Cu：0.01、Mo：0、Ti：0、Ni：0.02、V：0、Nb：0、N：0、B： 0，余量是Fe。

表2共6个规格的钢板冷却实施例，共是6个实施例，一个厚 度一个实施例以厚度是2.95～3.0mm的为例，上阀冷却速率是50％、 下阀冷却速率是70％，起始阀是3#，最大水量百分比是70％；

1#～8#的上、下阀为第1冷却组；9#～16#的上、下阀为第2冷 却组；17#～24#的上、下阀为第3冷却组，25#～32#的上、下阀为第 4冷却组；33#～40#的上、下阀为第5冷却组；41#～48#阀的上、下 阀为为第6冷却组。

开阀的顺序为：第1冷却组、第2冷却组、第3冷却组、第6冷 却组、第4冷却组、第5冷却组；

第一冷却组的开阀顺序为1#、5#、3#、7#、2#、4#、6#、8#；

第二冷却组的开阀顺序为9#、13#、11#、15#、10#、12#、14#、 16#；

第三冷却组的开阀顺序为17#、21#、19#、23#、18#、20#、22#、 24#；

第六冷却组的开阀顺序为41#、45#、43#、47#、42#、44#、46#、 48#；

第四冷却组的开阀顺序为25#、29#、27#、31#、26#、28#、30#、 32#；

第五冷却组的开阀顺序为33#、37#、35#、39#、34#、36#、38#、 40#；

Q235A精轧温度900℃,层流冷却目标温度值620℃。

层流冷却开阀规则

第一顺序开阀：根据开阀顺序及层流冷却目标温度确定具体的 第一顺序开阀的开阀数，即从第一冷却组开始，按冷却速率值从第一 冷却组的开阀顺序中的1#、5#、3#、7#、2#、4#、6#、8#依次开启， 第一顺序开阀如果达到目标温度，则第一冷却组的没有开启的阀为未 开阀，如果按顺序任一阀按最大水量开启后所计算的温度已低于层流 冷却目标温度，则不断减少该阀的开度(每一步骤按降低开度1％计 算)，从而降低水量直到达到层流冷却目标温度为止；

第二顺序开阀：第一顺序开阀达不到目标温度，再按冷却速率 值及各冷却组的开阀顺序依次开第2冷却组、第3冷却组、第6冷却 组、第4冷却组、第5冷却组，达到目标温度，则停止开后面的阀。 第2冷却组、第3冷却组如果按顺序任一阀按最大水量开启后所计算 的温度已低于层流冷却目标温度，则不断减少该阀的开度(每一步骤 按降低开度1％计算)，从而降低水量直到达到层流冷却目标温度为止， 其它冷却组则不进行阀的开度调整；

第二顺序开阀不能达到目标温度时，从第一顺序开阀中第1冷 却组的未开阀中依序开启1个未开阀；从第二顺序开阀中第2冷却组 的未开阀中依序开启1个未开阀，第3冷却组的未开阀中依序开启1 个未开阀，第6冷却组的未开阀中依序开启1个未开阀，第4冷却组 的未开阀中依序开启1个未开阀、第5冷却组的未开阀中依序开启1 个未开阀；

如此循环，直至满足层流冷却目标温度。

每开启1个上阀，位于上阀前面的侧吹打开，位于上阀后面的2个侧 吹打开。

上、下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表2选择、执行；

表2：

实施例2：钢种SPHC，其具体成分(％)如下：C：0.04、Si： 0.02、Mn：0.27、P：0.01、S：0.01、Al：0.06、Cr：0、Cu：0、 Mo：0、Ti：0、Ni：0.02、V：0、Nb：0、N：0、B：0，余量为Fe， 根据表3取值范围及具体钢种的板形实验结果，具体取值如下：

开阀顺序及规格与实施例1相同，SPHC精轧温度860℃,层流冷 却目标温度值620℃。

上下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表3选择、执行；

表3：

第二具体实施方式：低合金钢

实施例3：钢种SPAH，其具体成分(％)如下：C：0.09、Si： 0.47、Mn：0.4、P：0.01、S：0.01、Al：0、Cr：0.36、Cu：0.27、 Mo：0、Ti：0、Ni：0.12、V：0、Nb：0、N：0、B：0，余量为Fe。 根据表4取值范围及具体钢种的板形实验结果，具体取值如下：

开阀顺序及规格与实施例1相同，SPAH精轧温度860℃,层流冷 却目标温度值590℃。

上下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表4选择、执行；

表4：

实施例4：钢种T510L，其具体成分(％)如下：C：0.121、Si： 0.06、Mn：1.28、P：0.009、S：0.005、Al：0.029、Cr：0.039、 Cu：0.007、Mo：0、Ti：0、Ni：0.038、V：0、Nb：0.021、N：0、 B：0，余量为Fe，根据表5取值范围及具体钢种的板形实验结果，

具体取值如下：

开阀顺序及规格与实施例1相同，T510L精轧温度900℃,层流冷 却目标温度值590℃。

上下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表5选择、执行；

表5：

第三具体实施方式：高强钢、管线钢

实施例5：钢种Q450NQR1，其具体成分(％)如下：C：0.067、 Si：0.15、Mn：1.18、P：0.009、S：0.002、Al：0、Cr：0.435、 Cu：0.272、Mo：0、Ti：0.021、Ni：0.135、V：0、Nb：0.034、N： 0、B：0，余量为Fe，根据表6取值范围及具体钢种的板形实验结果， 具体取值如下：

开阀顺序及规格与实施例1相同，Q450NQR1精轧温度830℃,层 流冷却目标温度值600℃。

上下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表6选择、执行；

表6：

实施例6：钢种TQ550MC，其具体成分(％)如下：C：0.08、Si： 0.13、Mn：1.69、P：0.007、S：0.002、Al：0、Cr：0、Cu：0、Mo： 0、Ti：0.096、Ni：0、V：0.005、Nb：0.069、N：0、B：0，余量为 Fe。根据表7取值范围及具体钢种的板形实验结果，具体取值如下：

开阀顺序及规格与实施例1相同，TQ550MC精轧温度950℃,层流 冷却目标温度值600℃。

上下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表7选择、执行；

表7：

第三具体实施方式：其它钢种

实施例7：硅钢DW60，其具体成分(％)如下：C：0.002、Si： 1.400、Mn：0.44、P：0.015、S：0.004、Al：0.276、Cr：0、Cu：0、 Mo：0、Ti：0、Ni：0、V：0、Nb：0、N：0、B：0，余量为Fe。根 据表8取值范围及具体钢种的板形实验结果，具体取值如下：

开阀顺序及规格与实施例1相同，DW60精轧温度860℃,层流冷 却目标温度值650℃。

上下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表8选择、执行；

表8：

实施例8：不锈钢CTSZB，其具体成分(％)如下：C：0.035、 Si：0.310、Mn：0.27、P：0.018、S：0.001、Al：0、Cr：16.387、 Cu：0、Mo：0、Ti：0、Ni：0.096、V：0、Nb：0、N：0.016、B：0， 余量为Fe。

根据表9取值范围及具体钢种的板形实验结果，具体取值如下：

开阀顺序及规格与实施例1相同，CTSZB精轧温度860℃,层流冷 却目标温度值620℃。

上下阀冷却速率、起始阀和最大水量百分比按表9选择、执行；

表9：