CN104785549A

CN104785549A - 薄规格钢板强冷条件下的层流冷却方法

Info

Publication number: CN104785549A
Application number: CN201510176270.2A
Authority: CN
Inventors: 邱华东; 陈欣; 陈艳芳
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: CN104785549B

Abstract

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。

Description

薄规格钢板强冷条件下的层流冷却方法

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33.3m³/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。

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

如此循环，直至满足层流冷却目标温度。

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：

Claims

1.强冷条件下对薄规格钢板的层流冷却控制方法，所述薄规格钢板是厚度不大于3mm的钢板，包括下述内容：

（1）采用上阀、下阀不同的冷却速率进行控制；上阀的冷却速率为15%～70%；下阀的冷却速率30%～90%；

（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。

2.根据权利要求1所述的强冷条件下对薄规格钢板的层流冷却控制方法，其特征在于所述碳素钢厚度为d,2.35 mm≤d＜3.0mm 的带钢上阀冷却速率取35%～50%，下阀冷却速率取55%～70%，碳素钢厚度在1.8 mm≤d＜2.35mm的带钢上阀冷却速率取25%～35%，下阀冷却速率取45%～55%，碳素钢厚度<1.8mm的带钢上阀冷却速率取15%～25%，下阀冷却速率取30%～40%；低合金钢厚度是2.0 mm≤d＜3.0mm的带钢上阀冷却速率取35%～50%，下阀冷却速率取55%～70%，低合金钢厚度<2.0mm的带钢上阀冷却速率取20%～40%，下阀冷却速率取40%～60%；高强钢或管线钢的厚度是2.5 mm≤d＜3.0mm的带钢上阀冷却速率取40%～50%，下阀冷却速率取60%～70%，高强钢或管线钢的厚度<2.5mm的带钢上阀冷却速率取25%～35%，下阀冷却速率取45%～55%。

3.根据权利要求1所述的强冷条件下对薄规格钢板的层流冷却控制方法，其特征在于所述碳素钢厚度在2.35 mm≤d＜3.0mm的带钢起始阀取3#～5#，碳素钢厚度是1.8 mm≤d＜2.35mm的带钢起始阀取5#～8#，碳素钢厚度<1.8mm的带钢起始阀取9#；低合金钢厚度是2.0 mm≤d＜3.0mm的带钢起始阀取5#～8#，低合金钢厚度<2.0mm的带钢起始阀取9#；高强钢或管线钢厚度是2.5 mm≤d＜3.0mm的起始阀取5#～8#，高强钢或管线钢厚度 <2.5mm的带钢起始阀取9#。

4.根据权利要求1所述的强冷条件下对薄规格钢板的层流冷却控制方法，其特征在于所述碳素钢厚度在2.35 mm≤d＜3.0mm的带钢最大水量百分比取65%～80%，碳素钢厚度在1.8 mm≤d＜2.35mm的带钢最大水量百分比取55%～65%，碳素钢厚度<1.8mm的带钢最大水量百分比取50%；低合金钢厚度是2.0 mm≤d＜3.0mm的带钢最大水量百分比取55%～65%，低合金钢厚度<2.0mm的带钢最大水量百分比取50%；高强钢或管线钢的厚度是2.5 mm≤d＜3.0mm的带钢最大水量百分比取55%～75%，高强钢或管线钢的厚度<2.5mm的带钢最大水量百分比取50%。

5.根据权利要求1所述的强冷条件下对薄规格钢板的层流冷却控制方法，其特征在于层流冷却设备有依序1#～48#阀；其中1～24#阀的上、下阀的最大流量均为150m³/h，上、下阀均为调节阀，轧制中喷水量在最大水量之内任意调节；

25～40#阀的上、下阀最大水量均为66.6 m³/h，上、下阀均为开关阀，喷水为最大水量，不能调节；

41～48#阀的上、下阀最大水量均为33.3 m³/h，上、下阀均为开关阀，喷水为最大水量，不能调节；

侧吹阀共25个，最大水量5 m³/h，为开关阀，喷水为最大水量，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；

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#。

6.根据权利要求5所述的强冷条件下对薄规格钢板的层流冷却控制方法，其特征在于层流冷却开阀规则是：

第一顺序开阀：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，则按阀的开度1%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，则按阀的开度1%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。