棒材生產(chǎn)線控制冷卻技術(shù)的應(yīng)用與研究

1、棒材生產(chǎn)線控制冷卻技術(shù)的應(yīng)用與研究孫穎軍彭國勝郭靜棣王軍新王勇峰（萊蕪鋼鐵股份有限公司棒材廠，山東萊蕪）摘要本文分別記述了棒材控制玲卻技術(shù)發(fā)展的三個階段，總結(jié)了在應(yīng)用過程中存在的一些問題詳細(xì)描述了解決方案。一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)可供參考。前言伴隨著國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的蓬勃發(fā)展，線棒材生產(chǎn)高速化、連續(xù)化、高產(chǎn)化的發(fā)展趨勢不可避免，棒材的控制冷卻技術(shù)作為提高鋼材性能、保證鋼材質(zhì)量的一種必要手段，也越來越廣泛的應(yīng)用到棒材生產(chǎn)過程中。萊鋼鍛壓廠型鋼車間是一條生產(chǎn)蛇規(guī)格以上螺紋鋼、圓鋼的半連軋生產(chǎn)線，采用方坯經(jīng)道次軋制成材，由于軋件變形量大、流程短，終軋溫度高于開軋溫度。為控制終軋溫度，于年在軋后設(shè)置浸水萊鋼鍛壓廠型鋼

2、車問以生產(chǎn)國標(biāo)÷、，二級、三級螺紋鋼及圓鋼、英標(biāo)、日標(biāo)為主的連軋車間，主要鋼材化學(xué)成分如下表所示：鍘種代號規(guī)格年型鋼車間采用三架集體傳動的橫列式開口軋機(jī)，正反圍盤生產(chǎn)，年產(chǎn)量萬噸，成品速度，終軋溫度為。在這樣的情況下，開展了浸水式穿水冷卻器的研究與應(yīng)用，雖在當(dāng)時取得了一定的效果，但其存在以下不足：捷熱率低下，冷卻效果不強(qiáng)。當(dāng)赤熱的鋼浸入靜止水中時，鋼和水存在的巨大溫差，引起迅速的熱傳導(dǎo)，鋼的表面迅速形成隔熱的保護(hù)層即膜狀沸騰。由于冷卻水的壓力低，不易打破保護(hù)層，使水無法與鋼全方位接觸，冷卻效果不強(qiáng)。溫降不均勻受高度方向上的靜水壓力差、軋件自重、沸騰汽化等因素影響，軋件下表面冷卻效果高

3、于上表面；軋件頭部冷卻效果強(qiáng)與中部和尾部。造成通條冷卻不均勻，易引起軋件彎曲。水資源的浪費(fèi)嚴(yán)重由于要保證浸水槽液面高度，必須保證給水量遠(yuǎn)大于排水量冷水利用率低，造成了水資源的浪費(fèi)嚴(yán)重。湍流式高效冷卻裝置年，型鋼車間工藝布局發(fā)展到：三輥粗軋機(jī)一架連軋中軋機(jī)組一架平立交替精扎機(jī)組成為一式穿水冷卻器，經(jīng)過年的應(yīng)用和摸索，現(xiàn)已發(fā)展到第三代穿水冷卻器，既分段式低壓高效穿水冷卻裝置，并形成了一套成熟的控制冷卻工藝。初始狀況浸水式穿水冷卻器簡介條半連軋生產(chǎn)線，成品速度，終軋溫度（；，年產(chǎn)量達(dá)到萬噸。由于終軋溫度高及軋后冷卻能力不足，產(chǎn)品表面出現(xiàn)二次氧化、鋼材組織性能下降。為盡快消除二次氧化車問采取湍流式高效

4、冷卻裝置。理論依據(jù)物體熱傳遞有三種基本形式：即傳導(dǎo)、對流和輻射。軋件在水冷之前軋制過程中，軋件的溫度變化是因為軋件與周圍介質(zhì)之間的傳導(dǎo)、對流、輻射的熱量損失以及軋制過程中產(chǎn)生的變形熱兩個方面所引起的。熱量損失以上是以熱輻射方式向周圍介質(zhì)傳送的，當(dāng)軋件進(jìn)行水冷時，軋件與冷卻水之間進(jìn)行的是對流換熱，使軋件溫度下降，同時軋件內(nèi)部將發(fā)生相變而產(chǎn)生相變熱，這兩個因索同時影響著軋件的溫度。至于在軋件內(nèi)部，無論處于哪一階段，他們之間進(jìn)行的都是導(dǎo)熱過程。就是說，內(nèi)部的熱量通過導(dǎo)熱傳到金屬表面，再由金屬表面?zhèn)鬟f到周圍介質(zhì)，從而引起軋件各處溫度的變化。根據(jù)控制冷卻理論，高于（的熱鋼與冷卻水接觸后，會立即產(chǎn)生膜狀沸

5、騰形成蒸汽膜，阻礙鋼材換熱。在水壓低于的情況下，高壓水難于沖破蒸汽膜，冷卻效果不佳。改進(jìn)措施車間系統(tǒng)水壓不足，可供安裝水冷段長度不足兒米，在不改變供水系統(tǒng)的情況下，著想實現(xiàn)水的對流換熱必須采取以下措施：（）通過變徑調(diào)節(jié)水的流速和噴射角度，使得冷卻水在不同角度周期性噴射到鋼材表面，使之難于形成連續(xù)汽膜，并利用鋼材與水流的相對速度，變相的增強(qiáng)了水壓，有利于冷卻水穿透鋼材表面的局部汽膜。以達(dá)到冷卻效果。）為解決軋件上、下表面溫度降不均勻的問題，在進(jìn)水口設(shè)計了均壓腔（）軋制帶肋鋼筋時，部分冷卻水隨橫肋帶出箱體。為解決帶水問題，在箱體出口設(shè)計阻水器，以空氣為阻力通過調(diào)節(jié)風(fēng)速和流向阻止水的帶出。湍流式穿水

6、冷卻裝置利用周期眭水流作用，有效提高冷卻水與軋件的接觸壓力，提高了冷卻效果，基本消除成品表面二次氧化，通過均壓腔的設(shè)計，消除了軋件冷卻不均勻現(xiàn)象，但由于穿水管過長，水壓在湍流管內(nèi)逐漸衰減，造成冷卻裝置后半段冷卻效果不強(qiáng)。分段式低壓高效穿水冷卻裝置分段式低壓高效穿水冷卻裝置簡介年，車間產(chǎn)量達(dá)到萬噸，成品線速度，終軋溫度（，伴隨著軋制速度的提高，終軋溫度的升高，軋件冷卻條件惡化，軋件表面質(zhì)量、力學(xué)性能出現(xiàn)反復(fù)。為解決這一問題必須充分利用有限的空間再次提高冷卻裝置的冷卻效果，為此設(shè)計了分段式低壓高效穿水冷卻裝置。出水口圖揣流冷卻器原理圖分段式低壓高效穿水冷卻裝置為了增強(qiáng)冷卻能力，消除原冷卻裝置存在的

7、水壓衰減，提高供水量，將原來的組長的冷卻段各分為長的段，分別增加了個進(jìn)水口以保證水壓。為進(jìn)一步提升鋼材組織性能，結(jié)合控軋理論，在中軋機(jī)組與精軋機(jī)組之間增設(shè)一組長的冷卻段，使鋼材在較低溫度下進(jìn)入精軋，以便從棒材中心到表面獲得均勻細(xì)小的鐵索體晶粒。并利用冷床噴霧冷卻裝置起到鋼材淬火及余熱自回火的效果。對流換熱系數(shù)的校驗對流換熱系數(shù)，是計算冷卻能力的重要指標(biāo)，計算對流換熱時冷卻介質(zhì)所帶的熱量仍采用牛頓冷卻公式，即亂對流換熱系數(shù)換熱表面積溫度差其中鋼材表面與流體之間的溫度差成正比。式中與較易確定，而的變化卻錯綜復(fù)雜，所以計算對流換熱量，就變成如何確定對流換熱系數(shù)的問題。當(dāng)前，對流換熱系數(shù)的確定還停留在

8、實驗方法上，分非穩(wěn)定試驗方法和穩(wěn)定冷卻實驗方法，但數(shù)據(jù)相差較大，使其在生產(chǎn)中只能作為參考，設(shè)計時給予較大的余量。如噴水冷卻能力回歸計算公式）（）（）以上公式適用于多噴嘴、高溫度、高水量，式中為水的溫度如層流冷卻能力回歸計算式）（一），（相關(guān)系數(shù)為）一（十）（相關(guān)系數(shù)為）式中一過冷度水沖擊速度水出口速度水重力加速度噴嘴與鋼件距離也可根據(jù)各種冷卻方法的導(dǎo)熱系數(shù)與雷若數(shù)的關(guān)系查找出導(dǎo)熱系數(shù)。為節(jié)約凈水，本設(shè)計采用軋機(jī)循環(huán)水，溫度在之間，水壓力較小。每段穿水裝置水量由球閥單獨(dú)控制，因此增強(qiáng)了對軋件溫度的控制能力。效果檢驗以軋制螺紋鋼為例采用常規(guī)軋制與控制冷卻工藝其表面溫度曲線如下圖所示：；，軋一圖溫度

9、曲線對比圖一常規(guī)軋制一控制冷卻、樅斗球由上表可看出，采用分段式穿水冷卻裝置控冷工藝及冷床噴霧冷卻后軋件溫度下降十分明顯，不但完全消除了成品表面的二次氧化，而且對鋼材力學(xué)性能的提升效果也特別顯著大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，采用控冷軋制工藝，不同材質(zhì)規(guī)格的鋼材成品晶粒明顯細(xì)化，力學(xué)性能均有所提高。采用鋼生產(chǎn)的螺紋鋼，采用控冷工藝后，由提高到，而鋼采用控冷工藝后，如由提高到強(qiáng)化效果十分明顯。（下轉(zhuǎn)第頁）近開關(guān)的位置錯誤時，扳易造成工藝故障和堆跑鋼事故。末架軋機(jī)出口的熱金屬檢測信號當(dāng)最后一段倍尺軋件受氧化鐵皮、冷卻水等影響，末架軋機(jī)出口的熱金屬檢測器沒有檢測到（即沒有檢測信號）時，裙板不會動作，最后一段倍尺軋

10、件會發(fā)生跑鋼現(xiàn)象。常見問題的處理倍尺軋件“甩尾”過大的問題處理當(dāng)倍尺軋件“甩尾”過大時，尾部不易被拉人裙板，從而阻礙下支倍尺軋件的運(yùn)動，造成堆跑鋼事故。分析有以下原因：一是延時長度偏大；是裙板分界處動裙板中位偏高，軋件尾部經(jīng)裙板從輥道上脫離困難，使“甩尾”顯得較大；三是當(dāng)變頻輥道磨損嚴(yán)重時，小規(guī)格軋件（），）不易脫離輥道，使“甩尾”顯得較大。四是當(dāng)裙板的液壓壓力高時，動裙板中位偏高。針對上述原因，采取縮短延時長度，降低裙板中位系數(shù)，適當(dāng)提高變頻輥道系數(shù)（或更換磨損嚴(yán)重的變頻輥道），降低裙板的液壓壓力，就可能避免上述工藝故障和堆跑鋼事故。倍尺軋件“下扎頭”的問題處理當(dāng)前段倍尺軋件尾部完全通過裙板

11、的分界線（處于“過頭”狀態(tài)）裙板還處于低位時，后段倍尺軋件頭部也進(jìn)入裙板（“下扎頭”現(xiàn)象），造成堆跑鋼事故。分折有以下原因：一是延時長度偏??；二是裙板分界處動裙板中位偏低車件頭部竄人裙板；三是彎曲的軋件頭部越過裙板中位，進(jìn)入裙板；四是當(dāng)裙板的液壓壓力低時，動裙板中位偏低。五是前后段倍尺軋件在輥道上拉不開距離（最后一段短倍尺軋件易發(fā)生）。針對上述原因，采取增加延時長度，提高裙板中位系數(shù)，提高倍尺飛剪剪切系數(shù)，提高裙板的液壓壓力，就可能避免上述工藝故障和堆跑鋼事故。倍尺軋件在冷床上位置的調(diào)整一般情況，倍尺軋件在冷床上的位置主要通過調(diào)整延時長度就能完成。延時長度變大，則軋件在冷床上位置靠近冷床前端，

12、反之則靠近冷床后端。對于小規(guī)格產(chǎn)品（如、），當(dāng)正常生產(chǎn)一段時間后，裙板變熱，摩擦系數(shù)變小，軋件易跑向冷床后端。此時，想通過調(diào)整延時長度調(diào)整軋件在冷床上位置時，必須注意軋件尾部是否正常上鋼。如果凋整工藝參數(shù)（增大延時長度，減小裙板中位系數(shù)，減小三段變頻輥道系數(shù)）其中一項或幾項都沒有明顯效果時，可以考慮降低裙板溫度。如果裙板和變頻輥道磨損嚴(yán)重時，可以考慮摘一段靜裙板。結(jié)束語調(diào)整倍尺軋件上冷床主要通過工藝參數(shù)的方法。有時也需要結(jié)合機(jī)械、液壓、電氣方面知識。當(dāng)裙板發(fā)生堆跑鋼時，要仔細(xì)觀察，尤其注意倍尺軋件頭尾部經(jīng)過裙板分界處的狀態(tài)，找準(zhǔn)發(fā)生堆跑鋼的真正原因，才能對癥下藥，確保軋件平穩(wěn)上冷床。（上接第）最近很多廠家在生產(chǎn)含