CN111069308A - 一种改善中厚板在线加速冷却均匀性方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善中厚板在线加速冷却均匀性方法，属于轧钢生产冷却技术领域，主要应用在中厚板生产线上。具体工艺过程是：精轧完后厚度范围6～150mm的钢板，由传输辊道输送到预矫直机进行矫直，并进入在线加速冷却区域将温度700～950℃的钢板快速冷却至250～750℃，冷却均温后测量钢板温度并通过矫直机输送至冷床。本发明采用上、下冷却器独立错时开启方式，以此修正设备响应时间误差，确保钢板上、下表面同时冷却，采用此方法后钢板上下表面温差≤5℃。本发明采用阶梯头尾遮蔽及闭环控制方式，头尾遮蔽量呈阶梯形，采用此方法后钢板全长温差≤8℃。本发明解决了同时开启冷却带来的上下表冷却不均问题，解决了固定头尾遮蔽量带来的长度温度不均问题。

Description

一种改善中厚板在线加速冷却均匀性方法

技术领域

本发明涉及轧钢生产冷却技术领域，特别是指一种改善中厚板在线加速冷却均匀性方法。

背景技术

在线加速冷却系统通过控制轧件的开冷温度、轧后冷却速率和终冷温度来控制钢材的高温奥氏体组织形态以及相变过程，最终控制钢材的组织类型、形态及分布，达到细化晶粒，提高钢板的强度和韧性的目的。近年来，钢铁企业普遍在轧后采用在线加速冷却方法生产高强韧的工程机械用钢、管线钢及其它高性能品种。随着生产品种不断升级，在线加速冷却的冷却速率要求也不断提高，由此推动了超密快速冷却技术的发展。快速冷却系统在大幅提高冷却速率的同时，冷却均匀性越来越成为中厚板控冷面临的新的难题。

目前，中厚板控冷主要通过采用流量动态水凸度设计及边部遮蔽等策略解决钢板沿宽度方向的冷却均匀性，通过调整上、下水比等策略实现厚度方向的冷却均匀性，通过头尾遮蔽及辊道微加速等策略实现钢板长度方向的均匀性。近年来，很多中厚板企业发现无论如何调整上、下水比，均无法解决厚度方向尤其是上、下表面温度的均匀性，导致钢板在厚度方向板形差如拱背、船或锅板形，始终没有办法解决此问题。另外，控冷过程中钢板头尾由于过冷出现“黑头”现象，近年来主要采用头尾遮蔽策略解决此问题，但又普遍出现头尾遮蔽后出现“红头”现象，怎么调整头尾遮蔽量均无法解决此问题。

发明专利《用于改善中厚板轧后超快速冷却均匀性的方法》(申请号/专利号：201110312196.4)中提到增加下集管流量对下表面换热能力进行补偿，上下水比的设定与集管流量、辊道速度以及钢板厚度密切相关，最优上下水比设定在1：1.1～1：2.5范围内改善冷却均匀性。专利中同时提到辊道速度的头尾遮蔽控制，采用所设计的速度曲线控制钢板在冷却区内的运行速度，对钢板头部和尾部低温区进行辊道速度的变换控制，提高钢板头部进入冷却区，尾部离开冷却区的辊道运行速度以减小钢板头尾的过冷度，同时在板身通过冷却区时采用辊道微加速以消除钢板长度方向的整体温度梯度。

因此，目前国内均没有解决钢板厚度方向温度的均匀性及长度方向尤其是头尾温度的均匀性。受阀门响应时间及冷却设备响应时间差异影响，如果还按照传统上、下冷却器同时进行开闭控制，无法真正解决钢板上下表面同时冷却及冷却均匀性的问题。同时，按照同一遮蔽量进行头尾遮蔽不冷却，钢板不是“黑头”就是“红头”现象。因此，急需开发一种新的改善中厚板在线加速冷却均匀性的方法，此将在国内中厚板轧后控冷生产中具有巨大的推广价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善中厚板在线加速冷却均匀性方法，该方法解决了同时开启上下冷却器带来的上下表冷却不均问题及固定头尾遮蔽量带来的长度方向尤其是头尾温度不均问题，采用此方法后钢板上下表面温差≤5℃，钢板全长温差≤8℃，大大提高了力学性能的均匀性。

该方法中将精轧完的钢板由传输辊道输送到预矫直机进行矫直，并进入在线加速冷却装置快速冷却，冷却均温后测量钢板温度并通过矫直机输送至冷床。

其中，精轧完的钢板厚度范围为6～150mm。

在线加速冷却装置通过超密度喷射上冷却器、下冷却器将700～950℃的钢板冷却至250～750℃。

上冷却器、下冷却器独立错时开启，错时时间≤10s，以此修正设备响应时间误差，确保钢板上、下表面同时冷却。

该方法采用阶梯头尾遮蔽，头尾遮蔽呈阶梯形，每相邻组阶梯遮蔽增量≤100mm。

阶梯头尾遮蔽采用在线自学习和自适应，修正阶梯遮蔽增量，实现闭环控制，头尾温差控制精度≤8℃。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，该方法广泛适用于中厚板轧钢生产领域，适用范围广，能实现中厚板在线加速冷却过程中上下表面的均匀冷却；能实现中厚板在线加速冷却过程中长度方向尤其是头尾的均匀冷却，保证较低的残余应力及较好平直度的钢板板形，同时大大提高钢板力学性能的均匀性，保证钢板性能同板差并顺利完成交货。

附图说明

图1为本发明的改善中厚板在线加速冷却均匀性方法所涉及装置结构示意图；

图2为本发明的改善中厚板在线加速冷却均匀性方法的在线加速冷却独立错时开启结构示意图；

图3为本发明的改善中厚板在线加速冷却均匀性方法的在线加速冷却阶梯头尾遮蔽结构示意图。

其中：1-预矫直机，2-在线加速冷却装置，3-强力矫直机，4-钢板上表面，5-钢板下表面，6-下阀门，7-下冷却器，8-上冷却器，9-上阀门，10-钢板头部，11-△ZB阶梯遮蔽增量，12-钢板本身，13-ZB_max最大头尾遮蔽量，14-钢板尾部。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图进行详细描述。

本发明提供一种改善中厚板在线加速冷却均匀性方法。

如图1所示，将精轧完厚度为6～150mm的钢板由传输辊道输送到预矫直机1进行矫直，并进入在线加速冷却装置2快速冷却，将700～950℃钢板温度通过超密度喷射上冷却器8、下冷却器7快速冷却至250～750℃，冷却均温后测量钢板温度并通过矫直机输送至冷床。

中厚板在线加速冷却装置2通常由多组上、下冷却器组成，每组冷却器包含1个上冷却器8和1个下冷却器7，冷却器由供水管路供水并由及管路上的阀门控制其流量大小及开闭。通常流量调节开闭阀响应时间不一，新阀响应时间一般在1-3s左右，而使用年限久的阀响应时间范围通常在1-6s，因此同时下达开启指令最终由于阀的响应时间误差导致实际钢板上下表面冷却不一致。其次，阀门开到位到冷却器水流量稳定也有响应时间，通常上冷却器8比下冷却器7位置高出1200多，其水压也不一致，流量稳定时间也不一致，通常下冷却器7流量稳定时间在1-3s，上冷却器8流量稳定时间在2-4s，从响应时间范围可以看出，即使同是上冷却器8每个冷却器的流量稳定响应时间也不一样。因此，传统采用同时下达开启指令的方法反而导致钢板上下表面冷却不同时。另外，头尾遮蔽功能能有效防止钢板“黑头”现象而广泛被采纳，但单一遮蔽量通常容易导致头尾不冷却反而温度高出现“红头”现象。因此，本发明能有效的解决上述问题。

本发明采用上、下冷却器独立错时开启，错时时间≤10s，以此修正设备响应时间误差，确保钢板上、下表面同时冷却。具体方法如下：在线加速冷却共N组冷却器且上下1：1布置，其中上、下冷却器各N个，记录上、下冷却器的阀门开闭及设备流量稳定下来需要的总响应时间t_上i及t_下i(1≤i≤N)，其中0≤t_上i≤10s、0≤t_下i≤10s，将t_上i及t_下i作为错时时间即修正值修正上、下每个冷却器的开启指令时间，上、下冷却器开启时刻错开最终保证钢板上、下表面同时冷却，以解决传统同时开启冷却模式带来的钢板上下表面冷却不一致问题。

本发明采用阶梯头尾遮蔽，头尾遮蔽呈阶梯形，每相邻组阶梯遮蔽增量≤100mm。阶梯头尾遮蔽控制：冷却过程中需要控冷的钢板通常开启M(M≥1)组冷却器，通过测量钢板入口全长及头尾温度，确定好开启冷却器组数及头尾遮蔽最大量ZB_max(0≤ZB_max≤400mm)、阶梯遮蔽增量△ZB(0≤△ZB≤100mm),开启的第M组冷却器遮蔽量为ZBM＝ZB_max，第M-1组冷却器遮蔽量为ZB_max-△ZB，第1组冷却器遮蔽量为ZB1＝ZB_max-△ZB*(M-1),其中ZB_max≥△ZB*(M-1)。

本发明中阶梯头尾遮蔽采用在线自学习和自适应，修正阶梯遮蔽增量，实现闭环控制，头尾温差控制精度≤8℃。冷却完后的钢板在冷却出口均温后测量钢板全长及头尾温度；如果头尾温差≤8℃，计算的最大头尾遮蔽量ZB_max及阶梯遮蔽增量△ZB不变，自适应到下块同规格钢板；如果头尾温差＞8℃，重新计算最大头尾遮蔽量ZB_max及阶梯遮蔽增量△ZB，通常导致头尾温差过大是由于又出现“红头”迹象，也就是阶梯遮蔽增量△ZB取值过小，通过计算修正后的最大头尾遮蔽量ZB_max及阶梯遮蔽增量△ZB自适应到下块同规格钢板，实现闭环控制。

下面将结合具体实施例进行详细描述。

实施例一

以生产20mm厚度的Q550D钢板为例，钢板长度26m，精轧机出口距离加速冷却入口50m，预矫直出口距离加速冷却入口5m，如图1所示的带预矫直的在线加速冷却工艺的应用技术为例来进一步描述其工艺方法。精轧完后的钢板温度控制在820℃，由传输辊道将钢板送入预矫直机1进行预矫直，在头部预矫直完成后进入在线加速冷却装置2区开启9组超密度喷射上、下冷却器对图2钢板上表面4和钢板下表面5进行喷水冷却。通过测量图2中下阀门6最小响应时间为2s及最大响应时间为5s，测量图2中下冷却器7最小响应时间为1s及最大响应时间为3s，下冷却器总响应时间3s≤t_下i≤8s(1≤i≤9)；通过测量图2中上阀门9最小响应时间为2s及最大响应时间为4s，测量图2中上冷却器8最小响应时间为2s及最大响应时间为4s，上冷却器总响应时间4s≤t_下i≤8s(1≤i≤9)。并将t_上i(1≤i≤9)及t_下i(1≤i≤9)作为错时时间即修正值自动传输进入自动跟踪程序，程序自动修正上、下每个冷却器的开启指令时间，上、下冷却器开启时刻错开开启最终保证钢板上、下表面同时冷却，钢板冷却至541℃。控制冷却之后的钢板经输入辊道直接进入图1强力矫直机3区进行矫直。采用上、下冷却器独立错时开启方法，钢板上下表面温度差最大4℃，并且各项性能指标均达到技术要求。

实施例二

以生产18mm厚度的Q460C钢板为例，钢板长度30m，精轧机出口距离加速冷却入口50m，预矫直出口距离加速冷却入口5m，采用附图1布置的带预矫直的在线加速冷却工艺的应用技术为例来进一步描述其工艺方法。精轧完后的钢板温度控制在815℃，由传输辊道将钢板送入图1预矫直1区进行预矫直，在头部预矫直完成后进入图1在线加速冷却装置2区开启6组超密度喷射上、下冷却器对图3钢板头部10、钢板本身12及钢板尾部14进行喷水冷却。通过计算，图3ZB_max最大头尾遮蔽量14取值300mm，图3△ZB阶梯遮蔽增量11取值40mm，最终开启第1组至第6组冷却器头尾遮蔽量ZB_i(1≤i≤6)分别是100mm、140mm、180mm、220mm、260mm、300mm。钢板冷却至586℃，控制冷却之后的钢板经输入辊道直接进入图1强力矫直机3区进行矫直。采用在线加速冷却阶梯头尾遮蔽方法，钢板全长温度差最大6℃，并且各项性能指标均达到技术要求。

实施例三

以生产12mm厚度的X70钢板为例，钢板长度32m，精轧机出口距离加速冷却入口50m，预矫直出口距离加速冷却入口5m，采用附图1布置的带预矫直的在线加速冷却工艺的应用技术为例来进一步描述其工艺方法。精轧完后的钢板温度控制在815℃，由传输辊道将钢板送入图1预矫直机1进行预矫直，在头部预矫直完成后进入图1在线加速冷却装置2区开启5组超密度喷射上、下冷却器对图3钢板头部10、钢板本身12及钢板尾部14进行喷水冷却。通过计算，如图3所示，ZB_max最大头尾遮蔽量14取值280mm，图3△ZB阶梯遮蔽增量11取值10mm，最终开启第1组至第5组冷却器头尾遮蔽量ZB_i(1≤i≤5)分别是240mm、250mm、260mm、270mm、280mm，钢板全长温度差最大16℃，超出控制精度范围。通过自学习计算，△ZB阶梯遮蔽增量11取值应为35mm，并将此学习值自适应至下一块同规格钢板，最终开启第1组至第5组冷却器头尾遮蔽量ZB_i(1≤i≤5)分别是140mm、175mm、210mm、245mm、280mm。钢板冷却至506℃，控制冷却之后的钢板经输入辊道直接进入图1强力矫直机3区进行矫直。采用头尾遮蔽闭环控制方法后，钢板全长温差最大5℃，并且各项性能指标均达到技术要求。

本发明装置广泛适用中厚板轧钢生产领域，适用范围广，能实现中厚板在线加速冷却过程中上下表面的均匀冷却，改善了传统单一头尾遮蔽量导致的由“黑头”变成“红头”问题，提高了精度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种改善中厚板在线加速冷却均匀性方法，其特征在于：包括步骤如下：

S1：将精轧完厚度范围为6～150mm钢板由传输辊道输送到预矫直机(1)进行预矫直；

S2：在S1中预矫直的同时，钢板进入在线加速冷却装置(2)进行加速冷却，通过超密度喷射上冷却器(8)、下冷却器(7)将700～950℃的钢板冷却至250～750℃；

S3：冷却均温后测量钢板温度并通过矫直机输送至冷床；

其中，所述上冷却器(8)、下冷却器(7)独立错时开启，错时时间≤10s。

2.根据权利要求1所述的改善中厚板在线加速冷却均匀性方法，其特征在于：该方法采用阶梯头尾遮蔽，每相邻组阶梯遮蔽增量≤100mm。

3.根据权利要求2所述的改善中厚板在线加速冷却均匀性方法，其特征在于：所述阶梯头尾遮蔽采用在线自学习和自适应，修正阶梯遮蔽增量，实现闭环控制，头尾温差控制精度≤8℃。

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