济钢中板厂精轧机轧辊水冷却系统改造

1、生产技术济钢中板厂精轧机轧辊水冷却系统改造王世国,崔风庆,张宏(济南钢铁集团总公司,山东济南250101摘要:济钢中板厂轧辊冷却系统存在结构简单,冷却水质差、水量不足、水喷分布不合理、调节不便、喷头堵塞等问题。通过建立四辊精轧机辊型曲线变化规律模型,计算辊身热膨胀凸度、辊身冷却水冷却速度、冷却水流量,得出轧辊辊型变化规律,实现辊型曲线及辊型配置的优化,改进轧辊水冷却系统,选择合理的轧辊水冷却工艺控制,延长了使用寿命,保证了计划正常换辊和生产作业率,改善了钢板板形和表面质量。关键词:轧辊;水冷却;系统改造中图分类号:TG333.7文献标识码:A作者简介:王世国(1961-,男,山东临清人,199

2、8年毕业于山东大学电气自动化专业。现为济钢自动化部工程师,从事自动化技术工作。轧辊冷却工艺既影响轧辊的寿命,又影响钢板板形。济钢中板厂轧辊冷却系统存在结构简单、冷却水质差、水量不足、水喷分布不合理、调节不便、喷头堵塞等问题,为此进行系统改造。1建立轧辊热凸度模型建立轧辊热凸度模型条件:轧辊的平均温度对轧辊的径向膨胀起主要作用;考虑轴向的热传导,以便考虑沿轧辊轴向的热膨胀的变化情况;在轧辊的任意横断面上,板吸收的热量和因水雾散失的热量绕轧辊一周是均匀的;假设板到轧辊之间以及冷却水与轧辊之间的传热系数是常数;假设由高温板到轧辊的热传递是接触传导,其传热系数是轧辊平均温度的函数。在这个模型中,轧辊被

3、分为两个独立的区域,见图1。在1区中,轧件和水雾都参与了热传递,在2区中,只有水雾的作用。根据能量守恒定律,当温度呈轴对称分布且随时间变化时,可得到利用坐标表示的微分方程。对1区:T 1/t =a(2T 1/z 2+2h t /c d (T s -T 1-2h c /c d (T 1-T w ,(1对2区:T 2/t =a(2T 2/z 2+2h t /c d (T 2-T w ,(2式中T 1、T 2为工作辊在1区和2区的温度;T w 为冷却水的温度;T s 为钢板温度;H t 为传热系数;为钢板与轧辊的接触角;为对流冷却角系数;h c 为强制对流系数;a 为工作辊的热扩散率;c 为工作辊的

4、质量热容;为工作辊的密度;d 为工作辊的直径;t 为时间;z 为到轧辊中心的轴向距离。在1区和2区交接面的常用边界条件为:T 1(w /2,t /z =T 2(w /2,t /t ,(3T 1(w /2,t /z =T 2(w /2,t /t ,(4式中w 为板材的宽度。因为温度梯度关于轧辊中心线对称,可以得到:轧辊开始之前,轧辊温度可以认为与水雾的温度T w 相等。再假设轧辊两端的温度总是保持为T w 不变,可得:T 1(z ,0=T 2(z ,0=T(L /2,t =T w ,(5式中L 为工作辊辊身长度。通过公式(1和(2,可以确定工作辊沿辊身方向的温度平均分布。由此温度,依据公式(6可

5、以得到轧辊直径的膨胀值。d =ad 0(T 1、2-T w。(6式中d 0为工作辊原始直径;d 为工作的热膨胀;a为体膨胀系数。轧辊冷却水压力延辊身长度方向呈抛物线型分布,对轧辊冷却水量形成抛物线,使轧辊热胀凸度得到缓解,与轧件形成适宜的接触面,轧辊热凸度和冷却水压力分布见图2。2轧辊冷却工艺2.1冷却水分开控制工作辊和支撑辊的工作环境相差较大,热平衡时的工作辊辊身温度比支撑高2030,为此,将工作辊和支撑辊的冷却水分开控制后,就可根据支图2轧辊热凸度和冷却水压力分布图1轧件-轧辊-喷水系统中的热传递1-喷水系统带走的热量;2-从轧件吸收的热量;3-轧辊中心线第29卷专刊2007年12月山东冶

6、金Shandong M etallurgyVol.29,Special lssue December 200752Reconstruction of the Cooling System of the Finisher Work Roll in theMedium Plate Plant of Jinan SteelWANG Shi-guo,CUI Feng-qing,ZHANG Hong(Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China Abstract:There are such problems as too simpl

7、e structure of the cooling system,poor quality of cooling water,improper distribution of spray-ing water,inconvenience in adjustment of cooling water and clogged cooling water nozzles,etc.at the rolls cooling system of the M edium Plate Plant of Jinan Steel.Through such measures as setting up the cu

8、rve model of the changes of the roll profile,calculating the roll crowning of thermal expansion,the cooling speed of the roll body and the flow rate of the cooling water,the law of the roll profile change is obtained and the configuration of the roll profile is improved.Based on the above work,the r

9、oll cooling system is transformed and rational cooling technolo-gy is adopted and thus the campaign life of rolls are prolonged,roll replacement work can be carried out according to schedule and the per-formance rate is guaranteed.M oreover,the flatness and the surface quality of the steel plates ar

10、e improved.Key words:roll;water cooling;system reconstruction撑辊的磨损程度控制冷却水量来控制热凸度,从而改善钢板的横向同板差,并可延长其使用寿命。另外,上下辊系的工作环境相差也较大。上辊系的支撑辊在上工作辊之上,温度相对比较低,且上支撑辊冷却水可落到工作辊身上,加强了冷却效果;而下辊系正好向反,温度较高的下工作辊冷却水落到下支撑辊上会减弱其冷却效果,且由于钢板的遮挡作用使上辊系冷却水在轧钢时落到下辊系上。同时,上辊系比下辊系通风条件好,将它们的冷却水分开控制可使下辊系得到充分冷却,且有利于上下辊系均衡磨损,平衡使用。生产时下辊系主要

11、考虑冷却充分,上辊系则应侧重于考虑热凸度的控制。2.2冷却水量的分布分段控制沿辊身长度冷却水量的分布进行分段控制后,生产时就可根据实际需要的凸度,对初始辊型和磨损后的空量进行有效的补偿,使初始辊型为凸度的轧辊能够得到使用,工作辊在磨损量较大的情况下仍能满足轧制的需要,既延长了轧辊使用寿命,又改善了钢板板形。2.3净化冷却水质冷却水质的好坏决定了喷嘴能否正常使用及冷却效果。冷却水压力及水量调整得当,可提高冷却效果,水压太低、水量太小会使轧辊冷却不足,也冲不掉粘在辊身上的氧化铁皮,使轧辊表面出现压痕,水压太高会造成反弹,反而降低冷却效果,冷却水量太大,则会使钢板温降太快,并浪费水资源。一般要求轧辊

12、冷却水的压力为0.30.5M Pa ,冷却水量工作辊为0.150.30m 3/(m 2min ,支撑辊为0.100.20m 3/(m 2min 。在轧制薄规格时水量控制比厚规格少,温降快的钢种应比温降慢的水量少,以保证终轧温度处于其生产工艺要求的理想温度范围内。2.4改进冷却水的喷射角度冷却水的喷射角度直接影响到轧辊冷却效果,将传统的垂直于轧辊表面喷射改为沿轧辊表面近似切向喷射,根据作用力原理喷射角度a 设计为3040时为最佳,这样可以防止冷却水反弹,改善轧辊冷却效率。2.5冷却水量和分布情况确定根据辊型变化确定冷却水的供应量和分布情况,新换工作辊和支撑辊,其辊身中段应比两端多供冷却水,以减少

13、轧辊热凸度使轧制过程稳定,避免钢板出现中浪产生瓢曲。随轧制量的增加,辊身中段的冷却水应逐渐减少,而两端的冷却水应逐渐增多,以增加轧辊的热凸度来补充轧辊的磨损,可改善板型和减少横向同板差。3冷却系统改造1将总水管至轧机冷却水配管之间的联接管道更换为159x10热轧无缝管。2将目前在用东、西两侧配管进行对调功能。即将东侧的单列喷嘴配管安装在西侧,喷嘴对下工作辊进行冷却,将西侧双列喷嘴配管安装在东侧,上列喷嘴对下工作辊进行冷却,下列喷嘴对下支撑辊进行冷却。3喷嘴的角度、规格、数量以及与轧机牌坊的联接支座、管夹采用原设计参数。喷管及联接支座、管夹重新加工焊接。4总控制阀门选择闸阀(型号为:Z41H-40/DN150,同时控制东、西两侧管路。5轧机两侧水管布置恢复原设计方案(把接车间水管改为轧机东侧,原设计在西侧。6在精轧机辊身冷却水