北营1780mm热连轧层流冷却系统的应用(201106015修改后)

1、北营1780mm热连轧层流冷却系统的应用徐瑞军（本溪北营钢铁集团公司 辽宁省 本溪市 117000）摘要：介绍了北营1780mm热连轧层流冷却装置及其模型功能，同时对北营1780mm热连轧所采用的冷却策略作了简单描述。不同钢种采用不同冷却策略的生产实践表明：北营1780mm热连轧层流冷却系统能满足生产需要、控制精度达到设计要求、产品性能比较稳定。关键词：热轧生产；层流冷却；层冷模型；冷却策略The Application of Laminar Cooling of Hot Strip Mill for BeiYing 1780mm Hot Strip MillXu RuiJun(BenXi B

2、eiYing Iron&Steel Group LiaoNing BenXi 117000)Abstract: This document introduces the equipments and the model function of BeiYing 1780mm hot strip mill, describes the cooling strategy for BeiYing 1780mm hot strip mill. For the various steel grades the Laminar Cooling system has its own cooling strat

3、egy for different steel grade, the fact shows this Laminar Cooling system can satisfy production requirement, the control precision reach design standard, and make the performance of production stable.Keywords: Hot strip mill production; Laminar cooling; Laminar cooling model; Cooling strategy1 前言热轧

4、带钢轧制完成后，温度一般在860左右，其组织为奥氏体和铁素体，需经过层流冷却后，并采取不同的冷却策略和冷却速度，以获得不同的金相组织，使其机械性能满足使用要求。因此，层流冷却在控制带钢机械性能方面起着至关重要的作用。北营1780mm热轧线采用国内先进的层流冷却控制技术，利用高效的计算机模型，使温度精度满足了生产需要。2 冷却装置概况北营1780mm热连轧层流冷却装置为营口流体设计，一重制造，冷却装置设置在热轧精轧机F7机架与1#卷取机间的输出辊道上下方，在过程自动化系统和基础自动化系统的控制之下，将热轧带钢冷却到工艺要求的卷取温度，使其力学性能和金相组织结构达到预定的质量要求。总共布置21组集

5、管，前18组为粗冷段，每组上部4根集管，下部12根集管，各4个控制单元；后3组为精调段，每组上部8根集管，下部16根集管，各8个控制单元。粗冷段作为主冷区，精冷段作为微调区和反馈控制区。在F7出口及1#卷取机前设有高温检测装置，自动控制系统可根据实测温度进行前馈及反馈控制，设备布置简图如图1所示；另外，在输出辊道上布置22组侧喷装置，用来使钢板上新旧冷却水交换，提高冷却效率。图1北营1780层流冷却区域设备布置简图3 模型概述31 模型介绍北营1780mm热连轧冷却模型为东北大学设计，控制模型的总体功能是：根据精轧出口的带钢温度、速度等数据和其它工艺设备参数，经过模型运算（包括预设定计算、修正

6、设定计算、自学习计算），求得达到目标冷却模式、卷取温度、冷却速度的层流冷却集管组态，控制精轧机和卷取机之间的层流冷却集管的ON-OFF状态，实现冷却过程的计算机自动控制。模型主要由六个模块组成，分别为：计算准备处理、预设定计算、修正设定计算、反馈控制计算（由基础自动化完成）、自学习计算、控制终了处理（由基础自动化完成）。之外，模型中还含有一些辅助模块，有带钢位置跟踪、模型中各种组别的确定、常规冷却控制设定计算（仅以卷取温度为控制目标）、冷却速度控制计算、一组集管内的水冷温降计算、空冷温降计算等。各组集管后的带钢温度及必要冷却量的计算模型如下，其余模型(略)。第i组集管后的带钢温度为： (1)从

7、第i+1组集管到卷取高温计处的必要冷却量为 (2)式中， Ti集管第i组集管的水冷温降；Ti空冷第i组集管的空冷温降；T后段空冷从1#、2#之间的空冷温降，当使用3#卷取机时，该值为0；T垂直喷垂直喷射的水冷温降；T反馈反馈段的水冷温降。考虑到卷取温度均匀，性能均匀、组织结构均匀等，冷却模型采用了如下控制策略：（1) 温度均匀性在轧制过程中，沿带钢长度方向终轧温度、速度、厚度不同，采用同样的冷却组态会导致卷取温度不均匀，因此，采用“分段冷却策略”，按样本长度进行分段控制； 其次，从运动学的角度看，带钢头、中、尾部在冷却区速度都是变化的，尤其是在加减速情况下，每一段带钢的速度都不相同，但是要求的

8、卷取温度却是相同的。因此，在冷却区对带钢速度进行前馈补偿。（2) 力学性能均匀性对于质量要求比较严格的带钢，如HP295、X60，其全长采用同一卷取温度并不能保证力学性能的均匀性，这是由于卷取之后带钢头尾部冷却较快，心部缓慢冷却，导致带钢全长温度的不均匀，造成低熔点化合物和碳化物(包括渗碳体)析出量不均，同时相变过程中铁素体形核长大过程因冷却速度不同造成晶粒大小不均，最终导致钢卷首尾的组织性能与中间部分存在差异 。对此，运用U型冷却策略，即在热轧带钢卷取前提高头尾的冷却温度，使卷取时的热轧带钢头尾温度高于中部温度，从而使卷取后的头尾与中间部位冷却速度趋于一致。U型冷却策略用热头热尾控制，长度为

9、一个样本长度（带钢运行2S的实际长度），且温度比带身高3040左右，参照下表1，热头长度、温升控制通过模型检得，热尾控制通过操作画面上的集管关水延时按钮进行控制。表1：北营1780层流冷却热头、热尾控制温度参照表带钢厚度mm温升热头8.520308.513.5304013.57080(为保护设备)热尾8.5208.513.53013.540（3) 带钢的微观组织控制 轧后冷却过程是奥氏体分解相变的过程。在不同的冷却速度下，形变奥氏体可分解为铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体或上述组织的混合体。根据产品不同的力学性能要求，选择合适的冷却路线，相变就可能在不同的时间、在输出辊道上不同的位置发生。为此，

10、北营1780mm模型使用了冷却速度控制，具有相同化学成分的带钢在不同的冷却路径下使用不同的冷却速度能得到不同的力学性能。（4) 特殊控制考虑到设备安全问题，为了保证硬质材、厚板的头尾部的卷取顺利，带钢头尾温度均采用特殊处理，我厂在生产厚度13.5mm及以上带钢时，为顺利卷取，头部温度控制在比带身高7080，见表1所示。3.2控制精度通过计算机模型控制层流冷却，精度较高，8月23日对一个生产班进行统计，命中率如下表2。表2：一个生产班命中率生产日期材质厚度(mm)宽度(mm)生产块数CT()20命中率(%)自动投入标志2008.8.23SPHC31270666083.80%1SPHC2.5127

11、04066090.87%1SS400B3.712751268094.69%1SAE1006312651166089.86%1SAE1006B2.7512502466087.48%1SS400B4.312502068092.19%1SS400B3.612202068090.80%1Q235-B312501265090.07%1S235J04.6515001060081.41%1S235J0512501260078.87%1Q235-B9.513001164066.38%1在轧制管线X60钢种时，全线采用控轧控冷，层流冷却策略采用前段冷却/轧后快冷，热头热尾采用U型冷却策略（有热头、热尾），卷取目

12、标温度为630，实际冷却效果如下图2所示。图2：北营1780在生产X60钢采用U型冷却策略冷却效果图4 冷却策略及应用根据不同钢种、不同规格和不同性能的要求，北营1780mm热连轧层流冷却冷却策略具体细化为5种，分别是：（1） 前段主冷/轧后快冷沿轧制方向由前向后开集管（见图3）前段主冷模式实际上是以“前馈”控制为主体而以补偿控制为辅的一种冷却控制方式。“前馈”控制就是在带钢尚未到达层流冷却装置前，根据精轧机组终轧温度的预设定值，向前馈送控制信号来接通前段冷却喷水集管，对带钢进行冷却。 前段主冷用于2.0mm以上的普通碳素钢或有急冷要求的高级硅钢的冷却。图3：前段主冷模式简图（2） 后段主冷，

13、见图4（a、b），是在层流冷却装置的后段（第7组集管以后）进行喷水冷却，即从第7组集管开始依次向后开启集管。此模式使热轧带钢通过一段空冷后然后进行水冷，使其得到铁素体以铁素体和贝氏体为主的钢结构，此冷却模式包括上表冷却，我厂是针对厚度小于2.0mm带钢，下喷不喷水，防止带钢在辊道上发生漂移起套。后段冷却用于厚度小于2.0mm的普通碳素钢和低牌号硅钢冷却。 a)后段主冷b)上表冷却图4：后段主冷模式简图(a、b)（3） 按组稀疏模式 (见图5所示)，该模式是介于前段主冷与后段主冷模式之间，冷却速率较前段冷却要弱，较后段主冷强的一种冷却模式，集管开启方式为延轧制方向由前向后开一组关一组或开一组关两

14、组，两种方式可选择，该模式的优点是开启集管的组与组之间距离较大，易于带钢上表面新旧水的交换，模型控制效果好。按组稀疏用于以控制微合金元素的碳氮化物的析出为主的微合金化钢。图5 按组稀疏模式简图（4） 按管稀疏模式(见图6所示)，类似于按组稀疏模式，不同的是集管开启方式是延轧制方向由前向后组内开一根管、两根管或三根管，三种方式可选择。按管稀疏用于以控制微合金元素的碳氮化物的析出为主的微合金化钢。图6 按管稀疏模式简图（5） 二段冷却模式（见图7所示），该模式主要用于冷却路径控制，根据不同钢种所需不同的冷却路径，分别在模型里进行喷水路径设定，即分别对二段冷却的前端冷却起始阀、前端开启组数及后端冷却

15、起始阀进行设定，从而达到冷却路径控制的目的，该方式运用灵活，有利于新钢种开发。二段冷却用于低强度、韧性及延伸率要求较高的钢种。图7 二段冷却模式简图在上述层冷策略中，根据板厚层别和特定钢种规格对冷却速率的要求，确定一种冷却策略，供模型控制。对于SPHD、SPHE等材质来说，由于要得到较好的深冲加工性能，通常选择的是后段冷却；而对于一些结构钢，比如Q235等，对其强度要求比较高，通常采用的是前段冷却；对于物理性能检验结果偏高的钢种，可选用组稀疏或管稀疏冷却，使其强度适当降低，达到目标控制范围；上表冷却主要应用于轧制薄带钢，为了防止带钢在辊道上发生漂移起套，通常关闭下喷；对于HP295钢种，对强度

16、要求不是很高，而韧性及延伸率要求较高，一般采用二段冷却。实际生产中，北营1780mm热连轧常见钢种层流冷却策略按表3进行控制，其组织和机械性能均达到了预定的质量要求。表3：常见钢种的冷却策略参照表项目钢质厚度(mm)终轧温度（）卷取温度（）冷却方式SPHC25.0880670前段冷却Q19520870600后段-上表冷却Q19525.0870600后段冷却SS4003.08.0860660后段冷却Q2354.010.0860650前段冷却HP295256.0860660二段冷却Q345Bh10.0860640按组稀疏510L4.010.0850630后段冷却X606.49.5810620前段冷却5 结论（1）模型能满足生产需要，卷取温度控制精度较高。（2）不同的冷却策略能满足新产品的开发的需要。（3）厚度10mm以下带钢采用全自动控制精度较高。（4）10mm以上带钢因供水能力不足够,全自动控制调试没有彻底完成。目前，为提高厚规格卷取温度命中率，我们准备将设备的缺陷进行改造，把厚规格调试完成，然后在冷却速度控制、冷却路径控制、板形、微观组织和力学性能控制方面下功夫。参考文献：1 Yushi，MIYAK