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1、宽厚板培训教材加速冷却 第四章 加速冷却1 轧后钢板加速冷却的目的上世纪70年代后，以日本为代表的厚板用户，对厚钢板的强度、低温韧性和焊接性能提出了更高的要求，这些要求仅依靠现有控制轧制技术是无法满足的。因此不仅要用轧制工艺来控制奥氏体，而且要用轧后冷却来控制相变本身，也就是利用轧后水冷进行控制冷却。为此进行了许多冷却工艺和冷却设备的研究开发工作。1980年日本钢管公司福山厚板厂首次成功地设置了在线快速冷却设备(OLAC)，标志着控制冷却已从实验室阶段进入了生产实际应用。目前在国外大多数厚板厂都设置有轧后快速冷却装置，并把控制冷却技术作为继控制轧制之后提高产品性能的重要技术措施，控制轧制控制冷
2、却技术(TMCP)已成为宽厚板生产的主导工艺。控制冷却可以通过控制相变过程达到以下目的： （1） 提高钢材的强度，尤其是抗拉强度，同时保持钢材韧性不降低； （2） 在保持钢材强度级别的同时可降低含碳量(或碳当量)，从而改善了钢材的焊接性； （3） 利用钢材的合金元素与轧后冷却速度间的关系，可以一种成分的钢生产出不同性能要求的产品，或与控制轧制工艺相配合生产出更高性能的产品。2 加速冷却种类2.1加速冷却工艺对设备的要求加速冷却目的的实现，冷却设备是第一要解决的问题。对加速冷却设备必须满足以下要求： 能均匀冷却整个厚板(包括板宽、板长、板厚方向)； 尽量减少冷却过程中产生的应变等形状不良和残余应
3、力； 有足够的冷却速度，并能准确地调整冷却速度和控制冷却起始和终冷温度； 设备投资少、生产稳定、便于维修。各国使用的轧后冷却设备种类很多，有喷流冷却(高压喷水冷却)、喷射冷却、水幕层流冷却、管层流冷却(包括高密度管层流冷却)、喷雾冷却、浸水冷却等。这些设备各有优缺点，冷却设备的选择必须根据用户的具体情况，抓住主要矛盾，慎重选择。 加速冷却模式有通过冷却和同时冷却两种。前者是钢板通过冷却装置时依次得到冷却，后者是使整块钢板同时得到冷却。2.2冷却方式的类型当前在中厚板轧后控制冷却设备中使用最多的是管层流冷却、水幕层流冷却和气雾冷却。2.2.1气雾冷却气雾冷却有冷却能力调整范围宽、冷却均匀等优点，
4、但由于使用了空气，造成联合喷嘴结构和配管系统比较复杂、设备费用增加、噪音比较大和车间雾气较大等缺点，所以过去选用较少。近年由于对钢材冷却均匀性的要求提高，因此有几个厂新建的控冷设备选择了气雾冷却，如敦刻尔克厂(1989年)、浦项厚板厂(1989年)、伯利恒厂(1998年)和我国的酒泉钢厂。2.2.2水幕冷却水幕冷却装置是各种冷却装置中冷却能力最强的，冷却区长度也最短，因此被各厚板厂广泛采用。但是随着用户对产品均匀冷却的要求日益提高，水幕冷却的缺点就突出了，主要有： （1） 由于冷却能力强，因此钢板在厚度方向上冷却不均匀性较大； （2） 中凸的水幕头制造精度要求高，生产使用中不易长期稳定成幕，水
5、幕两端形成的哑铃形也很难完全消除，这些都影响钢板横向冷却的均匀性； （3） 不能采用有利于厚钢板均匀冷却的同时冷却的操作方式； （4） 为了保持幕状层流，各个水幕的水量调节范围就比较小，尤其生产薄规格钢板时难以采用小水量的低冷速冷却。2.2.3管层流冷却管层流冷却是最早用于厚板的冷却装置，但由于它冷却能力较低、冷却区较长(一般在40m左右)，因此人们更看好水幕冷却装置。90年代后有感于水幕冷却的缺点和对钢板冷却均匀性要求的提高，经改进制造出高密度管层流冷却装置，并优化结构尺寸，尽量减少各U型管喷流横向间的相互干扰(它不能象水幕冷却那样完全消除)，使冷却能力大为提高，可接近于水幕冷却。因而高密度
6、管层流使原有的管层流冷却的缺点得以改善，优点得以保留，其主要优点是： （1） 板厚方向冷却比较均匀； （2） 设备制造工艺简单，对水中杂质的要求可低于对水幕冷却装置的要求，水流的稳定性好； （3） 可以采用连续冷却和同时冷却两种操作方式； （4） 由于没有成幕性的要求，因此流量调节范围较宽，冷却能力调节比较灵活； （5） 可以通过改变集管上的U型管之间距离和管径尺寸，比较容易地改善板宽方向的冷却均匀性。正是由于这些优点，90年代国际上已有多个工厂采用了高密度管层流的冷却装置。如俄勒冈厚板厂(1996年)、蒂森厚板厂、我国的台湾中钢(1993年)，日本水岛厂也将普通管层流冷却装置中的一段(1/4
7、)改造成高密度管层流(1995年)。 从以上分析不难看出，随着用户对产品质量要求的日益提高，轧后冷却装置已不只是追求高冷却速度，而是要在一定冷却速度下注重冷却的质量(冷却的均匀性)和可控性温度3 莱钢厚板轧机加速冷却设备3.1设备描述加速冷却装置全名为多功能间断式冷却（MULPIC）装置，位于精轧机出口侧输出辊道后，与精轧机呈远距离独立布置，用来加速冷却（ACC）钢板或对钢板实行直接淬火（DQ）处理。为使冷却系统具有更宽的应用范围，本套加速冷却装置分为四个单元，第一冷却单元可以实现在线淬火和加速冷却；B、C、D三个冷却单元实现加速冷却功能，两个系统的组合保证了有更宽的冷却范围。对于一些特殊等级
8、的钢需要更高的冷却速率时，两个部分可同时使用。冷却装置装有边部遮挡装置，由安装在下方的可同步移动的冷却水收集装置组成，可保证有效的冷却宽度。冷却装置具备水凸度控制功能，通过对上集管的水冠阀的控制，可以实现钢板横向高精度的温度均匀控制。本套冷却装置具备连续式冷却模式、在线淬火（DQ）模式、摆动冷却（OSC）模式。在冷却单元之间安装了侧喷装置，用来保证后续冷却效率，冷却水由ACC水处理站供应。本套加速冷却装置采用全自动操作方式，数学模型依据钢板数据决定控制参数。模型计算结果之一是所需水流量，由带有流量计和流量控制阀的回路进行水量的控制。水流是无级调速。喷射冷却的上下水量比的范围是1 ：2。 为了保
9、护冷却系统上下集管，安装了自冷却循环系统，避免热辐射对集管的损坏，没有水会滴到钢板上。钢板冷却装置采用自动控制，根据钢板的尺寸来决定数学模型。钢板温度在ACC系统前要进行检测，用来计算水的流量。在冷却系统后面，实际的钢板的温度将和计算冷却终止温度进行比较。冷却装置独有的头尾遮挡，保证了钢板头部和尾部温度均匀性。3.2设备技术参数3.2.1钢板冷却区域辊道形式 单独驱动辊道 辊道长度 24,000mm 辊道间距 800mm 辊道数 第一段31 根 辊道直径 450mm 辊身长度 4,300mm辊道速度 02.5m/s结构设计 辊道形式 实心锻钢辊，辊身水冷 辊道轴承 自对中滚动轴承 轴承支座 单
10、件设计，铸钢或者钢，安装在辊道框架上 辊道框架 结构钢 横梁 结构钢 辊道驱动 单一驱动，通过万向轴 马达支座 结构钢 侧导板 结构钢，辊道两侧都有，实心护板 配管 位于辊道框架上，冷却水管和润滑配管参见项目0 润滑 辊道轴承，集中干油润滑系统3.2.2加速冷却装置（1） 通用技术参数 加速冷却的钢板尺寸 厚度10-100mm 宽度1,500-4,150mm长度最大43m DQ的最大板厚 30mm， 表面硬度和表面马氏体结构的钢板厚度到100mm是可能的，钢锭表面也可直接回火 通板尺寸 厚度5-250mm 宽度1,500-4,150mm 长度最大43m重量最大24t 机械设备的宽度大约12,5
11、00mm 冷却宽度4,300mm 钢板通过速度最大2 m/s 钢板冷却速度最小0.5m/s 侧喷： 侧喷数量10 最大水流大约750m3/h（总共）压力10bar（2） 喷射冷却系统技术参数 冷却系统长度24m 集管数量48 上24 下24 钢板上表面到上喷嘴之间距离大约600mm 最大水量12,900m3/h水压大约1.5bar(ACC)大约 5bar(DQ) 主管不锈钢仪表和控制A单元每组集管独立控制 B、C、D单元集中控制l 集管设计的非常坚固不容易损坏，所有上集管均采用相同设计，可以互换l MULPIC集管与喷嘴装在一起，保证了一个高密度的冷却面l 集管内部分成两部分，用来把集管外部与
12、中心区域分开，每个集管有两个流量控制阀用于控制水流到达外部区域，这样可以调整钢板宽度方向的冷却水的量l 每个集管内部装有一个过热报警热电偶，用于当MULPIC不冷却时，温度过高时报警，控制系统打开冷却水，冷却集管。l 集管内装有不锈钢过滤网，作为最终的过滤避免喷嘴堵塞。l 上下集管的水比由二级系统调整。（3） 冷却集管的布置（4） “水冠”Water Crown 的调整3.2.3上冷却框架数量 1套主框架，4个可调的冷却单元型式 钢结构框架位置 主框架安装在基础上，高度可通过蜗杆千斤顶调节功能 支撑上集管 调整上集管的高度 支撑主供水管路技术参数 上集管高度调整范围： 轧制线高度3001200
13、mm 电机功率 11KW 电机转速 最大300rpm3.2.4冷却区域分隔喷射数量 10个喷射集管，共有喷嘴350个喷嘴喷射角度 30位置 在冷却单元之间，除B、C两单元功能 分隔冷却区域，在钢板冷却后清除钢板上过量的冷却水3.2.5边部遮挡装置数量 1套用于上集管的边部遮挡型式 U型转向节位置 每组冷却单元传动侧与操作侧各一功能 边部遮挡装置由不锈钢制成，阻止冷却水流到遮挡区域，水流将通过向内凸起的凸纹，流向两侧。技术参数 钢板的宽度范围 1500mm4150mm遮挡电机 3kw 电机转速 1780rpm 宽厚板培训教材热矫直第五章 热矫直1 热矫直的任务厚板在生产的各个工序中都会产生瓢曲或波浪缺陷，在轧制工序产生的瓢曲和波浪可以通过热矫直机矫平。莱钢4.3m宽厚板工厂的热矫直机设置在加速冷却装置之后，主要用于轧后及快速冷却后钢板的矫直，以尽量消除钢板的不平直度。本厚板厂在加速冷却装置ACC前还预留了一台预矫直机，主要保证钢板进入ACC前有较好的板形，以提高ACC冷却后钢板表面温度的均匀性。2 热矫直机工艺及操作该热矫直机对称设计，能够进行可逆矫直。如果不需要对来料进行矫直，则可空过。2.1 工艺制度主要是根据矫直钢板的钢种、规格、性能以及钢板的外形质量的要求来确定矫直工艺参数，如矫直温度
