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层流冷却技术的优化与操作实践

发布时间:14-11-15 16:22 - 浏览次数:

在炉卷轧线生产过程中,通常采用优化层流冷却技术和改善供水操作的方式,控制和提高最终产品的综合力学性能和板材板形。层流快速冷却技术应用日益普遍,成为各种轧钢生产线的必备控冷环节。

  层流冷却技术的优点是:在其冷却过程中,从上下喷嘴流出的冷却水速度比较慢,能够形成平滑、连贯的水流,直接落到快速移动的钢材表面,形成冷却均匀的水面。然而,生产线的不同工艺参数和设备布置参数会影响冷却能力,冷却水温控制和水质不同也影响到板材质量。因此,探讨各种因素对层流冷却技术的影响具有重要意义。
层流冷却影响钢板性能的原因
  在轧制后的层流冷却过程中,钢材的传热主要是空冷和水冷两部分。空冷中钢材向周围环境散发热量,主要以辐射传热为主。水冷即为中低温度的冷却水与高温的钢材开始接触时,直接碰撞引起迅速的热传递,随后在钢材表面形成蒸汽层,蒸汽层阻碍导热,属于膜态沸腾传热。当蒸汽层不再稳定地附着在钢材表面时,钢材表面重新与冷却水再接触,再次产生强烈的热传递,属于核态沸腾传热。在钢板冷却过程中奥氏体发生分解,相变潜热释放。
  高强度钢板的控冷板形问题由钢板在冷却过程中钢板横向温度均匀性和厚度方向温度均匀性决定。温度不均匀导致相变过程不一致,冷却过程中残余应力过大,矫直温度低,钢板强度提高,使得热矫直机无法矫直,或矫直后钢板温度仍然不一致,在冷床上冷却至温度均匀时产生残余应力。
  可以说,冷却造成的板形问题主要是以下3种不均匀冷却导致:
  一是横向冷却不均匀性。针对原有的上集管流量在横向上均匀分布的布置方式不利于钢板的均匀冷却的问题,为保证横向均匀冷却,通常将集管流量在横向上采用不均匀的流量设计或调节、边部遮挡、侧喷等措施。尽管这样的设计会对温度的横向均匀性有改善,但仍有部分边部遮挡不能正常投入运行,温度均匀性的问题仍然存在。
  二是厚度方向冷却的不对称性。为保证厚度方向冷却对称,冷却过程中上下表面得到相同的冷却效果,应在冷缩过程中以及冷却的相变过程中,保证钢板变形对称,这样冷却后钢板的板形才不会发生变化。
  为保证钢板厚度方向的对称,对于不同厚度的钢板上下表面冷却水量比是不同的,这已经在不少中厚板卷厂和炉卷生产线的生产中得到证明。对于某一厚度的钢板,钢板上下表面冷却水量比波动范围较小,如20mm厚钢板,上下水比例为1:1.9~1:2.1。
  以往,一些炉卷轧线板材控冷装置上、下集管流量没有调节手段,只能靠人工进行配置,生产难度大,对不同厚度钢板无法实现厚度方向的对称冷却,导致控冷后钢板板形易瓢曲。
  三是横向和厚度方向冷却不均匀混合。因此,控制冷却的横向均匀性和厚度方向的对称性,是控制板材平直度的主要途径,减少长度方向头尾温差也能部分有效控制板材平直度。
  设备问题对冷却的影响主要表现为部分集管及喷嘴堵塞情况严重。炉卷轧机层流冷却水系统设计为半过滤式,由于长期使用过程中集管干、湿条件频繁变化,冷却水中油与悬浮物的共同作用导致部分下集管生锈,结垢情况比较严重,并且下集管水柱高度参差不齐相差较大。尽管在设备检修期间,对更替的下集管采取了酸洗和清理等方法,但是由于设备设计的问题,这些问题仍然无法彻底解决。
  层流冷却水温对板材也会造成影响。因北方季节问题和初期水系统设计工艺要求,夏季供水水温高易出现冷却效果不佳、板形瓢曲等异常,冬季水温过低、冷却过快对板形和性能也有影响。
  要实现高效的层流冷却工艺,可以通过对现有设备上下集管、供水管路、阀门的改造,以及增加自动化调节控制系统,来减少原设计不利于冷却的各种因素,提高层流冷却质量。


本文来自河北圣天法兰厂家生产技术部门,以上资料仅供参考。


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