CN115318844A - 中厚钢板生产的冷却工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种中厚钢板生产的冷却工艺，包括以下步骤：控冷设备接收控冷钢板的尺寸、入水温度、返红温度等工艺信息；设定冷却集管水量、初始冷却辊速、头部遮挡长度及模式、冷却辊速加速度、加速开启后集管水量增量设定、尾部水量补偿等工艺参数；冷却钢板头部位置修正，钢板位置信号全程跟踪开启，开启头部遮挡，冷却区域水量调整到位；冷却钢板头部通过A区，头部遮挡结束，开启冷却辊道加速模式；冷却辊道加速开启后冷却装置B、C、D区水量增加；冷却钢板尾部进入冷却区域，开启尾部流量补偿。本发明适合于控冷低合金高强高韧中厚板的生产，对于长度较长的控冷中厚板具有性能均匀稳定的优势。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，涉及一种提升中厚钢板轧后长度方向冷却均匀性的控制方法。
背景技术
钢厂在生产低合金高强度高韧性中厚钢板时，为保证钢板的综合力学性能，通常都需要采用控轧控冷工艺，其中的控冷工艺对最终钢板的性能有着决定性影响。尤其是在钢板采用低碳低合金成分时，钢板冷却的工艺控制窗口较窄，钢板性能的均匀性与控冷工艺的矛盾更加突出。
中厚板长度方向上控冷均匀性问题主要受两方面影响：一是钢板头尾因水流状态不稳定会造成冷却强度稳定性差导致钢板头尾强度差异；二是钢板长度方向上不同位置入水时间差异造成冷却效果差异导致钢板长度放行性能不均匀。
在现有的钢板冷却技术中，头部冷却强度过大的问题采用头部遮挡方式解决，如通过跟踪钢板头尾位置并将快冷区水量调整阀整体调小以降低头尾冷却强度从而保证钢板返红温度的一致性，当钢板头尾通过该冷却区后水量再恢复正常；而钢板长度方向的冷却均匀性通常的做法是缩短轧制钢板的长度以及提高冷却过程中的辊道的传送速度。
一方面，快冷区水阀调整有一定的滞后性，为使水量调节需要在短时间完成水阀调节要求灵敏度和精确度极高，整个调水过程中还会出现超调导致的水量波动大的问题；另一方面，钢板长度方向的入水时间差造成的钢板头尾温度差异会直接影响钢板冷却相变，即时最终钢板的头尾返红温度一致也难以保证最终钢板的性能均匀。
发明内容
本发明的目的是提供一种中厚钢板生产中的冷却控制方法，解决现有技术中存在的导致控冷钢板长度方向上性能差异大的问题，同时避免头尾性能差异大，特别是钢板头部冷却强度过大导致的强度过高的问题。
本发明的技术方案：
中厚钢板生产的冷却工艺，包括如下步骤：
（1）控冷设备接收控冷钢板尺寸、入水温度、返红温度的工艺信息；
（2）设定冷却集管水量、初始冷却辊速、头部遮挡长度及模式、冷却辊速加速度、加速开启后集管水量增量设定、尾部水量补偿工艺参数；
（3）冷却钢板头部位置修正，钢板位置信号全程跟踪开启，开启头部遮挡，冷却区域水量调整到位；
（4）冷却钢板头部通过A区，头部遮挡结束，开启冷却辊道加速模式；
（5）冷却辊道加速开启后冷却装置B、C、D区水量增加；
（6）冷却钢板尾部进入冷却区域，开启尾部流量补偿；
（7）冷却钢板全部通过冷却区域，控冷结束。
所述步骤（1）中，控冷设备为全长24m的传送式冷却装置，包括钢板冷却输送辊道、钢板位置跟踪，钢板入出口高温计以及钢板冷却输送区域的控冷装置，钢板位置跟踪包括辊道速度位置编码器和冷却装置前后的热检装置用于修正钢板位置；包括A、B、C、D四个独立冷却区域，每个冷却区域均由上下各6组冷却集管组成，其中A区的上下各6组集管可分别单独开启或关闭，B、C、D区上下集管组由统一水阀开启或关闭。
所述步骤（2）中的工艺参数可以采用人工设定或自动设定的方式输入冷却设备，其中初始冷却辊速和冷却辊速加速度的工艺参数设定值根据钢板头尾入水时间目标差值进行设定，其计算式为：
式中，a表示冷却辊速加速度，v 0 表示初始冷却辊速，t表示钢板头尾入水时间差，l表示钢板长度，l 0 表示头部遮挡长度。钢板头尾入水时间差可根据钢种CCT曲线的组织及性能情况确定，本发明的钢板头尾入水时间差控制在20~35s为宜。
所述步骤（3）中的头部遮挡采用头部冷却水量补偿，降低快冷段钢板头部冷却速率，其特征在于：A区6组独立冷却集管开启方式为m+n模式，其中m+n=6，具体来说，钢板进入冷却装置前A区开启m组集管进行冷却，待钢板头部遮挡区通过A区后开启A区其他n组集管。
优选的，A区采用3+3模式首先开启的集管为1、4、6，或A区采用4+2模式首先开启的集管为1、3、4、6。
所述步骤（4）中的冷却辊道加速模式的特征在于：根据钢板规格由***或人工确定冷却辊道加速度，其加速度与冷却钢板的初始速度累加作为钢板冷却辊道的当前速度，直至钢板尾部离开水冷区域。
钢板冷却最大辊道速度即钢板尾部到冷却设备出口的速度受到冷却设备能力限制，本发明中的辊道最大速度为2.5m/s，可按式(2)计算设定的辊道最大速度。当vmax＞2.5m/s时，必须对v0和a进行调整，直至计算的vmax≤2.5m/s。
式中，v max 表示钢板尾部出冷却设备速度，v 0 表示初始冷却辊速，a表示冷却辊速加速度，l表示钢板长度，l 0 表示头部遮挡长度，L表示冷却设备长度。
优选地，钢板尾部出冷却设备速度优选范围为vmax 
1.5~2.2m/s。
所述步骤（5）中的B、C、D区水量增加是为了补偿因辊道加速导致冷却钢板中间和尾部冷却时间减少，其特征在于：根据钢板的长度和钢板冷却的总时长，对冷却区的水量进行调整，从冷却钢板进入加速模式开始增加冷却水量。水量增加时的水阀调整模式宜采用小流量缓慢增加模式，避免水量调节过程中的超调现象造成钢板局部冷却强度过高。
优选的，B、C、D区水量增加量可按式(3)计算。
式中，β为补偿系数，取值范围0.5-0.9；v 0 表示初始冷却辊速，a表示冷却辊速加速度，l表示钢板长度，l 0 表示头部遮挡长度，L表示冷却设备长度。
所述步骤（6）中的尾部流量补偿是为了补偿冷却钢板尾部进入冷却装置前空冷时间较长造成的冷却强度不足，其特征在于：钢板尾部的A区水量补偿根据钢种的CCT曲线、目标组织及钢板尾部降温程度和时间确定，本发明中的水量增量为10%~20%。
本发明的有益效果：通过钢板各段在冷却区域的精确定位，在钢板头部采用头部遮挡，采用部分集管预调固定流量的模式稳定头部遮挡效果，避免冷却过程全冷却区水阀调节带来的冷却波动；通过冷却区域辊道加速模式，缩短钢板头尾冷却入水的时间，减少钢板头尾开始冷却的温差；通过对钢板不同位置的冷却水量，增加钢板中间及尾部冷却强度，补偿因辊速增加及入水温度较低造成钢板中部及尾部冷却不足。本发明适合于控冷低合金高强高韧中厚板的生产，对于长度较长的控冷中厚板具有性能均匀稳定的优势。
附图说明
图1为某钢种的CCT曲线及现有工艺条件下的钢板头中尾冷却曲线示意图。
图2为某钢种的CCT曲线及采用本发明技术方案的钢板头中尾冷却曲线示意图。
具体实施方式
下面对比现有工艺来描述本发明的技术原理及具体实施方式。图1为某钢种的CCT曲线及现有工艺条件下的钢板头中尾冷却曲线。其中曲线1表示钢板头部冷却曲线，曲线2为钢板中间冷却曲线，曲线3为钢板尾部冷却曲线。对于固定水量和固定冷却辊速的工艺，因为钢板不同位置进入冷却设备前的空冷影响在钢板头中尾形成了不同的冷却路径，从而导致钢板在头中尾出现的组织性能差异。对于固定水量和冷却辊速加速的工艺，采用冷却辊速加速方式，可以减小钢板中间和尾部的入水温降，但同时也减少了钢板在冷却区域停留的时间，造成钢板中间和尾部冷却不足。对于现有的头尾遮挡工艺，当钢板头尾遮挡区进入A区冷却区时，水阀动作调低遮挡区水量，待遮挡区通过后水阀再次动作调高水量，但遮挡持续时间一般较短，水阀频繁动作导致遮挡区温度准确性差，同时还会影响到其他冷却区域。现有工艺的具体实施例见实施例1。
本发明通过冷却区域辊速和水量的同时调节，减少钢板入水的温度差异，补偿钢板中间和尾部的冷却强度的不足，改善钢板头中尾冷却的组织性能均匀性。图2示出了某钢种的CCT曲线及采用本发明技术方案的钢板头中尾冷却曲线。对于冷却钢板的头部遮挡，将A区集管分组开启，通过预调组和后续开启组的模式进一步稳定头部遮挡效果。当钢板头部进入冷却区时，预调组开启，后续开启组关闭，降低头部冷却强度，防止钢板头部过冷造成强度过高，即冷却曲线由图1中的曲线1变为图2中的曲线1’。当钢板头部通过A区后，一方面A区后续开启组开启；另一方面冷却辊道开启加速，同时增加BCD区冷却水量，其中BCD区水量的增加是为了补偿因辊道加速造成的钢板冷却区在冷却区域时间的缩短，冷却曲线对应着图2中的曲线2’。当钢板尾部即将进入冷却区域时，A区增加水量10-20%，以补偿因尾部进入冷却区域前的空冷间较长造成的钢板尾部冷却强度不足，即冷却曲线由图1中的曲线3变为图2中的曲线3’。本发明的具体实施例见实施例2。
下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明。
本发明的冷却工艺设备为全长24m的传送式冷却装置，包括钢板冷却输送辊道、钢板位置跟踪，钢板入出口高温计以及钢板冷却输送区域的控冷装置，钢板位置跟踪包括辊道速度位置编码器和冷却装置前后的热检装置用于修正钢板位置；包括A、B、C、D四个独立冷却区域，每个冷却区域均由上下各6组冷却集管组成，其中A区的上下各6组集管可分别单独开启或关闭，B、C、D区上下集管组由统一水阀开启或关闭。
实施例1：现有技术的中厚钢板生产的冷却工艺，包括如下步骤：
（1）控冷钢板规格18mm×3880mm×40000mm，入水前钢板温度800℃，目标返红温度400℃。
（2）冷却水量设定见表1，冷却辊速设定为1.4m/s，据此计算钢板完全通过冷却区的时间约为46s，头尾入水时间差约为28s，头尾入水温差约20~40℃。头部遮挡设定为2m，头部遮挡模式为A区6组集管均按比例调小50%。
（3）当冷却设备入口热检检测到钢板头部时，对钢板头部位置进行修正，之后冷却钢板位置信号根据冷却辊道速度位置编码器实现定位跟踪。钢板头部进入冷却设备前，冷却水阀提前开启并达到水量设定值。钢板头部进入A区时，头部遮挡功能激活，A区6组集管水阀根据钢板头部位置跟踪依次调小水量15%，水阀开度根据水阀标定值进行调整。
（4）根据头部遮挡长度3m计算遮挡时间为2s，即水阀调小2s后恢复至原设定开度。
但因水阀动作时间及响应曲线的影响，头部水量的波动较大，稳定性较差。冷却钢板头部遮挡区逐一通过A区各组集管后，A区各集管水量逐一调回原始设定值。
（5）冷却钢板以匀速全部通过冷却区域，控冷结束。
实施例2：本发明的中厚钢板生产的冷却工艺，包括如下步骤：
（1）控冷钢板规格18mm×3880mm×40000mm，入水前钢板温度800℃，目标返红温度400℃。
（2）首先对冷却工艺参数进行设计，见表1设定1，初始冷却辊速设定为1.2m/s，头部遮挡长度设定为3米，头部遮挡设定为4+2模式（A区预调集管为1、3、4、6），头部遮挡长度设定为6m，头尾钢板入水时间差目标值设定为25s，根据冷却辊速和冷却辊速加速度关系式(1)计算冷却辊速加速度为0.05m/s2，根据计算式(2)计算得v max =2.69m/s，钢板计算最大辊道速度超过冷却设备最大辊速。
重新对冷却工艺参数进行设计，见表1设定2，初始冷却辊速设定为1.4m/s，头部遮挡长度设定为3米，头部遮挡设定为4+2模式（A区预调集管为1、3、4、6），头部遮挡长度设定为6m，头尾钢板入水时间差目标值设定为26s，根据冷却辊速和冷却辊速加速度关系式(1)计算冷却辊速加速度为0.015m/s2，根据式(2)计算v max =1.92m/s，符合要求。同时设定尾部水量补偿长度为10m。
（3）当冷却设备入口热检检测到钢板头部时，对钢板头部位置进行修正，之后冷却钢板位置信号根据冷却辊道速度位置编码器实现定位跟踪。钢板头部进入冷却设备前，冷却水阀提前开启并达到水量设定值（除A区第2、5组集管外）。因钢板头部遮挡模式设定为4+2模式，A区第2、5组集管关闭。
（4）根据设定头部遮挡长度为6m，即钢板头部进入冷却区6m后A区第2、5组集管水阀打开至设定开度。同时，冷却辊道开启加速，加速度为0.018m/s2。
（5）冷却辊道开启加速后，冷却装置B、C、D区水量增加开启，水量增加量按照式(3)
进行计算，其中取补偿系数β=0.8，
=12%。
（6）冷却钢板尾部距离10m进入冷却区域后，A区开启尾部流量补偿，尾部水量增加12%~15%，即A区上下集管水量由70/80L/s增加至80/90L/s。
（7）冷却钢板全部通过冷却区域，控冷结束。
钢板冷却后的力学性能情况见表2。与实施例1对比，实施例2的头中尾性能均匀性有明显改善。
表1 冷却工艺设定
表2 钢板冷却后力学性能
Claims (8)
1.中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）控冷设备接收控冷钢板尺寸、入水温度、返红温度的工艺信息；
（2）设定冷却集管水量、初始冷却辊速、头部遮挡长度及模式、冷却辊速加速度、加速开启后集管水量增量设定、尾部水量补偿工艺参数；
（3）冷却钢板头部位置修正，钢板位置信号全程跟踪开启，开启头部遮挡，冷却区域水量调整到位；
（4）冷却钢板头部通过A区，头部遮挡结束，开启冷却辊道加速模式；
（5）冷却辊道加速开启后冷却装置B、C、D区水量增加；
（6）冷却钢板尾部进入冷却区域，开启尾部流量补偿；
（7）冷却钢板全部通过冷却区域，控冷结束。
2.根据权利要求1所述的中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于：所述步骤（2）中的工艺参数可以采用人工设定或自动设定的方式输入给冷却设备，其中初始冷却辊速和冷却辊速加速度的工艺参数设定值根据钢板头尾入水时间目标差值进行设定，其关系式为
式中，a为冷却辊速加速度，v0为初始冷却辊速，l为钢板长度，l0为头部遮挡长度；t为钢板头尾入水时间差，根据钢种CCT曲线的组织及性能情况确定t =20~35s。
3.根据权利要求1所述的中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于：所述步骤（3）中的头部遮挡采用头部冷却水量补偿，降低快冷段钢板头部冷却速率，A区6组独立冷却集管开启方式为m+n模式，其中m+n=6，钢板进入冷却装置前A区开启m组集管进行冷却，待钢板头部遮挡区通过A区后开启A区其他n组集管。
4.根据权利要求3所述的中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于：A区采用3+3模式首先开启的集管为1、4、6，或A区采用4+2模式首先开启的集管为1、3、4、6。
5.根据权利要求1所述的中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于：所述步骤（4）中的冷却辊道加速模式，根据钢板规格由***或人工确定冷却辊道加速度，其加速度与冷却钢板的初始速度累加作为钢板冷却辊道的当前速度，直至钢板尾部离开水冷区域；钢板冷却最大辊道速度即钢板尾部到冷却设备出口的速度可按下式计算：
式中，v max 表示钢板尾部出冷却设备速度，v 0 表示初始冷却辊速，a表示冷却辊速加速度，l表示钢板长度，l 0 表示头部遮挡长度，L表示冷却设备长度。
6.根据权利要求5所述的中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于：所述步骤（4）中的冷却辊道加速模式，钢板尾部出冷却设备速度优选值vmax=1.5~2.2m/s。
7.根据权利要求1所述的中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于：步骤（5）中的B、C、D区水量增加量按下式计算：
式中，β为补偿系数，取值范围0.5~0.9；v 0 表示初始冷却辊速，a表示冷却辊速加速度，l表示钢板长度，l 0 表示头部遮挡长度，L表示冷却设备长度。
8.根据权利要求1所述的中厚钢板生产的冷却工艺，其特征在于：步骤（6）中钢板尾部的A区水量补偿根据钢种的CCT曲线、目标组织及钢板尾部降温程度和时间确定，水量增量为10%~20%。
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| 马有辉: "邯钢3500宽厚板线轧后冷却***优化分析", 中国冶金, no. 10, 15 October 2018 (2018-10-15), pages 40 - 43 * |
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