热轧带钢轧后控制冷却技术的发展及比较

摘要：本文对国内外热轧带钢轧后控制冷却技术从20世纪20年代到现在的发展做了介绍，同时对不同控制冷却方式进行了比较。

关键词：热轧带钢，控制冷却，喷水冷却，层流冷却，水幕冷却，超快速冷却UFC。

控制轧制和控制冷却技术已发展成为现代轧钢技术的一项重要工艺。近年来，随着市场对热轧带钢的需求量增大，对钢材的质量要求也越来越高，不仅要求有很好的表面质量，对钢材的组织力学性能更是提出了更高的要求。热轧带钢卷取温度的控制是整个热轧生产成品的最后一个环节，为了获得所需要的微观组织形态和力学性能， 要求实现快速有效的轧后冷却， 使得钢材冷却过程中的温度控制要求更严格。轧后冷却是控制热轧带钢最终机械性能和板形质量的一个关键环节，这已成为全世界业内研究人员的共识。控制冷却技术是从对控制冷却工艺及有关理论的系统研究、控制冷却系统、控制冷却装置三方面逐步发展起来的。

1.国内外轧后控制冷却的发展

90年代，欧美各国也相继在现有设备改造、新技术的引进、全面生产跟踪、管理系统自动化等诸多方面做了大量的工作。苏联伊里奇-日丹诺夫1700mm热带钢轧机层流冷却装置，采用了一种新型的“管套管”喷嘴，内管输送压缩空气，外管送水，形成细雾化的水汽混合物喷柱，实现了在线水-空冷却。在供水量不变的条件下，解决了厚度5-10mm带钢冷却不足问题。日本钢厂针对冷却设备存在的问题再次进行改造，使卷取温度的精度大幅度提高。截止1994年，对于厚度2.4mm，卷取温度550℃的普碳钢，99%的热轧带钢卷取温度可控制在士20℃以内。日本水岛厂热带钢轧机冷却设备进行了一系列改造，流量控制阀采用了响应时间仅为0.5秒，使用寿命超过75万次后仍不漏水的活塞阀，设计出I/D=28（过去为20）的新喷嘴，确定喷嘴最佳安装高度，从而提高了冷却能力，提高了冷却精度，尽管末架精轧机出口温度有波动，卷取温度仍控制在10℃目标范围内。为了保证带钢宽度方向冷却均匀，日本还设计出冷却水流量为凸型，使带钢沿宽度方向能均匀冷却。为了特殊考虑边部的低温区，有的厂采用边部遮挡，减少边部水量，以保证边部和中间温度一致。

由于神经网络等方法在轧制过程中的应用，使预报精度和控制水平大幅度提高。目前，美国、德国、日本、英国、法国、意大利、加拿大和前苏联等国家都通过研究、改造轧后冷却方式及设备，成功生产出高寒地区油气管道用板、双相钢板、造船板、桥梁板和压力容器板等。

90年代，重钢五厂、邯钢、柳钢、新余钢厂等均配备了水幕冷却装置，但后期都未能正常投入生产；随后几年，酒钢的气雾冷却、济钢的水幕冷却以及鞍钢的高密集管层流冷却等应用成功。

目前，我国热轧带钢生产线轧后冷却主要采用层流冷却、超快速冷却UFC、水幕冷却、高压喷嘴冷却、喷射强化冷却等冷却方式。

2.控制冷却中的先进技术

自60年代第一套层流冷却系统应用于热轧带钢生产以来，在各国科技工作者的共同努力下，使轧后控制冷却技术得到迅速发展。一是工艺技术的发展，体现在冷却工艺和层流冷却装置的进步；二是控制技术的发展，体现在控制模型、控制策略的进步。出现的先进的技术包括：

2.1.在普通层流冷却的基础上增加了加强型层流冷却段ILC，Intensive Laminar Cooling或超快速冷却装置UFC，Ultra Fast Cooling，使冷却速度提高了5～10倍，满足了不同钢种的生产、开发要求，特别是多相钢、超强钢、超细晶粒钢等冷却需求，获得了很好的细晶强化和析出强化效果。

2.2.较先进的层流冷却装置采用细化精调段，可以实现单独控制一排鹅颈管，使热轧带钢卷曲温度控制在土2℃。

2.3新型层流冷却装置采用水塔供水加机旁高位水箱的结构方式，稳定了喷嘴处压力，达到了提高冷却效率和冷却效果的目的。水塔供水可以达到节能的目的，因为用供水能力较小的水泵就可以获得短期的大水量。根据冷却水最大耗水量和水泵供水能力的差值可确定水塔容积，在层流冷却控制阀门频繁开闭和供水系统压力波动的情况下可以采用机旁高位水箱来稳定喷嘴压力。

3.控制冷却方式及比较

轧后控制冷却技术从上世纪20年展至今，出现的各种冷却方式主要有压力喷射冷却、层流冷却、水幕冷却、雾化冷却、板湍流冷却、水-气喷雾法快速冷却、喷淋冷却、超快速冷却UFC、风冷、空冷、缓冷或堆冷等，各种冷却方式都有其优缺点，可根据具体工艺选择采用哪种冷却方式。

4.结语

实验证明，层流冷却系统对于热轧带钢控制冷却效果比较好。目前，所建的热连轧带钢生产线，绝大部分采用层流冷却方式进行带钢冷却。当前我国钢铁企业虽然具有先进的装备轧机，却生产的是落后轧制产品，究其原因就是没有采用先进的工艺和制定先进的标准，为了能够逐步和国际标准接轨，生产高强度的钢材产品，就要使具有先进工艺手段的轧机生产出更经济的产品。而生产出国际上通用的英标同样强度的钢材，可以有两条路，一是微合金化；二是控制冷却。但是微合金化方式与控制冷却方式相比不仅成本高，而且还造成资源消耗，所以微合金化与我们低成本高质量方针是不适应的。因此控制冷却才是最佳途径，同时与国际钢材生产标准相吻合。因此钢材的控制冷却必将在我国钢铁企业中成为一种趋势，以适应国际市场的形势。

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