中厚板冷却均匀性控制的研究及应用.pdf

tes应用探讨应用探讨应用探讨342023年第2 期南钢科技与管理中厚板冷却均匀性控制的研究及应用李堂（科技质量部）摘要：文章主要阐述中厚板轧后加速冷却过程中，钢板长度方向上的温度分布不均的原因，并结合现场实际生产管线钢情况,给定相应解决措施。以国内某钢厂中厚板轧后冷却装置为研究对象，探究了冷却均匀性的影响因素，提出了相应的改善措施，并在现场进行了应用。结果表明，通过改善冷却喷嘴形式、提升基础自动化控制精度、优化冷却工艺模型，可以有效地提高中厚板的冷却均匀性，减少板材变形，提高产品质量和工厂效益。研究为中厚板冷却均匀性控制及应用提供了可行的技术手段和实践经验。关键词：管线钢轧后加速冷却温度均匀性中厚板冷冷却均匀性主改善措施应用效果Research and Application of Cooling Uniformity Control for Medium and Thick PlaLI Tang(Sci-tech and Quality Department)Abstract:This paper mainly explains the reasons of uneven temperature distribution in the length direction of steel plateduring the accelerated cooling process after rolling of medium and thick plates.Combining with the actual production ofpipeline steel on site,corresponding solutions are proposed.Taking the cooling device after rolling from a domestic steelenterprise as the research object,the influencing factors of cooling uniformity were explored,corresponding improvementmeasures were proposed,and applications were conducted on site.The results show that the cooling uniformity of medi-um-thick plates can be effectively improved by upgrading cooling nozzle type,improving basic automatic control accura-cy and optimizing the cooling process model.Therefore,the deformation of plates can be reduced and product qualityand factory profits can be also raised.This study provides feasible technical means and practical experience for the con-trol and application of cooling uniformity of medium-thick plates.Keywords:Pipeline Steel,Accelerated Cooling after Rolling,Temperature Uniformity,Medium-thick plates,CoolingUniformity,Improvement Measures,Application Effects前言钢铁行业作为我国基础产业，对于基础建设、社会发展、兴邦兴国起关键性作用。钢铁行业作为重要的中游行业，上承铁矿石原料冶炼、加工；下接机械加工、房地产、基建、汽车、船舶制造等行业。钢铁的用处十分广泛,用量需求庞大。随着钢铁市场的不断发展和科技的进步，下游客户对成材的要求越来越高。随着控制轧制和控制冷却TMCP1-2技术的发展，中厚板轧后冷却过程中冷却温度向低温区发展，冷却速率不断提高。由冷却不均带来的残余应力及板形不良，严重影响产品的质量和使用性能 3 。本文主要通过分析国内某中厚板厂管线钢生产环节中，产生钢板纵向温度不均的原因，给出相应的解决方案。1超快冷（ADCOS-PM）均匀冷却机理轧后超快速冷却装置作为钢铁产线的重要组成部分，已经为国内多条热轧、中厚板产线的管线钢、Q420系、Q550系、Q690系等多种高级别钢种提供在35南钢科技与管理2023年第2 期线冷却技术方案。超快冷（ADCOS-PM）是一种高效的钢材在线冷却技术，基于温度梯度控制、冷却速率控制、换热效率控制等控制手段，可以通过快速冷却使钢板获得更优良的机械性能和更高的硬度值。其主要原理是通过控制钢材表面温度的温降速率，获得强化后钢材内部组织结构,以达到均匀冷却的目的。与传统的层流冷却不同，超快冷技术以倾斜射流冷却作为技术核心，在新一代TMCP技术的支持下，可大幅提升钢板的换热效率，提升钢板的冷却强度和设备的冷却能力。通过超快冷（ADCOS-PM）均匀冷却技术，可获得板表各向温度平均、钢板内部各部分组织均匀统一的冷后板材 3 2超快冷（ADCOS-PM）均匀冷却设备设计国内某中厚板厂升级改造轧后冷却装置，超快冷（ADCOS-PM)均匀冷却升级改造设备主要包括：改造超快冷第3、4组缝隙喷嘴为高密喷嘴，减少缝隙喷嘴因冷却强度过大而造成的温度均匀性差异。ADCOS-PM装备的集管喷嘴为该装备的核心部件，本套设备由缝隙喷嘴、高密度快冷喷嘴组成。喷嘴全部采用斜喷式。其中高密快冷喷嘴的单位冷却强度低于缝隙喷嘴，高密喷嘴位于缝隙喷嘴后，为延续钢板降温，并保证钢板拥有高质量单位温降梯度。冷却水经高密快冷喷嘴喷后形成密集的水柱，均匀的喷射在该喷嘴区域内。图1 为高密快冷喷嘴模拟出水情况。VECTORN3TP-APR72007SUB-100252:15TIHE-.010977NOUE-10294MAX-40.591902180427.06113:5322+55131:57.136.08145140.591图1高密快冷喷嘴模拟出水情况改造A区尾部集管后的护板，B区4-5 集管间的护板，8-9集管之间的护板为中喷。中喷采用双排喷嘴，解决原有喷嘴因钢板表面因点状急冷造成的氧化铁皮剥落问题。图2 为改造后的中喷形式。B区两个中喷A区中喷B区中喷形式图2改造后的中喷示意图改造后实现了边腔水凸度单独控制，完成了冷却管路的改造，原有高密喷嘴的边腔与中腔通过一个阀组进行控制，有效解决钢板边部过冷，提升整板冷却均匀性。3基础自动化系统ADCOS-PM采用“设备-工艺-自动化控制”成熟的整体控制方案，有效提升钢板冷后整体均匀性。轧机抛钢后普遍存在头尾温度偏低，钢板边部温度偏低的情况，经轧后冷却，会将头尾、边部，与心部温差放大。由于钢板从头到尾顺序进人冷却区域，板身上各点进入冷却区域时温度不同，这些因素都将造成钢板长度方向上的冷却不均匀。针对钢板头部和尾部低温段，ADCOS-PM控制系统提供了基于冷却基础自动化微跟踪的头尾低温遮蔽功能。根据钢板纵向温度点采集，依据基础冶362023年第2 期南钢科技与管理金工艺模型结合1.5 D温度场计算模型，按照实际钢板长度进行温度段划分，系统模型将根据过冷温度段的长度及低温区与高温区的差值进行补偿修正计算。图3 为头尾特殊控制示意图。图3头尾特殊遮蔽控制从控冷区入口开始对钢板实施分段微跟踪控制及微加速度控制，保证整板纵向均匀性。即把钢板从头部到尾部进行分段，对水印及温度波动对应的区段依据测温仪测定的温度分布信号及冷热检跟踪信号采取开闭集管或调节集管水量的措施，根据目标温度偏差进行模型计算，控制变量为冷却水的水量或集管开启组数，然后对各段实施前馈控制，以消除钢板长度方向的温度波动，使对应的终冷温度和其它部分一致。图4为钢板长度方向微跟踪示意图。激活冷却区2钢板样木点m2钢板运行位置图4钢板长度方向微跟踪示意图微跟踪为通过结合现场热检及基础自动化计算速度、加速度，得到钢板实时位置，从而确定钢板在轧线上的位置及热损失，实现微加速度控制钢板纵向均匀性，减少温度“头高尾低”。而对于头部尾部的低温段，在微跟踪的条件下，配合速度特殊设定来实现。图5 为辊道速度特殊控制示意图。A、轧后抛钢过程PlateB、钢板头部低温区速度特殊控制MillC、钢板冷却过程中微加速控制D、钢板尾部低温区速度特殊控制UFCE、冷后速度趋势Q6000000000000000060160410080006000808080000钢板运行速度钢板头部位置ABCDE图5辊道速度特殊控制4基于超快冷（ADCOS-PM）均匀冷却改善措施及应用效果冷却模型控制软件方面进行完善，通过新增一级和二级通讯接口、HMI界面功能丰富优化、中喷控制、边腔水流量精细化调节等功能，保证各返红温度段流量控制精度。图6 为冷却智能化操作平台新增372023年第2 期南钢科技与管理功能示意图。L2水比修正确认上边腔系数确认下边腔系数确认上边腔流盈一设定系数30.00L2水比修正照+0.00%下边腔统统设定系数30.003/4组上边腔流量系游25.00工2 加理度修正确认3/4组下边腔流系数30.00手动/半自动水比光设定确认工加连度修正盟+0.000水上比纯设值27图6冷却智能化操作平台新增功能示意图使用自主研发的RAL新控冷系统，系统采用KeyTime模型,以时间和冷速作为关键模型参数,通过VSG和DNN模型相结合方式，强化自学习能力，大大提高厚板冷却温度命中率。根据该中厚板厂的现有状况，定制了新老系统并行的优化策略，通过原二级带动新二级，加快模型的自学习精度和效率。图7 为冷却智能化控冷流程示意图。返红温度检测手段精细化，返红温度的检测方法由现在的单点检测升级为线检测，并对整板面钢温进行检测，计算其平均温度做为钢板返红温度。解决因板面氧化铁皮不同状态对温度检测准确性的影响。通过对氧化铁皮的识别，确定其位置，通过滤波方式消除氧化铁皮波动KyGDNN计规数据库L1执行图7冷却智能化控冷流程示意图通过改善冷却喷嘴形式、提升基础自动化控制精度、优化冷却工艺模型等多个方法，提升钢板表面冷却均匀性，使中厚板厂生产的管线钢板表面冷却均匀性得到明显改善。图8 为2 8 mm厚Q550D高强度结构用钢，整板温度均匀性良好，整板最高温度为493，最低温度为47 0，最高温度与最低温度温差为2 3。平均返红温度为48 6，Q550D高强度结构用钢整板纵向平均温度均匀性在1 6 之间波动。图8Q550D纵向温度曲线5结论(1)研究结果表明,利用头尾低温段遮蔽功能、微跟踪,加速度,冷却智能化测温，有效滤波功能，冷却二级VSG+DNN高效自学习，流量精确控制等控制手段，实现了管线钢整板温度的均匀控制。（2)本研究对于提高中厚板的质量和性能具有重要的意义。在机械、汽车、船舶等行业中，中厚板的应用广泛,而其性能和质量的优劣往往直接影响着整个产品的质量和安全性。通过本研究，可以为中厚板的生产和应用提供科学的依据和技术支持，有助于提高产品的竞争力和市场占有率。因此，中厚板冷却均匀性研究的结果和应用建议对于促进工业发展具有重要意义，值得进一步发扬和借鉴。参考文献：1王国栋.新一代控制轧制和控制冷却技术与创新的热轧过程J.东北大学学报（自然科学版），2 0 0 9,3 0(07):913-922.2王国栋.新一代TMCP的实践和工业应用举例J.上海金属,2 0 0 8(0 3):1-4.3王丙兴,田勇,袁国,王昭东,王国栋.改善中厚板轧后超快冷均匀性的措施及其应用 J.钢铁,2 0 1 2,47(0 6：5 1-5 4.