层流冷却系统流量标定与板形控制

层流冷却系统流量标定与板形控制

唐运章

(中厚板卷厂)

摘　要:讨论中厚板冷却系统流量标定问题,开发一种新型流量控制技术,通过标定调节阀在不同开口度下集管流量值,利用三次方方程回归出流量-调节阀开口度设定曲线;生产中根据流量开口度曲线进行水比的调整,提高冷却系统流量控制精度以及控冷后板形。

关键词:中厚板　层流冷却　流量标定　控冷板形

Flow Ca li bra ti on of Lam i n ar Cooli n g System and Prof ile Con trol

Tang Y unzhang

(W i de Pl a te/Co il Pl an t)

Abstract:The paper discusses fl ow calibrati on of la m inar cooling syste m.A ne w type of fl ow contr ol technique has been devel oped.The accuracy of fl ow contr ol and p r ofile after contr olled cooling can be i m p r oved by calibrating fl ow value of header p i pe that contr ol valve is at different opening,regressing fl ow with cube,setting curve with opening degree and adjusting water rate based on the curve in p r oducti on.

Keywords:heavy p late;lam inar cooling;fl ow calibrati on;contr olled cooling p r ofile

前言

中厚板卷厂控制冷却系统采用的冷却方式为集管层流冷却,产品大纲主要是船板、工程结构钢、锅炉板、熔器板、部分管线X42-X65。近年来,控轧控冷(T MCP工艺)技术广泛应用,开发出不同组织结构的高强钢;但是,由于冷却不均带来的板形问题,对产品的质量产生了一些负面影响。例如:X70级别以上管线、Q550D、Q609D级别以上结构钢等,在高速冷却速率下板形发生瓢曲,70%～80%产品需要下线后进行返矫,有10%的产品返矫也不能满足产品质量要求,只能降级处理,因此板形瓢曲已经成为利用T MCP技术进行高强钢开发的瓶颈。

本文以集管层流冷却方式为背景,根据现场测量数据,分析调节阀开口度与流量曲线特性,并针对冷却过程中引起的板形缺陷进行讨论,通过对冷却水开启方式、水比、冷却速度和矫直工艺等的调整,解决钢板在冷却后瓢曲问题。

1　层流冷却设备

层流冷却系统由水箱、水管、集管、吹扫装置组成(见图1),集管共有32组,其中1～10组为粗调区、11～20组为精调区、2～32组为微调区,每组分上、下两条管路,分别用来冷却钢板的上、下表面。每个集管上安装手动阀、电动流量调节阀和电磁开关阀。电动流量调节阀用于集管流量的控制,电磁开关阀用于集管冷却水的开关。

图1　层流冷却系统示意图

2　集管流量标定

层流冷却系统其根本目的是通过控制钢板的冷却速度和冷却程度,使钢板的板形和组织性能达到设计要求。冷却速度受到多个因素的影响,如:钢板的厚度、开冷温度、终冷温度、冷却水压、水温、流量等,而冷却水流量控制是层流冷却中最基本、最常用的手段。流量控制主要控制阀的开口度,由于管路结构和阀体本身的结构特征,相同的开口度流量并不一定相同,因此如何保证流量的准确性成为急需解决的问题。结合设备的特点,通过自主创新,开发了上、下集管流量标定方法,即上集管采用“接水法”,下集管采用“测量水柱高度法”。

2.1　上集管流量标定(接水法)

由于上集管采用“U”集管,每个集管有365个小管,通过测量每个小管流量来计算出集管的总流量,具体方法如下。

上集管流量标定法如图2所示,所需工具包括接水管1、圆形水箱2和秒表3。具体操作用接水管1接层流U型管1个小管的流量放入圆形水箱2内,接水开始用秒表3进行计时到结束接水。

具体计算方法如下:

Q=V/T×X=S×H/T×X=3.14×(D/2)2×H/T×X

式中:Q:上集管流量

V:

水箱中水的体积

图2　上集管流量标定示意图

2.2　下集管流量标定(测量水柱高度法)

下集管流量标定法如图3所示,所需工具为标尺1。具体操作把标尺1放在辊道2上,打开下集管3,从标尺1上读出水柱高度H,根据水柱高度与流量的关系,计算出流量。具体计算方法如下:

Q=S×V

V=2gH

S=π×(d/2)2×Y

式中:V:下集管冷却水的流速

g:水的质量9.8

H:下集管水柱高度

Q:下集管流量

S:下集管所有喷嘴的面积

d:下集管每个小集管的直径

Y:下集管小集管数量

3　集管流量控制

3.1　上集管流量控制

图3　下集管流量标定示意图

为了简化流量控制程序,方便操作,上集管流量固定分为50%和100%两挡,50%档流量为160m3/h,100%档流量为320m3/h。可根据设备结构和生产需要,设1挡或多挡,流量也可根据生产需要,通过标定进行修改。

3.2　下集管流量控制

在实际生产中,为保证钢板板形和组织性能,要对上、下集管的流量比进行控制,上集管流量固定的情况下,下集管流量以上集管为基准进行调整(水流量比=下集管流量/上集管流量)。如何根据流量设定值确定调节阀的开口度,通过标定出流量调节阀在不同开口度下流量值见表1,用三次方回归得到图4曲线,称为“流量-开口度设定曲线”,利用这一曲线求出所需流量值对应的开口度设定值。

表1　流量调节阀在不同开口度下流量值

调节阀开口度流量标定

值(m3/h)

调节阀

开口度

流量标定

值(m3/h)

调节阀

开口度

流量标定

值(m3/h)

40248.5052353.5564417.03 42265.3854363.6166429.87 44285.5256375.9168435.76 46303.9658388.7970445.42 48321.3460397.0772455.92 50337.8362408.

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图4　流量-开口度设定曲线

生产过程中根据“流量-开口度设定曲线”来调整下集管的流量,达到一个合理的上、下集管流量比。

4　影响板形的因素及板形控制

采用控轧控冷工艺生产的钢板,由于存在轧制过程的内应力、冷却过程中的热胀冷缩和相变都会对板形有影响,其中冷却过程中的热胀冷缩和相变作用最明显。

4.1　轧制过程内应力的影响

轧制板形是基础,轧制板形不好,要想得到好的成品板形难度非常大。轧制板形中浪或边浪造成冷却过程中冷却不均匀,导致热胀冷缩和相变也不均匀,如:轧辊末期生产管线钢,板形就会很差,钢板的不平度增加。可采取的措施:①降低终轧道次压下率、轧制速度等方法优化轧制规程;操作人员根据板形情况合理使用弯辊,板形双边浪适当增加弯辊,中浪减少弯辊,即采用“微中浪轧制技术”,由于钢板边部温度比中间温度低,中间过延伸可以弥补温度造成中间和边部的长度差。②根据生产计划和现场板形制定合理的换辊周期;根据支承辊吨位配制合理