南京鋼鐵聯(lián)合有限公司 徐 龍

層流冷卻系統(tǒng)改進(jìn)措施分析

南京鋼鐵聯(lián)合有限公司 徐 龍

在板材生產(chǎn)中，層流冷卻技術(shù)在保證產(chǎn)品工藝性能方面發(fā)揮著重要作用。其過程復(fù)雜，工況變化頻繁，無法用精確的數(shù)學(xué)模型來描述。由于層流冷卻受多種因素影響，只有不斷提升控制冷卻的技術(shù)，才會給企業(yè)帶來更多的效益，滿足企業(yè)對板材生產(chǎn)質(zhì)量的要求。層流冷卻技術(shù)包括層流冷卻設(shè)備工藝布置、層流冷卻區(qū)組成、熱傳導(dǎo)機(jī)制、控制模型、操作模式、層流冷卻控制策略及層流冷卻系統(tǒng)現(xiàn)狀等部分。在生產(chǎn)中應(yīng)確保層流冷卻設(shè)備的正常運行，不斷優(yōu)化層流冷卻控制模型的參數(shù)，以提高層流冷卻模型預(yù)報精度。層流冷卻技術(shù)在各企業(yè)的廣泛應(yīng)用有效地提升了產(chǎn)品質(zhì)量，以鋼板冷卻為例，層流冷卻對鋼板表面冷卻比較均勻，適用于板材的強(qiáng)冷卻過程。但是這種技術(shù)也存在不足之處，因此，對層流冷卻系統(tǒng)的進(jìn)行優(yōu)化是很有必要的。

一、層流冷卻系統(tǒng)

層流冷卻就是使低水頭的水通過水箱或者其他集水裝置，流過彎曲管后形成的一種漫流無旋的層流狀水體。這種水體干凈無雜質(zhì)。在軋機(jī)的軌道上方，冷卻水形成一層冷卻帶，并通過特定裝置在一定的高度往鋼板上平穩(wěn)均勻地灑落。這種灑落方式有效地擴(kuò)大了水體與板材的接觸面積，接觸的面積越大，對板材的冷卻效率就越高。對于層流冷卻系統(tǒng)的控制，必須根據(jù)企業(yè)對生產(chǎn)的需要，采用不同的冷卻方式進(jìn)行。一般層流冷卻系統(tǒng)的控制都是根據(jù)原始參數(shù)的擬定，計算板材的溫度，設(shè)定冷卻所需的長度。然后根據(jù)測量結(jié)果計算冷卻管的數(shù)量，對其進(jìn)行水量的調(diào)節(jié)，這樣的工藝流程一般比較復(fù)雜，其中最重要的就是水量調(diào)節(jié)和板材溫度計算。兩者對層流冷卻要求影響很大。要達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)中卷曲溫度的目的，在冷卻裝置上應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的檢測儀器，這些儀器可以提供所需要的數(shù)據(jù)。如，在供水管道上設(shè)置水溫和水壓的測量儀器，可以根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)控水位；加設(shè)保溫罩是為了保證精軋開軋溫度，如果這個溫度不保證，軋機(jī)軋制負(fù)荷將增大，會引起板子的終軋溫度降低，從而導(dǎo)致板子晶粒細(xì)小、硬度過高，對設(shè)備損害極大。層流冷卻是為了控制卷取溫度，通過層流冷卻系統(tǒng)，控制鋼板的冷卻速度，達(dá)到設(shè)定的卷取溫度，從而得到劇痛優(yōu)良組織和性能的產(chǎn)品。

二、影響層流冷卻系統(tǒng)的因素

1.冷卻水流的溫度。在軋機(jī)的上方，冷卻帶對水量的調(diào)控起著重大作用，冷卻水流量越大，換熱效率就越大。但是溫度對冷卻效率的影響很大，因此，必須在一定范圍內(nèi)調(diào)控水的溫度。

2.鋼板的運行速度。在板材生產(chǎn)中，軋機(jī)上的鋼板運行速度的快慢影響冷卻效果的好壞。實驗證明，板材在生產(chǎn)中運動速度越快，冷卻的效率越高。板材運動速度越快，水體流在板材表面產(chǎn)生的蒸汽膜就越薄透。在板材上產(chǎn)生的氣泡會隨蒸汽膜數(shù)量的減少而減少。不利于層流冷卻的效果。但是調(diào)控速度必須在可行范圍之內(nèi)，過快的速度也無法夠達(dá)到最優(yōu)效果。

3.側(cè)噴角度及壓力大小。調(diào)節(jié)側(cè)噴角度的大小，使水體噴灑在板材中間，不能噴灑在板材的邊部，否則會導(dǎo)致板材的邊部過冷瓢曲，給生產(chǎn)到來一定的負(fù)面影響。而側(cè)噴的壓力也是有一定的規(guī)定，不能超過極限范圍。側(cè)噴壓力越大，板材與水體的熱交換就越充沛，冷卻也越均勻。

4.水流雷諾系數(shù)的影響。測量集水箱內(nèi)流體的流量，就要了解一些物理參量的變化。如，流體分布，流體的狀態(tài)等。實驗表明，雷諾系數(shù)跟流速、集水箱管道直徑以及流體黏滯性有關(guān)系，雷諾系數(shù)越大，層流狀態(tài)越差，冷卻效率就越低。反之，雷諾系數(shù)越小，表明流體的狀態(tài)以及分布均勻，層流的狀態(tài)越好，冷卻效率就越高。

三、層流冷卻系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)措施

層流冷卻系統(tǒng)雖然冷卻能力強(qiáng)，噴水在板材上表面以及縱向冷卻均勻，但是冷卻距離較長，橫向冷還受集管距離影響，不能做到均勻冷卻。層流冷卻的水質(zhì)干凈無雜質(zhì)，對水的質(zhì)量要求很高。同時，系統(tǒng)設(shè)備比較龐大，不符合工業(yè)生產(chǎn)中簡單、易操縱的標(biāo)準(zhǔn)，且維修困難。板材的不均勻冷卻是導(dǎo)致板材質(zhì)量問題的主要原因。本文，筆者主要針對板材的橫向不均勻冷卻、厚度方向的不均勻冷卻等問題進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

（1）板材橫向冷卻不均勻問題改進(jìn)措施。板材橫向冷卻不均勻使得表面中部存水，造成板材中間的熱量不能及時散發(fā)，導(dǎo)致板材傳熱系數(shù)變低。板材兩邊的熱量散發(fā)過快，而中間的熱量散發(fā)較慢，板材的兩邊和中間的傳熱系數(shù)差距過大，從而導(dǎo)致板材變形。對于這類問題，在工藝上一般采取邊部遮蔽技術(shù)。采用該技術(shù)，兩側(cè)的噴水量可由板寬調(diào)節(jié)，遮蔽擋板可以防止水流直接噴在兩側(cè)，從而保證板材兩側(cè)和中間的傳熱系數(shù)處在同一水平，使板材橫向散熱均勻。

（2）板材厚度方向的冷卻不均勻問題改進(jìn)措施。對于該問題，一般采取自動調(diào)控上、下集中管水量的措施。這一措施不僅能夠保證控冷裝置的開關(guān)控制方式，還能對集水管的上、下表面進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，均勻地分配送水量，最終將溫度控制與板材的厚度協(xié)調(diào)起來。

（3）其他改進(jìn)措施。對層流冷卻系統(tǒng)中的液位進(jìn)行控制，可以得到穩(wěn)定的液位，這對保持集管流量的穩(wěn)定和上位機(jī)預(yù)設(shè)的精度都是非常重要的。對目標(biāo)卷取溫度進(jìn)行前饋和反饋控制，提高卷取溫度的控制精度，也是提高板材質(zhì)量的有效措施。

上述改進(jìn)措施已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了很好的控制效果，在提高層流冷卻系統(tǒng)工作效率的同時，給企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。