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        國(guó)內(nèi)某鋼廠新增DQ和超快冷改造項(xiàng)目研究及應(yīng)用

        2021-12-24 11:07:48李敬民李文剛
        中國(guó)金屬通報(bào) 2021年19期
        關(guān)鍵詞:凸度水冷淬火

        李敬民,李文剛

        (五礦營(yíng)口中板有限責(zé)任公司,遼寧 營(yíng)口 115000)

        近年來(lái)鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速,各鋼廠不斷升級(jí)改造, “降本增效、技術(shù)升級(jí)、綠色發(fā)展、智能制造”逐漸成為了鋼鐵企業(yè)發(fā)展的代名詞[1]。控軋控冷技術(shù)是鋼鐵材料生產(chǎn)中的核心環(huán)節(jié),對(duì)鋼鐵材料組織性能能夠有效調(diào)控、改善鋼鐵材料強(qiáng)韌性匹配[2],從而提升鋼鐵材料的使用性能。東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的基于超快速冷卻設(shè)備已在首鋼、鞍鋼、南鋼、沙鋼、山鋼等大型鋼鐵企業(yè)成功推廣使用,覆蓋千萬(wàn)噸級(jí)以上產(chǎn)能。該產(chǎn)線的品種有大量的高強(qiáng)、高韌性品種,原有ACC裝置已不能滿足其生產(chǎn)需求,因此升級(jí)改造新增DQ和超快冷裝置及相應(yīng)配套的水系統(tǒng)。

        1 原ACC存在的問題

        原ACC系統(tǒng)自動(dòng)化控制精度差,冷卻溫度不均,飄曲率高,造成后續(xù)工序增加,成本增加;無(wú)法生產(chǎn)工藝精度高及高等級(jí)品種鋼等,制約著該產(chǎn)線的能力發(fā)揮。

        1.1 冷卻速度問題

        原ACC系統(tǒng)集管設(shè)計(jì)冷速小,無(wú)法滿足低溫大冷速要求的鋼種,更無(wú)在線淬火能力。

        1.2 冷卻瓢曲問題

        在冷卻過程中,管線鋼瓢曲問題尤為突出,瓢曲嚴(yán)重時(shí)不僅容易造成設(shè)備損壞,同時(shí)在多次矯直的過程中導(dǎo)致麻點(diǎn)等質(zhì)量問題。

        圖1 原ACC系統(tǒng)冷卻圖

        1.3 水冷不均問題

        鋼板出水后,不僅上表面溫度差較大,上下表也存在極大溫度差;在性能檢測(cè)時(shí),例如Q370qE上下表溫度超出50℃,性能差接近100MPa,常規(guī)品種S355J0即使上下表溫度趨于一致時(shí),上下表性能差達(dá)到40MPa,冷卻后的性能及其不穩(wěn)定,無(wú)法穩(wěn)定控制。

        2 新增ADCOS-PM工藝特點(diǎn)

        隨著產(chǎn)品的升級(jí),原有ACC冷卻裝置,在生產(chǎn)中問題日益突出,冷卻效率低、冷卻均勻性差,造成板型合格率低,性能不穩(wěn)定,為了彌補(bǔ)層流帶來(lái)的缺點(diǎn),超快冷在設(shè)計(jì)過程中采用具有一定壓力和速度的冷卻水流,以一定的角度沖擊高溫鋼板表面[3],在滯止流區(qū)域附近發(fā)生射流沖擊換熱,在壁面射流區(qū)域隨著冷卻水沿著鋼板表面流動(dòng),水流速度逐漸降低,水流溫度不斷提高,換熱方式由射流沖擊換熱逐步過渡到沸騰換熱過程。冷卻均勻性和冷卻效率大幅度提高??刂颇J街饕獮橥ㄟ^式、往復(fù)式兩種,能夠?qū)崿F(xiàn)0.15MPa和0.5MPa壓力可調(diào),具備UFC、DQ、ACC、IC等控制工藝,可根據(jù)生產(chǎn)需求靈活使用。

        圖2 ADCOS-PM軋后冷卻設(shè)備

        2.1 噴嘴優(yōu)化技術(shù)

        超快冷配備4組縫隙噴嘴和26組高密快冷噴嘴,采用部分集管傾斜式?jīng)_擊換熱技術(shù),使得沖擊換熱面積更大,換熱效率更高,冷卻均勻性更好,在大流量條件下更有利于實(shí)現(xiàn)UFC和DQ功能。原ACC系統(tǒng)噴嘴采用平面或弧面設(shè)計(jì),如無(wú)預(yù)矯直機(jī),鋼板板身浪型容易和下集管自水冷冷卻水接觸,產(chǎn)生局部過冷,影響產(chǎn)品最終板型合格率和成材率。

        2.2 自水冷保護(hù)技術(shù)

        為了保護(hù)超快冷本體設(shè)備避免受高溫鋼板烘烤產(chǎn)生變形,超快冷不投用時(shí)啟動(dòng)噴嘴自保護(hù)功能。超快冷裝備上框架底部安裝水冷隔熱板,內(nèi)部通恒壓常流水,上集管設(shè)自水冷供水管路和溢流管路,保持未激活集管通水冷卻,下噴嘴采取溢流水方式,對(duì)集管本體進(jìn)行冷卻;為應(yīng)對(duì)北方寒冷天氣時(shí),管路彎曲處裝有發(fā)熱裝置,無(wú)鋼板通過冷卻區(qū)時(shí),集管會(huì)每隔一段時(shí)間會(huì)進(jìn)行噴水。

        2.3 水凸度及邊部遮蔽控制技術(shù)

        在冷卻過程中,鋼板邊部容易產(chǎn)生過冷現(xiàn)象,造成鋼板邊浪、性能不均等產(chǎn)品缺陷,針對(duì)以上問題,對(duì)鋼板采用水凸度及邊部遮蔽控制,水凸度主要以高密噴嘴配置中腔及邊腔實(shí)現(xiàn),可以控制邊部水流密度,邊部遮蔽主要以絲杠傳動(dòng)方式進(jìn)行邊部遮擋控制。

        圖3 水凸度控制

        2.4 擋水封水技術(shù)

        冷卻區(qū)內(nèi)配置3組氣吹+5組中噴+10組側(cè)噴,可以靈活組合使用,鋼板冷卻后表面無(wú)殘留冷卻水;針對(duì)大流量時(shí),采用擋水輥控制技術(shù),材質(zhì)結(jié)構(gòu)等考慮耐高溫變形及腐蝕進(jìn)行設(shè)計(jì),安裝于A段移動(dòng)框架下端,防止冷卻過程中大量冷卻水在鋼板表面無(wú)序亂流,造成鋼板冷卻不均,減小鋼板冷卻過程中的變形。

        3 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

        超快冷控制系統(tǒng)包含L0傳動(dòng)及檢測(cè)儀表、L1基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、L2過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)和HMI系統(tǒng)??刂乒δ苡布到y(tǒng)依靠PLC硬件,結(jié)合控冷L2系統(tǒng)與軋機(jī)、矯直機(jī)的通訊共同完成。檢測(cè)儀表對(duì)在線信號(hào)進(jìn)行采集,并對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理用于模型計(jì)算。

        圖4 時(shí)序控制

        從5月份正式投入自動(dòng)生產(chǎn)后,經(jīng)過控冷系統(tǒng)對(duì)不同規(guī)格、不同鋼種、不同工藝的學(xué)習(xí)以及數(shù)據(jù)積累,±25℃自動(dòng)命中率穩(wěn)定在95.4%以上,橫向縱向控制在±30℃以內(nèi)。

        圖5 命中率統(tǒng)計(jì)

        4 品種開發(fā)

        通過超快冷控制冷卻技術(shù),低合金結(jié)構(gòu)鋼、船板(普通船板、高強(qiáng)船板)、管線鋼、容器板(普通容器板、高等級(jí)容器板)、高強(qiáng)度工程機(jī)械用鋼、建筑用鋼及橋梁用鋼等已達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)。

        4.1 橋梁鋼Q420qE、Q500qE應(yīng)用

        通過對(duì)齊魯黃河大橋鋼板Q420qE進(jìn)行冷卻工藝調(diào)試,厚度24mm~60mm,寬度1550mm~4190mm,最大單重20.784噸。鋼板先后采用500±30℃及480±30℃進(jìn)行調(diào)試,經(jīng)對(duì)軋制和水冷參數(shù)優(yōu)化,水冷均勻性和板形改善明顯,性能穩(wěn)定,達(dá)到供貨標(biāo)準(zhǔn)。

        4.2 管線鋼X70、X80應(yīng)用

        原ACC系統(tǒng)在生產(chǎn)管線鋼時(shí),水冷不均勻,性能不穩(wěn)定,板型難以控制,通過超快冷調(diào)試生產(chǎn),已達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài),其中難度較大寬厚比達(dá)到230的4600mmX70經(jīng)過幾次試軋調(diào)試,性能及板形滿足需求。

        圖6 X70冷后板形

        圖7 X70金相組織

        4.3 工程機(jī)械鋼Q550D、Q690D應(yīng)用

        工程機(jī)械用鋼及其他系列調(diào)質(zhì)鋼板采用在線淬火方式進(jìn)行生產(chǎn),可有效縮短熱處理流程,2019年10-12月共生產(chǎn)在線淬火鋼板9669噸,其中Q550D 3178噸,Q690D 6491噸。按原工藝路徑,鋼板拋丸(31元/噸)、熱處理淬火(197元/噸),改變?yōu)镈Q在線淬火(15元/噸)。噸鋼可節(jié)約成本=31+197-15=213元/噸。

        圖8 Q690D冷后板型

        圖9 Q690D 1/4金相組織

        5 結(jié)論

        面對(duì)鋼鐵企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、去產(chǎn)能、綠色發(fā)展的挑戰(zhàn),東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于超快冷技術(shù)的新一代TMCP技術(shù)充分發(fā)揮了細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、析出強(qiáng)化的綜合作用,實(shí)現(xiàn)低合金系列、高強(qiáng)船板、橋梁鋼、高級(jí)別管線鋼、建筑用鋼、工程機(jī)械鋼等高品質(zhì)鋼種穩(wěn)定生產(chǎn)。熱軋板帶鋼超快冷技術(shù)在不斷提升品質(zhì)、擴(kuò)品種、創(chuàng)品牌、新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用、降本增效等方面取得明顯進(jìn)步,增加了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,向數(shù)字化、信息化、智能化鋼鐵企業(yè)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

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