李敬民，李文剛

（五礦營口中板有限責(zé)任公司，遼寧 營口 115000）

近年來鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，各鋼廠不斷升級改造， “降本增效、技術(shù)升級、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)，對鋼鐵材料組織性能能夠有效調(diào)控、改善鋼鐵材料強韌性匹配[2]，從而提升鋼鐵材料的使用性能。東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室開發(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，覆蓋千萬噸級以上產(chǎn)能。該產(chǎn)線的品種有大量的高強、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；無法生產(chǎn)工藝精度高及高等級品種鋼等，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)計冷速小，無法滿足低溫大冷速要求的鋼種，更無在線淬火能力。

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)重時不僅容易造成設(shè)備損壞，同時在多次矯直的過程中導(dǎo)致麻點等質(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；在性能檢測時，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，上下表性能差達(dá)到40MPa，冷卻后的性能及其不穩(wěn)定，無法穩(wěn)定控制。

2 新增ADCOS-PM工藝特點

隨著產(chǎn)品的升級，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，為了彌補層流帶來的缺點，超快冷在設(shè)計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，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。控制模式主要為通過式、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現(xiàn)UFC和DQ功能。原ACC系統(tǒng)噴嘴采用平面或弧面設(shè)計，如無預(yù)矯直機，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 自水冷保護技術(shù)

為了保護超快冷本體設(shè)備避免受高溫鋼板烘烤產(chǎn)生變形，超快冷不投用時啟動噴嘴自保護功能。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，對集管本體進(jìn)行冷卻；為應(yīng)對北方寒冷天氣時，管路彎曲處裝有發(fā)熱裝置，無鋼板通過冷卻區(qū)時，集管會每隔一段時間會進(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，針對以上問題，對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現(xiàn)，可以控制邊部水流密度，邊部遮蔽主要以絲杠傳動方式進(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，鋼板冷卻后表面無殘留冷卻水;針對大流量時，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，安裝于A段移動框架下端，防止冷卻過程中大量冷卻水在鋼板表面無序亂流，造成鋼板冷卻不均，減小鋼板冷卻過程中的變形。

3 自動化控制系統(tǒng)

超快冷控制系統(tǒng)包含L0傳動及檢測儀表、L1基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)、L2過程自動化控制系統(tǒng)和HMI系統(tǒng)。控制功能硬件系統(tǒng)依靠PLC硬件，結(jié)合控冷L2系統(tǒng)與軋機、矯直機的通訊共同完成。檢測儀表對在線信號進(jìn)行采集，并對模擬輸入信號進(jìn)行濾波處理用于模型計算。

圖4 時序控制

從5月份正式投入自動生產(chǎn)后，經(jīng)過控冷系統(tǒng)對不同規(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

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、高強船板）、管線鋼、容器板（普通容器板、高等級容器板）、高強度工程機械用鋼、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，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 工程機械鋼Q550D、Q690D應(yīng)用

工程機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)及連軋自動化國家重點實驗室基于超快冷技術(shù)的新一代TMCP技術(shù)充分發(fā)揮了細(xì)晶強化、相變強化、析出強化的綜合作用，實現(xiàn)低合金系列、高強船板、橋梁鋼、高級別管線鋼、建筑用鋼、工程機械鋼等高品質(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，增加了市場競爭力，向數(shù)字化、信息化、智能化鋼鐵企業(yè)邁出了堅實的一步。