热轧带钢层流冷却过程控制系统及应用

热轧带钢层流冷却的控制层流冷却是控制带钢卷取温度，提高热轧带钢性能的一种重要技术，已经在热轧带钢的生产中得到广泛应用。

热轧带钢冷却技术的发展分为两个方面，一方面是工艺技术的发展，主要体现在各种冷却装置和冷却工艺的进步；另一方面是控制技术的发展，主要体现在控制策略、控制系统的进步。

层流冷却的控制，必须根据生产工艺的要求，采用不同的冷却模式，满足不同产品的要求。

要求系统控制稳定、水耗量低，实现带钢冷却温度高精度控制。

层流冷却系统控制的基本原理主要是根据原始数据输入，计算带钢终轧温度、目标卷取温度，设定带钢冷却所需的空冷段长度和水冷段的长度。

根据实测值调节冷却集管的开闭数量，调节水量和控制冷却温度精度。

其中，通过分析研究，计算层流冷却水量调节与带钢温降是建立带钢冷却系统控制模型的关键环节。

近年来热轧带钢层流冷却系统普遍采用了冷却路径控制，可以实现前部快冷、后部快冷、稀疏冷却、间断式冷却等多种控制冷却模式。

为了加强对带钢相变过程的控制，可以在输出辊道的前部或者后部采用超快速冷却装置。

目前，该项技术已经应用于热轧带钢和中厚板的轧后快速冷却，如：Arcelor/Carlam，NKK/福山，TKS等热连轧机组，对于3~4mm厚度的钢板超快速冷却装置的冷却速度可以达到每秒400℃以上。

比利时科克利尔和日本的NKK通过应用超快速冷却技术，对热轧带钢轧后冷却过程进行精确控制，分别成功开发了700MPa级和800MPa级高强度汽车用热轧带钢，用于制造汽车车轮轮毂。

热轧带钢层流冷却系统有的采用边部遮蔽技术，以实现带钢横向温度分布的高均匀控制，这一技术对于高强钢的横向组织均匀性具有重要的意义。

此外，一种叫做“双调节段的温度前馈控制”的新方式近来引起注意。

以往国内大部分钢铁企业在层流冷却控制上采取的是温度前馈加温度反馈的控制方式。

为了提高控制精度，常规控制系统的设计中引入反馈控制，以弥补前馈控制的不足。

这种反馈补偿，就是在带钢段到达卷取区高温计处时，根据实际落到带钢上的水量来计算温度变化，利用测量的卷取温度和预报的卷取温度的差别确认和修正参数。

首钢1580热轧层流冷却区功能说明轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）目录1 层流冷却区概述 (4)2 层流冷却系统设计工艺技术参数 (7)3 层流冷却区域设备组成与技术参数 (9)3.1 层流冷却集管装置 (9)3.1.1 层流冷却集管装置的功能 (9)3.1.2 层流冷却集管装置的技术参数 (9)3.1.3 层流冷却集管装置的开闭控制 (11)3.1.4 层流冷却区域带钢微跟踪控制 (14)3.1.5 层流冷却区域出口温度反馈控制 (15)3.1.6 层流冷却区域精轧机抛钢后的冷却水前馈控制 (20)3.1.7 层流冷却集管装置的操作 (22)3.1.8 层流冷却集管装置的状态显示 (24)3.2 层流冷却侧喷装置 (25)3.2.1 层流冷却侧喷装置的功能 (25)3.2.2 层流冷却侧喷装置的技术参数 (25)3.2.3 层流冷却侧喷装置的开闭控制 (25)3.2.4 层流冷却侧喷装置的操作 (26)3.2.5 层流冷却侧喷装置的状态显示 (26)3.3 层流冷却压缩空气吹扫装置 (26)3.3.1 层流冷却压缩空气吹扫装置的功能 (26)3.3.2 层流冷却压缩空气吹扫装置的技术参数 (26)3.3.3 层流冷却压缩空气吹扫装置的开闭控制 (27)3.3.4 层流冷却压缩空气吹扫装置的操作 (27)3.3.5 层流冷却压缩空气吹扫装置的状态显示 (27)3.4 层流冷却上集管倾翻装置 (27)3.4.1 层流冷却上集管倾翻装置的功能 (27)3.4.2 层流冷却上集管倾翻装置的技术参数 (27)3.4.3 层流冷却上集管倾翻装置的控制 (27)3.4.4 层流冷却上集管倾翻装置的操作 (28)3.5 层流冷却边部遮蔽装置 (28)3.5.1 层流冷却边部遮蔽装置的功能 (28)3.5.2 层流冷却边部遮蔽装置的技术参数 (29)3.5.3 层流冷却边部遮蔽装置的控制 (29)3.5.4 层流冷却边部遮蔽装置的操作 (29)3.5.5 层流冷却边部遮蔽装置的状态显示 (29)3.6 热输入辊道冷却装置 (29)3.6.1 热输入辊道冷却装置的功能 (29)3.6.2 热输入辊道冷却装置的技术参数 (29)3.6.3 热输入辊道冷却装置的开闭控制 (30)3.6.4 热输入辊道冷却装置的操作 (30)3.7 层流冷却区域仿真功能 (30)3.8 层流冷却过程计算机控制 (30)3.8.1 层流冷却过程计算机控制功能 (30)3.8.2 层流冷却过程计算机控制设定参数 (31)3.8.3 层流冷却过程计算机控制投入方法 (31)3.8.4 层流冷却过程计算机控制的操作 (31)3.8.5 层流冷却过程计算机控制的状态显示 (31)1层流冷却区概述层流冷却设备安装在精轧机F7机架出口至1号地下卷取机之间，主要由层流冷却集管装置（包括层流冷却精冷上集管装置、层流冷却精冷下集管装置、层流冷却微冷上集管装置及层流冷却微冷下集管装置）、层流冷却侧喷装置、层流冷却压缩空气吹扫装置、层流冷却上集管倾翻装置、层流冷却边部遮蔽装置及热输入辊道冷却装置组成。

热轧带钢的层流冷却热轧带钢一部分是以钢卷状态提供给冷轧带钢的生产作为原料，其余则是以横切钢板或钢卷状态，提供给机械制造、建筑、造船工业、汽车制造业、压力容器、输油气管道、冷弯型钢等行业使用。

由于产品用途的差异，对热轧带钢机械性能的要求也不同。

带钢轧后冷却过程是调整产品性能的重要手段，其中卷取温度控制是影响成品带钢性能的关键工艺参数之一。

卷取温度控制的目的，就是通过层流冷却段长度的动态调节，将不同工况(温度、厚度、速度)的带钢从比较高的终轧温度迅速冷却到所要求的卷取温度，使带钢获得良好的组织性能和力学性能。

控制带钢最终的卷取温度和冷却过程中的降温速度是卷取温度控制的主要内容。

热轧带钢的实际卷取温度是否能控制在要求的范围内，主要取决于带钢冷却系统的控制精度。

当实际卷取温度超出要求的范围，钢卷的组织性能会变差，所以卷取温度控制系统必须能够满足多品种带来的多种冷却模式及控制要求的需要。

目前在生产中所采用的控制冷却方式主要有三种：气水混合冷却，幕状层流冷却和柱状层流冷却。

当控制冷却中使用的冷却介质为气水时为气水混合冷却。

当以水为冷却介质时依据其冲击钢板的流态方式不同，可分为两大类：一类是层流冷却，另一类是紊流冷却。

由于层流水冲击钢板后围绕冲击区形成层流扩展区，冷却水飞溅少，冷却能力高，与非层流冷却相比，可节省水30%。

所以，现代生产线上都采用层流控制冷却方式，层流又分为柱状层流和幕状层流。

柱状层流又分为直管式和U型管式两种。

一个喷头上可设一排、两排、四排或更多的喷嘴。

喷嘴数量的增加使柱状层流的冷却能力得到提高，也可改善钢板的冷却均匀程度。

实践证明，层流冷却的冷却效果比较好。

幕状层流冷却方式是从喷嘴喷出一种幕墙式水流，水流在钢板表面上形成一细条冲击区，冲击区前后为层流扩展区。

冷却介质与钢板间的热交换主要发生在冲击区和层流扩展区。

理论和实践都证明对于热轧带钢而言，层流冷却的效果最佳。

冷却水从集管中连续而稳定的流出，形成平滑、连贯的水流，呈层流状直接落到带钢表面，并在带钢表面也形成层流，流速稳定，控制简单，便于维护。

热轧层流冷却热轧层流冷却是一种常用的金属材料冷却技术，主要应用于热轧钢板的生产过程中。

它通过高速气流对热轧钢板进行冷却，以达到快速降温的目的，从而使钢板具备所需的力学性能和表面质量。

本文将从层流冷却的原理、优势以及应用方面进行探讨。

层流冷却是指气体在冷却过程中保持流动的状态，且气流流速均匀，呈现分层流动的状态。

层流冷却技术在热轧钢板生产中得到了广泛应用，其原理是通过高速气流与热轧钢板表面的热量交换，将钢板迅速冷却。

在这个过程中，气流要求具备一定的流速和流量，以确保钢板表面的温度快速下降。

同时，层流冷却还可以有效地控制钢板的冷却速度，避免产生不均匀的温度分布和应力集中现象，提高钢板的机械性能。

层流冷却相对于传统的冷却方法具有许多优势。

首先，由于层流冷却采用气体作为冷却介质，相比于水冷却可以避免钢板表面的氧化反应，从而减少了钢板表面的氧化层，提高了表面质量。

其次，层流冷却具备较高的冷却速度，可以迅速降低钢板的温度，减少晶粒长大和相变的时间，从而提高了钢板的强度和硬度。

此外，层流冷却还可以减少钢板的变形和残余应力，提高了钢板的平直度和形状精度。

因此，层流冷却技术在提高产品质量、降低生产成本方面具有显著的优势。

在实际应用中，层流冷却主要应用于热轧钢板的生产过程中。

热轧钢板是指通过高温轧制工艺将钢坯轧制成所需厚度的金属板材。

在热轧过程中，钢板需要经历高温轧制后的迅速冷却，以获得所需的力学性能和表面质量。

层流冷却技术在这个过程中起到了关键的作用。

层流冷却在热轧钢板生产中的应用主要分为两个阶段：初冷和终冷。

初冷阶段是在钢板经过初轧后，通过层流冷却设备进行快速冷却，以降低钢板的温度。

终冷阶段是在钢板经过中间轧制后，再次进行层流冷却，使钢板的温度进一步降低，并保持在适宜的范围内。

通过层流冷却的双重作用，可以使热轧钢板达到理想的力学性能和表面质量要求。

热轧层流冷却作为一种高效的钢板冷却技术，在热轧钢板生产中具有重要的应用价值。

沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用作者：唐国峰来源：《科学与财富》2019年第09期沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用唐国峰（沧州中铁装备制造材料有限公司轧钢厂 ; 河北沧州 ; 061113）摘要：主要介绍了沧州中铁1780配置的层流冷却系统，及其实践应用。

关键词：热轧卷取;层流冷却 CTC1.前言控制轧制和控制冷却是热轧钢材的主要生产工艺。

控轧控冷技术经过多年研究实践，已经在轧钢生产中得以成熟应用。

控轧控冷主要是在热轧板带材过程中通过对金属加热、变形、温度制度以及轧后冷却的合理控制，以此获得钢材的优异性能和良好板形。

尤其轧后冷却控制，对板带钢的组织性能和板形质量有很大的影响。

2.轧后冷却2.1冷却形式轧后控制冷却可以使用液体、气体或者两者的混合物。

目前最常用的冷却介质为水。

Zumbrunnen提出的冷却水流冲击平板时的换热区域划分为滞止区、核沸腾/ 过渡区、膜沸腾区、小液态聚集区和空冷辐射区。

[1]自20世纪60年代第一套轧后加速冷却系统应用以来，已经有很多冷却形式已被开发应用：层流冷却、水幕冷却、雾化冷却、压力喷射冷却、板湍流冷却等。

2.2层流冷却装置层冷冷却设备主要由上喷装置、下喷装置、侧喷装置、电磁气动阀控制系统以及高位水箱等组成。

中铁1780热连轧层流冷却装置布置在末架精轧机和卷取机之间长约100 m 的输出辊道上，上部冷却采用U 形管层流冷却装置;下部冷却为喷射集管。

分为精调段和微调段，见图1。

上部冷却系统中精调段有17组，每组4根集管，每根上部集管分布两排U形鹅颈管共计86个;微调段3组，每组8根集管，每根集管上分布一排U形鹅颈管共计43个。

下部冷却系统精调段4×3集管，微调段8×2集管，集管上分布直管喷咀，每根集管上喷咀数35/26个。

在第二组和第十九组的总管上安装流量计。

设计流量：上部总管284.8m3/h，下部总管343.2m3/h。

侧喷系统共21组，每组两个喷嘴，依次分布于两侧，水压1.2MPa。