2700mm中板控冷设备系统改造的研制与开发

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zengyuzhuo
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  摘 要本文介绍了某中板厂控冷设备改造的设计研制,重点介绍了对直集管冷却集箱的分组改造。该设备由上下24组高密直集管组成,具有冷却能力强、冷却均匀,且设备结构较之其他冷却形式维护维修简单等特点。利用该控冷设备,进行控制冷却,达到了预期性能指标。
  关键词 控冷设备 高密直集管
  
  
  ABSTRACTDesign and research of accelerated cooling equipment innovation in a plate mill plant is introduced. Grouping innovation of high density straight pipe cooling water box is especially presented. The equipment is composed of 24 suits top and bottom high density straight pipe cooling water box, which has strong and uniform cooling capability. The simple structure and easy maintenance are the characteristics of the device too. The accelerated cooling equipment is used, processing control cooling, the expected results have been achieved.
   KEY WORDSaccelerated cooling equipment high density straight pipe
  中图分类号:G267 文献标识码:A 文章编号:
  
  1 前言
  2003年3月,某中板厂根据当时的钢铁市场状况,为了开发生产高性能、高附加值品种板,提高产品质量、降低生产成本,提高市场竞争力,在精轧机后矫直机前的运输辊道上新建了一条高密直集管形式控制冷却系统。但基于当时的公司具体情况,没有给该套控冷设备设计安装自动化控制系统,但保持预留,仅上了一套简易控制系统。
  随着钢铁行业的迅猛发展,市场竞争日益激烈,对钢板的性能及品种要求愈来愈高,2006年,该公司决定对该套控冷设备进行技术改造。具体改造内容:控制冷却设备改造系统由控冷机械设备和控冷自动化系统两部分组成,营口流体负责设计研制控制冷却设备,东北大学负责设计研制控冷自动化系统,并进行钢种开发。
  2 设备选型
  钢铁企业的管理层和技术人员愈来愈深知采用控冷设备的重要性。控冷设备也被称为加速控制冷却设备(ACC)。所谓加速冷却,是将热轧后的钢板或钢带立即进行水冷,通过控制相变组织来提供力学性能的技术【1】。近十年来,由控制轧制和控制冷却所组合的TMCP工艺正在将钢材的生产技术推向一个新的高度。现在世界各国较先进的钢铁企业几乎都已经采用这一重要工艺,实现这一工艺,离不开加速冷却设备。
  控冷设备的形式有许多种,当前国内外的形式应用最多的是U型管、直集管、水幕等,每种设计形式,都有实效。如果设计不合适,无论哪种形式,都达不到预期效果。该设备设计是关键,制造是保证,设计和制造都有很多诀窍,两者不容忽视【2】。营口流体设备(集团)有限公司根据该公司的实际情况,从经济性和有效性出发,经过多次设计,多方论证,最终决定本次改造采用高密直集管形式。
  3 设计依据
  设计依据一: 控冷設备设计基本工艺参数:
  冷却开始温度:950-800℃
  冷却终了温度:650-600℃
  冷却速度:2-50℃/S
  冷却区长度:23.5m
  辊径:φ350mm
  辊 身 长:2800mm
  辊距:1000mm
  辊面标高:+800mm
  辊道运行速度:0~2.45~4.9m/s
  设计依据二:产品大纲:
  
  
  东北大学用改造后的控制冷却系统,负责开发四个典型钢种X65,X70,E36,E40的TMCP工艺。
  4 控制冷却设备系统改造
  4.1控冷设备改造前问题
  4.1.1控冷设备震动大
   改造前的控冷设备:在开闭阀门时整个装置震动大,噪声大。即在过钢时,开启一定组数阀门瞬间即开启一定组数上下冷却集箱时震动大噪声大;另外,上下冷却集箱关闭瞬间时震动大。经过仔细观察研究发现了问题所在:在设备安装时没有完全按照图纸制造,将可曲挠橡胶接头取消,改为无缝钢管硬连接,才导致以上现象发生。
  4.1.2侧喷效果不理想
  在设计该控冷设备侧喷系统时,由于控冷区域空间紧张,故没有单独设计自成体系的侧喷系统,而是接入工厂的来水管道。由于来水压力不足,只有0.3~0.5MPa,在过钢时侧喷水效果十分不理想,不能完全吹扫掉钢板上的积水。
  4.1.3手动操作不方便
   在设计该控冷设备系统时,由于当时投资资金所限,控制阀组中调节阀采用手动调节来实现;控制系统也只设计了简易控制系统。所以操作起来不方便,也影响生产效率,增加了工人的劳动强度。
  4.1.4控制冷却钢种受限
   该控冷设备冷却能力偏小,冷却集箱只有一种,冷却流量调节范围窄,对冷却钢种及钢种开发起到了制约作用。
  4.2控冷系统改造新增设备
  改造后控冷设备工艺布置如下:
  
  
  改造后控制冷却机械设备仍布置在精轧机后19m处,即以第8辊为基准,第9辊和第10辊中间开始布置第一组直集管冷却集箱。每组间距1米,依次顺延,沿轧制中心线仍布置24组直集管冷却集箱。
  4.2.1新增可曲挠橡胶接头
  将控冷设备水配管装置进行改制:新增24个DN200可曲挠橡胶接头、16个DN150可曲挠橡胶接头、8个DN250可曲挠橡胶接头。48个不同规格的可曲挠橡胶接头,按对应规格通经与阀组相连接,从根本上解决了震动问题,保证了该控冷设备的精度,延长了该设备的使用寿命。
  4.2.2新增5组侧喷装置
  在ACC冷却区内设置高压水侧喷装置,打破钢板表面的蒸汽膜,将积累的冷却水吹掉,置换新水,提高控制冷却水的冷却能力,以及通过不同集管组数和侧喷组合,实现不同的冷却工艺需求。该侧喷水装置主要由侧喷水泵、对夹蝶阀、止回阀、气动三通半球阀、手动球阀、气动蝶阀、可调向喷嘴、金属软管、管路、管夹、可曲扰橡胶接头、压力表及管件等组成。流量:90 m3/h ;压力:1.0MPa。新设计为5组侧喷装置。由于控冷区域空间有限,在相邻控冷区域室外,增加侧喷泵(一工一备)、控制阀组等,使侧喷系统从供水主管取水,自成循环系统,从根本上解决了水量水压问题,保证了控制冷却自动化系统及钢种开发的顺利实施。
  4.2.3控冷区域分为快速冷却区、主冷却区、精调冷却区三段
  针对原控冷系统的流量分析,根据控冷工艺及开发钢种需要,将控冷区域分为快速冷却区、主冷却区、精调冷却区三段。沿轧制方向依次布置为快速冷却区8组、主冷却区12组、精调冷却区4组。将原控冷系统的上下冷却集箱保留12组,作为改造后控冷系统的主冷却区。经过原冷却系统的数据采集,以及在营口流体控冷试验台的反复试验研制,该改造方案设计为快速冷却区8组,相应上集管喷嘴数为110个,喷嘴直径为13mm,下集管喷嘴数为130个,喷嘴直径为16mm;主冷却区12组,相应上集管喷嘴数为91个,喷嘴直径为12mm,下集管喷嘴数为105个,喷嘴直径为15mm;精调冷却区4组,相应上集管喷嘴数为91个,喷嘴直径为8mm,下集管喷嘴数为105个,喷嘴直径为12mm。快速冷却区为大水量加速冷却,故对应阀组及来水管通径加大,冷却集箱的喷嘴数量增加,喷嘴口径加大,与分流集水管对应的水系统配管等进行了相应的改造设计。由于在原设计的主冷区的基础上,新设计了快冷区,提高了对钢板的冷却能力。同时又设计了精冷区,使流量调节范围更宽。
  
  
  上高密直集管装置(快冷8主冷12精冷4)——数量共24组;每组集管冷却宽度2700mm,单个集管冷却区域2712×470mm,集管其出口至辊面高度约为1.4m。由箱体、节流管、节流板、4排导流管及喷嘴等组成。装置本身借助气动控制阀具有自水冷功能;导流管和喷嘴由不锈钢制作并且可拆卸,喷嘴为机加工制作而成,其它部分均由普碳钢焊接加工制成。通过稳流装置和喷嘴排布的合理设计,实现了钢板横向冷却均匀性。
  下高密喷管装置(快冷8主冷12精冷4)——数量共24组;每组喷管装置冷却宽度2700mm,单个集管冷却区域2700×500mm,由箱体、节流板、5排喷嘴等组成。下喷管喷嘴由不锈钢管经机加工而成并且可拆卸,其他均由普碳钢焊接加工制成。5排喷嘴按规律交叉布置,以提高钢板横向冷却的均匀性。
  4.2.4新增辊道盖板及挡水板
  为了保证下部冷却集箱的安装精度,实现钢板的均匀性冷却,也为了保护下冷却集管喷嘴不被钢板叩头撞坏,另外也起到对钢板的支撑作用,新增辊道盖板一套。同时为防止冷却水进入轴承和溅入辊道电机等,新增挡水板装置一套。
  4.2.5新增一台水泵(由东北大学设计)
  经过工艺核算,为满足高级别厚钢板的冷却速率要求,最大瞬时水量须大于7200 m3/h,泵供水能力大于4000 m3/h。原水箱供水泵的供水量为2500 m3/h,能力偏小,需增加一个供水量为1500 m3/h的水泵备用。
  4.2.6新增控制阀组
  新增控制阀组DN250控制阀组(快速开闭阀、电动流量调节阀、手动蝶阀)8套、DN200电动流量调节阀24套、DN150电动调节阀16套。
  为实现流量在线调节,此次改造增加了电动流量调节阀。原设计阀组中流量调节阀为手动调节,在生产中极其不方便,也使得每组集管的流量调节受到限制。此次改造,高密直集管冷却装置设计为快冷区集管、主冷区集管、精冷区集管的分组,这样可以达到三个流量段。而且通过各组自身电动流量调节阀的调节,也可以使每组有一个流量调节范围。根据工艺需要,进行搭配组合。
  5 高密直集管设备特点
  经过十几年研究和实践,我们总结出具有适合中厚板冷却的高密直集管形式,该结构形式具有以下特点:
  5.1采用特殊的稳流装置, 设备性能显著改善。
  上部冷却集管和下部冷却集管均采用特殊的稳流装置,保证箱体内喷嘴处各点压力均衡,出水量相等,实现钢板横向冷却均匀。上部冷却集管和下部冷却集管均设有排污冲洗管路,方便清除冷却集管内沉积物;上部冷却集管和下部冷却集管均具有自水冷功能,防止上、下冷却集管在控冷泵站停止供水期間或ACC设备不使用时被热钢板烤变形。
  下图是高密直集管上下冷却集箱及三种下冷却集管通水测试情形,可清楚反映直集管对钢板横向冷却均匀性。
  
  
  以下是集管喷嘴口径的比较:
  
  
  5.2冷却流量调节范围宽
  高密度集管装置有快冷区集管、主冷区集管、精冷区集管的分组,通过搭配组合,冷却流量调节范围宽。这一点与国外设计也不相同。通过这样的设计使ACC设备集管流量调节范围更宽。更为冷却工艺品种开发留有更多的流量选择余地。
  5.3关键阀门配置经济适用
  快速开闭阀采用气动隔膜阀,成本低。电动流量调节阀选用角行程电动执行器,完全满足集管流量调节的需要。
  5.4独特的辊道盖板
  在轧制过程中叩头钢板对下高密喷管装置的撞击是造成该装置损坏的主要原因,我们把辊道盖板设计成与下高密喷管装置分离,叩头钢板只能撞击到盖板上,盖板是固定在辊道架上的。这样就保护了下高密喷管装置。
  5.5设备使用易于维护和检修
  辊道换辊检修方便,全部冷却区内的辊装配可以在不拆卸任何冷却集管的情况下实现吊车直接移出,极大地方便了检修工作,这一点在国内外同类宽厚板ACC冷却设备中(同时具有边部遮蔽功能)起到了示范效应,极大地方便了用户。
  直集管及其箱体均采用机加制造而成,所以水流落点精确度高,水流垂直又稳定;箱式结构的集管更便于运输、安装、检修,不易损坏集管。
  横跨轧线上方的结构框架设计为可拆卸通水冷却式,解决了由于过钢时高温辐射、烘烤产生的变形和换辊的不便;管路阀组之间加入可曲扰橡胶接头几乎完全消除了管路震动现象。维修点检工作人员依靠通水走台和结构框架上的通道可随时对设备进行点检和巡视。
  上部冷却集管和下部冷却集管均采用可更换式喷嘴,堵塞时便于检修维护;
  6 验收指标
  冷却钢板厚度范围:6~50mm
  控制冷却钢板宽度范围:1500~2500mm
  控制冷却钢板最大长度:4000~26000mm
  钢板开冷温度:800℃~950℃
  钢板终冷温度:≤650℃高强船板,≤600℃管线钢
  轧后冷却后快速冷却状态下,厚度20mm以下钢板不平度不大于25/1000(mm/mm),厚度20mm以上钢板不平度不大于15/1000(mm/mm)。
  冷却后同板温度差≤20℃(视终轧钢板温度均匀);目标温度差±20℃。
  7 结论
   该中板有限公司控冷设备系统改造的成功研制与开发,达到了预期的使用效果和性能验收指标。通过控冷区域分为三段的设计,使控冷能力分区设计成为首创,增大了水量调节范围,控冷设备能力大大加强,为钢种开发的控冷工艺技术措施实施提供了保证,使多钢种开发成为可能,真正达到经控制冷却后钢板的性能得到改善和提高,保证了预期性能指标的实现。
  
   参考文献
  [1]蔡晓辉等.中厚板加速冷却的控制策略.见:2002中国钢铁年会论文集.冶金工业出版社,2002:226
  [2]朱国荣.中厚板轧机控冷设备的开发和应用.见:2002中国钢铁年会论文集.冶金工业出版社,2002:176
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