軋后冷卻控制技術(shù)

軋后冷卻過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的傳熱過(guò)程，數(shù)學(xué)模型只是在一定的假設(shè)條件下對(duì)冷卻過(guò)程的近似描述，必然存在著誤差。此外，冷卻過(guò)程中生產(chǎn)工況比如冷卻水流狀態(tài)、水溫、水位和環(huán)境溫度等參數(shù)的不斷變化以及測(cè)量設(shè)備的誤差等，都會(huì)對(duì)冷卻過(guò)程的溫度控制精度造成影響。

采用反饋控制和自學(xué)習(xí)是減小冷卻過(guò)程中實(shí)測(cè)值與預(yù)報(bào)值之間偏差有效手段。前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制，只能對(duì)指定的擾動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償控制，反饋控制則可消除前饋控制模型計(jì)算誤差和其他擾動(dòng)量所產(chǎn)生的影響。自學(xué)習(xí)則根據(jù)實(shí)測(cè)值與預(yù)報(bào)值之間的偏差，修正數(shù)學(xué)模型中的熱流密度等相關(guān)參數(shù)，以提高溫度控制精度。

目前在乳后冷卻過(guò)程中普遍采用基于控制器的反饋控制算法，PID控制是比例積分微分控制的簡(jiǎn)稱(chēng)，其控制原理。其控制原理如圖。

軋后冷卻會(huì)影響軋材的性能和外形，有時(shí)也會(huì)影響軋機(jī)的產(chǎn)量。軋后冷卻按冷卻強(qiáng)度的不同可分為自然冷卻、強(qiáng)制冷卻和緩慢冷卻。按冷卻方式不同又可分為空冷、堆冷、風(fēng)冷、水冷、噴霧冷、坑冷、爐冷等。不同的鋼材根據(jù)其鋼種、性能要求分別采用一種冷卻方式或混合使用兩種以上的冷卻方式。

軋后冷卻自然冷卻

空冷： 把熱軋后的鋼材散放在大氣中自然冷卻?？绽湟话阍趯?zhuān)門(mén)的冷床上進(jìn)行。冷床形式很多，有步進(jìn)式、圓盤(pán)輥式、跳齒式、擺齒式、斜輥式、往復(fù)撥爪式、鏈?zhǔn)降?。軋材在冷床上邊冷卻邊往前移動(dòng)，并要求盡量減少?gòu)澢蛙埐囊蚺c冷床面問(wèn)相對(duì)摩擦而產(chǎn)生的劃痕。軋材的終冷溫度(下冷床溫度)應(yīng)小于200℃，以防止軋材在掛吊、堆放中發(fā)生彎曲或在冷后直接矯直時(shí)因矯直溫度過(guò)高而影響矯直質(zhì)量。軋材在冷床上的冷卻速度與軋材尺寸、軋材在冷床上排列疏密程度以及氣候條件等有關(guān)。熱軋帶材、線材以成卷狀態(tài)在空氣中冷卻，雖也是空冷，但其冷卻速度緩慢，尤其鋼卷心部的冷卻速度僅相當(dāng)于一般軋材堆冷的冷卻速度。空冷是最常用的一種冷卻方式。在有足夠的冷床面積并對(duì)鋼材性能無(wú)特殊要求時(shí)和對(duì)在空冷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋和不形成馬氏體、半馬氏體的鋼材均可使用。

堆冷 ：鋼材在冷床上停留不長(zhǎng)時(shí)間后，及時(shí)堆集起來(lái)在空氣中自然冷卻。由于減少了鋼材與空氣的接觸面積而減緩了軋材的冷卻速度。拆堆時(shí)堆中心溫度不應(yīng)大于200℃。堆冷適用于對(duì)白點(diǎn)和應(yīng)力敏感的鋼坯、鋼材。

軋后冷卻強(qiáng)制冷卻

比自然冷卻速度快的冷卻，亦稱(chēng)加速冷卻。有用鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)冷卻、水霧冷卻、氣水混合冷卻、各種水冷卻等多種方式。加速冷卻最早用來(lái)縮短冷卻時(shí)間以減少冷床面積。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始加速冷卻不僅用于提高冷床生產(chǎn)能力，還用于：

(1)細(xì)化亞共析鋼的晶粒，提高材料的綜合性能；

(2)減輕以至消除亞共析鋼、過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀組織；

(3)利用軋后的高溫和被加工的晶粒組織取代調(diào)質(zhì)鋼材的淬火工序或淬火自回火工序，以節(jié)省能源和提高材料性能；

(4)取代一些鋼材進(jìn)一步加工前的熱處理工序，如取代鋼絲拉拔前的鉛浴淬火(見(jiàn)索氏體化處理)等；

(5)利用急冷去除或減少軋材表面氧化鐵皮，提高軋材表面質(zhì)量和提高金屬收得率，減少二次加工前的酸洗時(shí)間和酸耗量。不同品種、鋼種的軋材軋后加速冷卻如鋼坯冷卻、線材冷卻、線材控制冷卻、型鋼控制冷卻、鋼板控制冷卻和管材控制冷卻等的目的和冷卻方法均不相同。

軋后冷卻緩慢冷卻

比自然冷卻速度慢的冷卻，簡(jiǎn)稱(chēng)緩冷。緩冷的目的在于：

(1)防止某些鋼材(如合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼)產(chǎn)生白點(diǎn)；

(2)避免某些應(yīng)力敏感性強(qiáng)的鋼材(如高速工具鋼、馬氏體不銹鋼等)空冷時(shí)因熱應(yīng)力與組織應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋； (3)避免空冷時(shí)鋼材(如彈簧鋼)表面出現(xiàn)馬氏體及表面硬度超標(biāo)準(zhǔn)。

緩冷依其冷卻方式分為坑(箱)冷和爐冷兩種：

(1)坑(箱)冷: 在沒(méi)有加熱設(shè)備的緩冷坑(箱)中冷卻。緩冷坑是在廠房?jī)?nèi)挖一地坑，緩冷箱是用鋼板制成的箱子?？?箱)內(nèi)裝填干燥的沙子，需緩冷的鋼材或鋼坯切斷后放入坑(箱)內(nèi)并蓋上干燥的沙子。緩冷坑(箱)是用傳熱能力很差的沙子把鋼材和空氣隔開(kāi)，以軋zha降低冷卻速度。這種方法成本低，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作條件差。

(2) 爐冷 :在帶加熱燒嘴的緩冷坑或保溫爐中進(jìn)行緩冷。由于有可控的外熱源(燒嘴)，鋼材的冷卻速度可以控制，比用緩冷坑(箱)冷卻均勻，勞動(dòng)條件也好，但成本較高。只用于對(duì)軋材冷卻有嚴(yán)格要求的情況。

本要求緩冷但緩冷后要進(jìn)行熱處理的鋼材，可在熱軋切斷后，直接“紅裝”熱處理爐進(jìn)行熱處理，免去緩冷作業(yè)。

軋后冷卻控制是根據(jù)工藝要求對(duì)帶鋼的卷取溫度、中間溫度超快冷出口溫度、冷卻速度以及冷卻路徑進(jìn)行控制，其控制精度直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。然而，乳后冷卻過(guò)程又是一個(gè)復(fù)雜的傳熱過(guò)程，既包括福射傳熱、對(duì)流傳熱、帶鋼和熱輸出棍道的接觸傳熱，還有在冷卻過(guò)程中因發(fā)生相變而產(chǎn)生的相變潛熱；其中水冷對(duì)流換熱還與帶材的材質(zhì)、終乳溫度、厚度、速度、冷卻水的水量、水壓、水溫及水流運(yùn)動(dòng)形態(tài)以及冷卻裝置的設(shè)備工況等多種因素有關(guān)。

《一種基于超快冷技術(shù)的軋后冷卻系統(tǒng)》涉及中厚板軋后冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于超快冷技術(shù)的軋后冷卻系統(tǒng)。