1前言

我國(guó)自２０世紀(jì)７０年代開(kāi)始應(yīng)用熱軋帶鋼控制冷卻技術(shù)以來(lái)，層流冷卻裝置以其處理產(chǎn)品品種多、流量調(diào)節(jié)范圍寬、無(wú)流態(tài)破碎、冷卻均勻、冷卻水回收率高、設(shè)備維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，成為熱軋帶鋼軋后冷卻的必選設(shè)備。目前，我國(guó)熱軋帶鋼生產(chǎn)線的建設(shè)高潮已經(jīng)過(guò)去，熱軋帶鋼產(chǎn)品供過(guò)于求，為滿足生產(chǎn)更高品質(zhì)和附加值產(chǎn)品的要求，部分企業(yè)對(duì)其生產(chǎn)線上的層流冷卻裝置提出了改造需求。改造分兩個(gè)方面，一是控制冷卻技術(shù)的改進(jìn)，即控制策略、控制模型的改進(jìn)；二是工藝設(shè)備的改進(jìn)。本文將著重探討層流冷卻裝置在工藝設(shè)備方面的改造思路及設(shè)想。

２我國(guó)層流冷卻裝置的現(xiàn)狀及特點(diǎn)

２０世紀(jì)７０年代末，武鋼１７００ｍｍ熱連軋機(jī)組引進(jìn)了柱狀層流冷卻技術(shù)，之后我國(guó)建設(shè)的常規(guī)熱連軋和薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線大多采用了層流冷卻裝置作為帶鋼的軋后冷卻手段。

常規(guī)層流冷卻ＬＣ（ＬａｍｉｎａｒＣｏｏｌｉｎｇ）裝置，僅由粗調(diào)和精調(diào)冷卻段構(gòu)成，每組冷卻段的水量相等；每組精調(diào)段上集管的數(shù)量是粗調(diào)段的２倍，而每根集管水量是粗調(diào)段的１／２，以此提高精調(diào)段的冷卻精度，如圖１所示。常規(guī)層流冷卻裝置可滿足大部分鋼種的生產(chǎn)需求，但相對(duì)較小的冷卻速率和較少的冷卻策略，給開(kāi)發(fā)厚規(guī)格管線鋼（如Ｘ８０等）和部分高強(qiáng)鋼種（如ＤＰ、ＭＰ、ＭＳ等）帶來(lái)了較大難度。

２００５年以后，我國(guó)新建的部分熱軋帶鋼生產(chǎn)線采用了加強(qiáng)型層流冷卻ＩＬＣ（ＩｎｔｅｎｓｉｖｅＬａｍｉ－ｎａｒＣｏｏｌｉｎｇ）工藝或超快冷ＵＦＣ（ＵｌｔｒａＦａｓｔＣｏｏｌｉｎｇ）工藝，配合ＬＣ構(gòu)成新型的帶鋼冷卻裝置，如寶鋼１８８０ｍｍ生產(chǎn)線采用了ＬＣ＋ＩＬＣ的模式（見(jiàn)圖２），馬鋼ＣＳＰ生產(chǎn)線采用了ＵＦＣ＋ＬＣ的模式，本鋼２３００ｍｍ生產(chǎn)線采用了ＬＣ＋ＵＦＣ的模式（見(jiàn)圖３）。

帶鋼在冷卻時(shí)，因邊部冷卻較快，容易形成“邊浪”，為此，西馬克公司開(kāi)發(fā)了邊部遮擋裝置，通過(guò)遮擋帶鋼邊部的冷卻水，使帶鋼橫向冷卻更均勻。該裝置已在馬鋼ＣＳＰ生產(chǎn)線、京唐２２５０ｍｍ生產(chǎn)線得到應(yīng)用。

由于建設(shè)時(shí)期、投資等多方面因素限制，我國(guó)熱軋帶鋼生產(chǎn)線的層流冷卻裝置工藝技術(shù)水平參差不齊，既有處于國(guó)際頂尖水平的寶鋼１８８０ｍｍ、本鋼２３００ｍｍ生產(chǎn)線，也有眾多國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)線。各廠的管理模式及管理水平不同，也影響了層流冷卻裝置的使用效果。

３層流冷卻裝置現(xiàn)存的問(wèn)題及其改造思路

下面對(duì)層流冷卻裝置改造的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改造思路。３．１冷卻速率小，冷卻策略少，難以開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品

高級(jí)別管線鋼、ＤＰ鋼、ＭＰ鋼、ＭＳ鋼等均有不同的冷卻工藝要求，如生產(chǎn)ＤＰ鋼、ＭＰ鋼采用快冷＋層冷＋快冷的模式，生產(chǎn)超細(xì)晶鋼、超低碳貝氏體鋼、ＭＳ鋼采用快冷＋層冷的模式，生產(chǎn)硅鋼、超低碳深沖鋼采用層冷＋快冷的模式。而ＬＣ裝置僅能提供前段冷卻、后段冷卻和連續(xù)冷卻等幾種簡(jiǎn)單模式，冷卻速率小且冷卻策略少，難以批量生產(chǎn)上述產(chǎn)品。為此，層流裝置改造可采用ＩＬＣ或ＵＦＣ工藝與原有ＬＣ相配合的方式。（１）采用ＩＬＣ工藝

采用ＩＬＣ工藝，可將原ＬＣ部分冷卻段改造為加強(qiáng)型冷卻段。具體方案：冷卻段長(zhǎng)度不變，增加上下集管數(shù)量或?qū)⒓芗哟帧⒃黾蛹苌希招喂芑驀姽芘艛?shù)（如集管４根改為８根或Ｕ形管排數(shù)由２排改為４排），如圖４所示。在流量控制上，如增加集管，則應(yīng)增加相應(yīng)控制閥并實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制；如增加Ｕ形管或噴管排數(shù)，則需設(shè)流量控制。２００８年，寶鋼對(duì)其２０５０ｍｍ生產(chǎn)線層流冷卻裝置進(jìn)行了改造，增加了２?！叮＠鋮s段上下集管，以滿足生產(chǎn)厚規(guī)格Ｘ８０管線鋼的需求。

該改造方案的優(yōu)點(diǎn)是可以利用原有部分設(shè)備，新增集水管或Ｕ形管等型號(hào)與原有設(shè)備一致，減少了備件；水壓與原層冷水壓相等，通過(guò)單獨(dú)開(kāi)閉或流量控制，仍保留了原ＬＣ功能，電控系統(tǒng)及模型改動(dòng)小。其缺點(diǎn)是用水量增大后，對(duì)原有傾翻裝置、層流管道、水箱及供水系統(tǒng)均需重新評(píng)估改造。（２）采用ＵＦＣ工藝

采用ＵＦＣ工藝，是在原層流冷卻裝置前后（前、后或前后同時(shí)），增加與ＬＣ裝置完全不同的另外一套冷卻系統(tǒng)，采用密集型噴嘴，高壓（０．３～０．４ＭＰａ）、大流量的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)帶鋼最大冷卻速率達(dá)到１８５℃／ｓ（以冷卻段長(zhǎng)度為１２ｍ，水量為１１５００ｍ３／ｈ，帶鋼厚度為６ｍｍ，帶鋼速度為４．２ｍ／ｓ為例）。目前我國(guó)新建的熱軋帶鋼生產(chǎn)線中，本鋼２３００ｍｍ生產(chǎn)線采用了ＬＣ＋ＵＦＣ工藝，馬鋼ＣＳＰ生產(chǎn)線采用了ＵＦＣ＋ＬＣ工藝，均使用的是西馬克技術(shù)；２００６年，包鋼ＣＳＰ廠與東北大學(xué)合作，在已有的層流和卷取設(shè)備間，安裝了一套超快冷裝置，已開(kāi)發(fā)出５９０ＭＰａ級(jí)Ｃ－Ｍｎ低成本熱軋雙相鋼。

該改造方案的優(yōu)點(diǎn)是冷卻速率非常大，而且在設(shè)備間距允許時(shí)，無(wú)需改動(dòng)原層流冷卻系統(tǒng)。但ＵＦＣ裝置需新設(shè)供水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，投資大，且無(wú)法作為層流冷卻裝置投入使用。實(shí)踐證明，ＩＬＣ和ＵＦＣ兩種工藝，均能有效應(yīng)用于層流裝置改造，但兩種工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品定位及實(shí)際條件充分論證。

３．２峰值供水量不足

上述改造方案均會(huì)使帶鋼冷卻用水總量相應(yīng)增大。如采用ＵＦＣ工藝，必須額外設(shè)置供水系統(tǒng)以配合原有的層流供水系統(tǒng)；如采用ＩＬＣ工藝，則需對(duì)原有層流冷卻系統(tǒng)的供水能力進(jìn)行核實(shí)后，依照實(shí)際情況來(lái)確定供水系統(tǒng)的改造內(nèi)容。

改造時(shí)，如采用ＩＬＣ工藝，限于現(xiàn)場(chǎng)條件，有時(shí)對(duì)層流泵站難以進(jìn)行擴(kuò)容。對(duì)于這種情況，可考慮增加外部水塔，采用水塔供水＋機(jī)旁水箱／主水管的結(jié)構(gòu)形式。水塔起蓄水＋調(diào)節(jié)的作用，機(jī)旁水箱／主水管起穩(wěn)定壓力的作用，這種設(shè)計(jì)，能夠以較小的泵站供水能力獲得短時(shí)間內(nèi)的大流量，原有的層流供水系統(tǒng)可以少擴(kuò)容甚至不擴(kuò)容。但室外水塔需注意冬季結(jié)冰問(wèn)題。

３．３帶鋼橫向冷卻不均勻

帶鋼冷卻時(shí)自身寬度方向存在溫度梯度，層流冷卻水增加帶鋼冷卻速率的同時(shí)加重了寬度方向的冷卻不均勻程度，造成寬度方向組織和力學(xué)性能不均，甚至影響帶鋼板形。

為減少帶鋼橫向溫差，我國(guó)部分新建生產(chǎn)線采用了邊部遮擋裝置，取得了一定效果。但改造項(xiàng)目不宜采用此方式，因需增加相應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)，投資較大且設(shè)備維修量大。可考慮通過(guò)合理調(diào)整噴管間距布置，適當(dāng)加大邊部噴管間距，使集管橫向流量具有中凸形水量分布，在寬度方向獲得更均勻的組織結(jié)構(gòu)。

另外，層流冷卻裝置改造后，集管內(nèi)冷卻水流動(dòng)速度會(huì)產(chǎn)生變化，如集管為單側(cè)進(jìn)水形式，應(yīng)根據(jù)流速的不同重新調(diào)整集管傾角，以保證噴水的均勻性。

３．４其余常見(jiàn)問(wèn)題

層流冷卻裝置在使用過(guò)程中，除上述問(wèn)題外，還可能出現(xiàn)噴管堵塞、設(shè)備銹蝕、側(cè)噴效果不好、閥門響應(yīng)速度慢等問(wèn)題，改造時(shí)只需采用加裝過(guò)