热轧高强钢冷却板形控制技术的应用

针对热轧高强钢的板形缺陷问题,分析了轧制板形、冷却出口浪形以及成品实物浪形之间的关系。利用热成像仪,测量了层冷区域带钢的冷却温降、层冷集管两侧的流量偏差,确定了层流冷却不均问题是成品浪形产生的原因。实验研究表明,通过优化层冷集管流量分布的均匀性、调整侧喷水嘴的角度、优化侧喷吹扫效果、更改层冷上下水比,可以提高层冷区域带钢冷却的均匀性,改善热轧高强钢冷却过程中产生的板形质量缺陷,能够满足使用要求。     

连退水雾冷却系统带钢翘度控制模型的研究

针对连退水雾冷却过程中由于带钢两侧温度不均匀导致的带钢翘度缺陷，在分析水雾冷却系统设备特性的基础之上，建立了双侧喷梁作用下带钢的离散模型。以带钢宽度为基准确定了有效喷嘴数量，并计算了带钢横向的翘度相对值。通过翘度与开度之间的关系和喷嘴在带钢上的有效覆盖范围计算了每排喷梁的实际开度调整值，并在此基础上考虑带钢两侧开度值的分配，给出了带钢两侧每个喷嘴的开度设定公式。进一步考虑了开度值超出喷嘴调节能力的情况，采用上游喷嘴进行补偿调控的方法，并给出了上游喷嘴开度补偿计算公式和喷嘴开度值设定公式。以生产现场的成品带钢翘度横向分布要求为基础，给出了带钢翘度横向分布目标函数，并作为对带钢翘度合格与否的判断标准。将本模型应用到生产现场，有效地提升了带钢翘度合格率，实现了机组的稳定生产，具有进一步推广应用的价值。     

二次冷轧过程乳化液流量密度横向分布模型

针对二次冷轧过程带钢表面乳化液流量密度横向分布不均匀导致带钢板形与表面乳化液斑迹缺陷的问题,充分考虑到二次冷轧机组直喷系统的设备与工艺特点,在研究了喷嘴的喷射特性与安装工艺参数对乳化液流量密度横向分布影响的基础上,建立了一套适合于二次冷轧过程的乳化液流量密度横向分布模型,定量分析了喷嘴喷射角度、喷嘴倾斜角度、喷嘴侧倾角度、喷嘴喷射高度以及喷嘴间距对乳化液流量密度横向分布均匀性的影响。并将其应用到某1220二次冷轧机组的生产实践,取得了良好的使用效果,提高了带钢表面乳化液流量密度横向分布均匀性,有效降低了带钢板形与表面乳化液斑迹缺陷的发生率。     

热轧带钢层冷起套问题的原因分析与改进措施

为了解决热轧带钢头部在层冷辊道上起套，即拱起堆积的问题，基于某1 580 mm半连续式热轧带钢生产线，根据头部起套带钢表现形态并结合受力分析，明确了带钢起套的影响因素及形成原因，并提出了针对性控制措施。结果表明：带钢起套是由于带钢向前运行时层冷水的阻力过大且带钢与层冷辊道间静摩擦力动力过小而导致，成品带钢厚度越薄、宽度越窄、卷取温度越低、存在中间浪形、层流水流量越大，越容易发生起套现象。为此，提出了控制层冷水流量、增加层冷水对层冷辊道的冷却功能、调整层冷辊道标高、薄规格带钢头部进行不冷却处理、控制带钢板形等改进措施，应用于生产后，带钢在层冷辊道上起套的问题得到了有效控制。     

热轧带钢超快速层流冷却装置的开发与应用

针对热轧带钢传统层流冷却技术存在冷却速率低、板形控制差的缺点,开发了一种新型超快速层流冷却装置。本文介绍了新装置的工艺布置、设备组成、主要功能和冷却控制方案。其在冷却区增加了1～2个采用高密度集管的强冷段,使3mm厚度钢板的平均冷却速率达170℃/s。上集管的中凸型流量分布及下集管的流量均可调节,从而实现带钢的均匀冷却。新装置可提供多种的冷却策略,工艺适应性强,可满足多品种热轧带钢的生产需要。     

冷轧平整机吹扫系统的优化

针对某冷轧平整机带钢表面平整液残留问题，分析了平整液残留的原因，根据吹扫系统吹扫位置分布以及压缩空气管路控制，采用了调整喷嘴角度、增加喷嘴数量、清理疏通气帘和导流槽以及定期检查压缩空气过虑装置等措施，基本杜绝了宽度1 800 mm以下规格带钢平整液残留缺陷，带钢表面质量得到明显提高。     

冷轧平整机吹扫系统的优化

针对某冷轧平整机带钢表面平整液残留问题，分析了平整液残留的原因，根据吹扫系统吹扫位置分布以及压缩空气管路控制，采用了调整喷嘴角度、增加喷嘴数量、清理疏通气帘和导流槽以及定期检查压缩空气过虑装置等措施，基本杜绝了宽度1 800 mm以下规格带钢平整液残留缺陷，带钢表面质量得到明显提高。     

层流冷却过程带钢温度场影响因素模拟分析

采用数值模拟的方法,结合现场热连轧层流冷却生产线,开发了描述带钢层流冷却过程的综合模拟软件系统,利用所建立的软件系统模拟研究了冷却水温度、集管水流量、喷嘴直径和喷嘴排距等对冷却能力的影响.结果表明:降低冷却水温度,可有效提高带钢冷却能力;随着集管水流量的提高,冷却能力逐渐增加,当水流量增加到一定程度后,冷却能力趋于饱和,喷嘴直径对冷却能力的影响较小;在给定的工艺条件和设备布置条件下,随着喷嘴排距的增加,冷却能力有所提高.     

700 MPa级高强钢层流冷却过程的多场耦合数值模拟

结合首钢京唐2250热轧产线，采用有限元方法研究了700 MPa级高强钢在层流冷却过程中温度场、应力场以及相场的演变规律。结果表明：模型计算的钢板宽度方向温度分布与实际测量值基本吻合，水冷过程中表面冷速大于心部，水冷后带钢表面出现“返温”现象；带钢在冷却过程中的相变潜热对卷取温度的贡献约为40℃;层冷结束后，带钢上表面板宽中部和边部分别存在160和203 MPa的拉应力，并且边部下翘产生浪形，这是带钢宽度方向冷却不均所致。通过设置50、100以及150 mm的边部遮蔽宽度，分析其对带钢边部温度和残余应力的影响，得出当遮蔽宽度为100 mm时，带钢边部温度、残余应力及板形改善明显。     

厚规格X70管线钢卷塔形缺陷分析

文章分析了厚规格管线钢X70管线钢塔形缺陷的主要形态及成因。结果表明,带钢在层冷辊道上偏离轧制中心线和侧导板不能及时夹持和对中带钢是导致塔形缺陷的主要原因。采取清理超快冷喷嘴、规范侧喷角度、优化侧导板压力位置控制模式等措施进行针对性改进,X70管线钢塔形缺陷率由10.16%降至1.5%左右,保证了X70管线钢高效稳定生产,并且所做措施具有一定的推广应用价值。     

带钢连续退火炉喷气冷却技术的发展

总结了带钢连续退火炉喷气冷却技术的发展历程和在国内的应用情况;重点阐述了3种主流喷气冷却技术的结构特点:(1)喷缝式冷却风箱为立式长方体结构,风箱背面为保护气体进气口,正面安装有窄缝式喷嘴,风箱从进气口至喷嘴设有气体隔板,可由边部挡板根据带钢的宽度对边部所吹的气体流量进行调节,与传统的喷箱相比,无论是换热效率还是冷却速率都有了大幅度的提高。(2)高速冷却模块采用圆筒形炉膛设计,炉膛下部和上部各设计了1对冷却模块,在每对冷却模块的上下均布置了可以移动的稳定辊,同时在下部设置了密封装置,冷却模块为矩形喷射梁开孔的形式,由于圆筒形的炉膛和喷梁开孔结构的高速冷却模块的刚度都很高,因而非常适合采用高氢介质实现带钢的快速冷却。(3)高速“气线”分区冷却箱在带钢两侧均并排布置了5个冷却风箱,在风箱上横向安装了若干排喷气片,每个喷气片末端设计有扁形高速喷气管道,可以喷出高速度、小直径的“气线”,热气溢流速度快、换热效率高,可以保证带钢横向温差在3 ℃以内,不会产生瓢曲问题。此外,分析了喷气冷却系统的设计要领和核心技术。最后指出:镀锌和退火是钢铁产品生产的最终工序,冷却设备技术完全依赖其他国家的现状已经制约了汽车板新技术的发展,特别是高强钢新产品的开发。我国要实现“碳中和、碳达峰”的目标,不但汽车行业需要更加先进的高强钢,其他所有行业也必须推广应用高强钢,因此实现连续退火炉喷气冷却技术的国产化非常紧迫;同时,给出了今后该技术的研发思路。     

取向硅钢常化水冷温度模型及控制方法研究

取向硅钢常化工序主要采用现场实测带钢温度的方式测定冷却速率,并通过稳定冷却水温、调整冷却水量及喷梁运行数量等方式保证合理的冷却速率,给常化工艺设计和生产带来诸多不便。通过对常化工艺水冷过程带钢的传热分析求解,在建立带钢水冷温度模型的基础上,研究了不同冷却工艺参数对带钢温度及冷却速率的影响规律以及冷却工艺的交互作用结果。结果表明:模型计算结果能够较好地反映取向硅钢在常化水冷过程中的温度及冷却速率的变化,其计算误差为0.80%~4.11%;在特定取向硅钢厚度规格和常化工艺下,随着常化冷却水量及有效冷却长度的增加,带钢水冷温度及冷却速率与呈非线性变化;常化水冷工艺主要通过调控带钢与冷却水之间热交换量和交换时间实现对带钢温度的控制,实际生产中需综合考虑机组速度、冷却水量及有效冷却长度之间的交互作用,选定喷梁投入数量和冷却水量以获得稳定的冷却速率。     

高强热轧带钢不均匀冷却及控制技术

通过建立12 mm厚度X70钢层流冷却过程中的热-力-相变耦合模型,研究了温度、组织、应力和应变的不均匀分布规律,采取三种工艺措施研究改善不均匀冷却的效果,并对计算的温度和组织场进行了试验验证。结果表明:在整个轧后层流冷却过程中,带钢宽度方向上的温度分布都是不均匀的,在卷取时刻中部和边部的温度差值为53.4℃,贝氏体含量差值为36.2%;均匀的初始温度和后区冷却工艺对改善温度、组织分布不均效果差于边部遮蔽方式,但后区冷却工艺可以减小带钢边部的残余塑性应变值;合理的边部遮蔽宽度可以显著改善带钢宽度方向上的温度、组织和残余应力的分布不均,消除边部的塑性变形。     

罩退冷轧薄规格IF钢横向性能波动原因及控制

针对罩退冷轧薄规格IF钢产品横向性能波动大的问题,系统分析了带钢宽度不同位置的性能、组织、化学成分差异特点,以及从冶炼、热轧、酸轧到退火等不同工序下的碳含量变化情况。结果表明:性能异常带钢边部强度和碳含量明显高于中部,屈服强度差值可达89 MPa,带钢宽度方向碳含量不一致是导致横向组织变化及性能波动的主要原因;而横向性能波动主要产生于退火工序,因为酸轧工序残留在带钢表面的乳化液在罩退过程中发生裂解,随着退火温度的升高,裂解后的碳与氢气反应生成CH₄,当退火温度超过700 ℃时,CH₄再分解出活性碳吸附于带钢表面从而产生渗碳现象,最终由于带钢横向增碳不均而导致性能波动。通过增加400 ℃保温平台、降低退火温度、降低退火升温速度、增加吹氢流量、降低酸轧卷取张力等改进措施,显著提高了带钢横向性能的均匀性。     

热轧带钢层流冷却过程中残余应力分析

针对热轧带钢16Mn轧后层流冷却过程,建立了温度与相变耦合计算的有限元模型,分析了冷却过程中带钢内应力的变化规律.结果表明.对于厚度为3.0mm的带钢经过层流冷却后沿带钢厚度方向温度趋于一致,沿宽度方向温差进一步增大.在不考虑初始应力的状态下,层流冷却结束后,带钢中部为18MPa的轧向拉应力,边部为-187MPa的轧向压应力.带钢边部存在的温度梯度和相变行为的差异是带钢在冷却过程中产生残余应力的主要原因,这种残余应力状态最终会导致带钢产生边浪.     

基于辐射管内外耦合传热模拟带钢连退过程的温度均匀性

针对立式带钢连续退火炉内辐射管加热过程带钢温度均匀性问题，建立了W型辐射管管内流动、燃烧和管内外换热的耦合模型以及带钢内部非稳态导热模型，模拟研究了辐射管表面温度分布对带钢温度均匀性变化的影响。结果表明，在带钢升温过程中，其宽度方向温度呈凹状分布，这与辐射管两端温度偏高和炉墙的辐射绝热作用有关，该温差先增大后逐渐减小，宽度1200 mm的带钢在加热中段时最大温差可达13.6℃;带宽方向温差随着带宽的增大先缓慢增大后快速降低；带宽较小时，带宽方向温差随着功率的增加而增大，带宽较大时则相反。带宽接近辐射管长度时，带宽方向温差最小，可降至5℃以内；加热前期，辐射管表面温度最不均匀，加热中期，带宽方向温差最大。     

热连轧冷却线工艺设计及软件开发

采用水力学模型和卷取温度数学模型分别研究了热连轧轧后冷却线设计中的水量计算和温度计算方法。基于集管上的鹅颈管管径、压力、位置分布等基础设备信息,进行了上下集管和侧喷管的流量计算、热流密度计算和冷却能力计算;基于冷却子区的上下喷射集管布置型式,进行了冷却线的集管数计算;基于产品大纲对冷却线的要求,进行了水量校核和温度模拟计算;基于冷却工艺、流量计算模块和温度计算模块,进行了冷却线工艺设计软件开发。多条冷却线参数的实际比对表明,所开发软件流量计算和温度计算准确,轧后冷却线设计信息可靠。     

连续退火炉冷却气体流场和传热特性的数值模拟

利用数值模拟软件ANSYS-CFX对带钢连续退火炉不同冷却气体的流速、不同喷嘴的倾角、间距及个数情况下冷却气体的流场和传热特性进行模拟,模型建立和网格的划分采用ICEM-CFD,以常温下空气为工作介质,计算结果表明喷嘴的最佳结构为入射角30°,间距为6 mm.同时为使试样宽度方向的冷却均匀,采用间距为130 mm的两对喷嘴,由于上喷流的形成,采用两对喷嘴的换热系数分布更均匀.计算结果为喷嘴的设计提供理论指导.     

冷轧厚规格带钢表面乳化液或水残留成因与对策

针对某冷连轧产线生产厚规格（h≥1.5 mm）带钢时表面出现乳化液或水珠残留现象而影响带钢表面质量的问题，分析排除了轧制力、张力等轧制参数的影响，找到该问题的根本原因是第5机架喷原设计吹扫效果不良，乳化液与水未及时被吹扫系统吹掉，在轧制厚规格产品辊缝较大的情况下造成乳化液或水不沿辊缝回流，从而出现带钢边部乳化液或水残留的质量问题。为此，对空气吹扫喷梁进行了改造，有效吹除了带钢表面乳化液与水等液体，提升了带钢表面质量。     

炉卷轧机层冷系统在线淬火工艺的开发与应用

针对南钢中厚板卷厂层流冷却装置下集管水流密度低、集管流量不可调节、热交换系数小、冷却效果差等问题,对冷却装置进行了改造。改造后可实现在线淬火功能,并开发了Q550、Q690、Q800等低碳高强钢板。结果表明,改进的层流冷却系统能够满足Q690、Q800高强钢在线淬火对冷却速率、温度均匀性和钢板板形的控制要求,且生产的钢板纵、横向力学性能均匀,组织细小。