不锈钢带连续退火炉冷却系统工艺分析

ｗ＝ Ｗ ＝ Ｗ ＝０．００４９ｍ ３（／ ｍ ２·ｍ ｉｎ） Ａ ２ｖＢ×６０ ＝０．００４９ｌ（／ ｃｍ ２·ｍ ｉｎ）
式中 Ａ— ——每分钟通过的钢带面积，ｍ ２。
（４）
钢带很薄，可按表面温度求给热系数，通过查表
可得平均给热系数 αｂ［２］： αｂ＝４．１８×１６．５×１０３ｗ０．６９４＝１７２１ｋＪ（／ ｍ ２·ｈ·℃） （５） 钢带平均温度：
图 ６ 喷淋管位置示意图
图 ４ 初冷段喷淋管及喷头设置
为确保初冷段冷却的均匀性与冷却强度，喷嘴 的扇形角度以及喷嘴自身的位置角度有严格要求 （见图 ５），以确保整个钢带表面都被均匀喷洒到。
４ 结束语
为了降低成本、提高生产能力及产品质量，同时 也为了提高能源效率，简化设备，不锈钢热处理冷却 段的要求也越来越高。所介绍的连续退火炉，合理选
溶。图 １ 所示为某规格 Ａ ＩＳＩ３０４ 退火温度曲线，该曲
线已在生产实践中较好地应用。
不锈钢带轧制后的连续热处理包含加热段和冷 却段，其中带钢的冷却段工艺影响不锈钢碳化物固 溶效果以及性能和板形。例如对于奥氏体不锈钢，在 ８５０￣５００℃之间冷却速度慢时，将因碳化物在晶界析
图 １ 不锈钢退火温度曲线
ｌ— ——钢带运行距离，ｍ 。
通过分析上面式（１）、式（２）的传热模型，综合考
虑影响换热的诸因素，可估算此生产线生产 Ａ ＩＳＩ４００
产品的喷嘴能力。假设产品板厚 δ为 ４ｍ ｍ ，板宽 Ｂ
为 １０００ｍ ｍ ，钢带速度 ｖ 为 ５４ｍ ／ｍ ｉｎ，加热段出口带
钢温度 ｔＢ１ 为 ９００℃，要求经过初冷段后，钢带温度降 至 ｔＢ２ 为 ５００℃。初冷 １、２、３ 冷却室各安装 ５ 套带夹 套的 Ａ ＩＳＩ３０４ 不锈钢喷水管，间距 Ｌ 为 ９００ｍ ｍ ，设喷 水量 Ｗ 为 ３２０ｍ ３／ｈ。钢带通过冷却室时单位面积的 喷水量 ｗ 为：
数据和经验值进行计算。在控制冷却的数学模型中，
则有下式［４］。
ｑ＝ｆ１（［ ｃ０＋ｃ１ δ＋ｃ２ Ｂ＋ｃ３ ｔＢ１＋ｃ４ ｔＢ２＋ｃ５ ｔｗ＋ｃ６ ｖ＋ ｃ（７ ｔＢ１－ｔＢ２）＋ｃ８ ｌ／ｖ］
式中 ｃ０￣ｃ８— ——修正系数； ｆ１— ——学习系数； Ｂ— ——带钢宽度，ｍ ；
（３）
ｔＢ１、ｔＢ２— ——带钢初、终温度，℃； ｔｗ— ——冷却水的温度，℃； ｖ— ——带钢速度，ｍ ／ｓ；
［１］ 王建伟．现代不锈钢带连续退火炉技术特点［Ｊ］．上海宝钢工程设
对于悬索式连续退火炉，带钢的悬垂将影响喷
ａｎｄ ｔｈｅ ａｉｍ ｓ ｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｒｅａｃｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａｎｄ ｏｐｔｉｍ ｉｚｉｎｇ ｔｈｉｓ ｍ ｏｄｅｌｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ．
Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｉｎｇ ｍ ａｃｈｉｎｅ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗ ａｔｅｒ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｍ ｏｄｅｌ；ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ
温度调节系数是根据中间包的浇注温度来进行选 择；总水量调节系数是指根据铸机的实际生产情况 来进行总水量控制。为了简化起见，可以将多个调节 系数简化为一个总水量调节系数，从而在拉钢过程 中根据铸机的拉钢状态对二冷水量的需要，来选择 不同大小的总水量调节系数，从而达到满足铸机二 冷需求的目的。 ３．８ 计算机程序的编制
则带钢出口温度为：
ｔＰＢ２＝ｔＢ１－
Ｑ ＝４９９．１℃ ｃＢｖδρ
计算结果满足冷却要求。
（９）
３ 冷却系统的实际设置
冷却段整体采用冷却水作为冷却介质，简化了 冷却段的工艺控制与设备配置。由于各冷却段均处 于较高冷却速度下，为了实现冷却工艺及确保板形 不受影响，喷头的设置、分布及水冷段的设计显得尤
４５
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｃｏｏｌｉｎｇ ｗ ａｔｅｒ ａｕｔｏｍ ａｔｉｃ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｍ ｏｄｅｓ ｂｙ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒ ｔｈｅ Ｎ ｏ．５ ｓｕｐｅｒ－ｌｏｗ ｓｌａｂ ｃｏｎ－
ｔｉｎｕｏｕｓ ｃａｓｔｅｒｉｎ ｔｈｅ Ｎ ｏ １ ｓｔｅｅｌｍ ａｋｉｎｇ ｐｌａｎｔｏｆＪｉｇａｎｇ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｉｎｎｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆｔｈｅ ｓｌａｂ ａｒｅ ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ
择配置了冷却系统的喷头，实现了带钢表面换热均
匀；优化采用缓冷与急冷结合的整体喷水冷却工艺，
能够满足热轧不锈钢生产的高效率、高质量和产品
多样性的需要。
该系统未建立对喷头压力和流量的自动控制，
图 ５ 初冷段喷头角度设置
３．２ 终冷段的喷头设置 终冷段包括冷却段的 ４、５、６ 三段冷却室。采用
强冷，实现冷却段出口钢带温度小于 ８０℃的要求。 每一冷却段安装了 １１ 套 Ａ ＩＳＩ３０４ 不锈钢喷水管，每 条喷管安装 ８ 只喷头，相邻喷水管的喷水头交错分
第 ２８ 卷 第 ４ 期 ２００６ 年 ８ 月
山东冶金 Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｍ ｅｔａｌｌｕｒｇｙ
Ｖ ｏｌ．２８，Ｎ ｏ．４ Ａ ｕｇｕｓｔ ２００６
·试验研究·
不锈钢带连续退火炉冷却系统工艺分析
窦坦明，金晓宏
（武汉科技大学 机械自动化学院，湖北 武汉 ４３００８１）
摘 要：介绍了不锈钢带水平悬索式连续退火炉冷却系统的工艺与应用，并对某新建热轧不锈钢退火炉的冷却段进行了分
根据以上要求和数据，通过计算机编程来建立 模型，并且将上述所计算的公式植入程序中。通过自 动化手段，从铸机的运行过程中采集瞬时拉速值，计 算此拉速下各支路所需的配水量值，并通过电磁调 节阀来实现自动配水。
根据以上思路，济钢第一炼钢厂自行设计开发 的参数控制法二冷动态配水模型，自 ５＃ 铸机投产运 行以来，已经连续使用一年半时间。使用过程中，配 水模型根据现场的铸坯质量和铸机运行情况进行了 进一步的优化，特别是内外弧与铸机各二冷区段之 间的分配问题。经不断摸索和总结，铸坯的表面、内 部质量和设备运行状况一直稳定良好，达到了模型 最初的设计目的和预期效果。
Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｊ ｉｇａｎｇ
ＬＩＺｕｏ－ｘｉｎ，ＴＡ Ｏ Ｃ ｕａｎ－ｊｕｎ，Ｇ Ａ Ｏ Ｌｏｎｇ－ｙｏｎｇ，Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｃ ｈａｎｇ－ｙｉ，ＺＨ Ａ Ｎ Ｇ Ｓｏｎｇ－ｌｉｎｇ
（Ｎ ｏ．１ Ｓｔｅｅｌｍ ａｋｉｎｇ ＰｌａｎｔｏｆＪｉｎａｎ Ｉｒｏｎ ａｎｄ ＳｔｅｅｌＣ ｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃ ｈｉｎａ）
ω— ——每米钢带的重量，ｋｇ／ｍ ；
ｌ＇— ——两支撑辊间的距离，ｍ ；
ｓ— ——钢带的悬垂度，ｍ ［２］。
其中 ０．１６ｓ２ 与 ｌ＇２ 比相对甚小时可略去不计，上
式变为：
ｓ＝ １．２２５ωｌ＇２ Ｐ
（１１）
为了避免喷头与悬垂钢板的距离不等影响喷淋
效果，喷头位置需调整合适。初冷段喷头安装位置如
图 ６ 所示。
１ 退火炉 ２ 冷却段 １ ３ 冷却段 ２ ４ 冷却段 ３ ５ 冷却段 ４ ６ 冷却段 ５ ７ 冷却段 ６ ８ 挤干辊 ９ 干燥器
图 ３ 工艺流程示意图
２ 喷水冷却的传热模型与计算示例
不锈钢带进入冷却区后的换热过程是一个复杂
的热传递过程，包含了对流、辐射以及带钢内部的传
导三种传热形式。对于喷水冷却形式，占主导的是有
２００６ 年 ８ 月
山东冶金
第 ２８ 卷
为重要。经过测算与分配，喷淋冷却水最大用量为 １０００ｍ ３／ｈ，可自动测量监视，手动调节。实现经初冷 段后板带温度降至约 ５００℃左右；经终冷段后板带 温度应降至 ８０℃以下。 ３．１ 初冷段的喷头设置
不锈钢带经加热后，通过圆盘辊进入初冷段时 处于高温，此时冷却强度不可太强，否则带钢将产生 翘曲变形。初冷段包括 １、２、３ 共 ３ 段冷却室。冷却形 式是弱冷。每一冷却室安装了 ５ 套带夹套的 Ａ ＩＳＩ３０４ 不锈钢喷水管，每条喷管安装 ４ 只喷头。初冷段喷淋 管及喷头设置如图 ４ 所示。
出而产生敏化，对其产品的耐腐蚀性有明显的影响， 因此通常冷却速度应大于 ２０℃／ｓ。某规格不锈钢的 冷却速率与碳化物析出的关系曲线如图 ２ 所示［１］
收稿日期：２００６－０２－１５ 作者简介：窦坦明（１９７５－），男，山东潍坊人，１９９７ 年毕业于青岛科 技大学化工设备与机械专业，现为 ２００３ 级武汉科技大学机械自动 化学院在读硕士研究生，工程师，研究方向：机械设计及理论。
析，包括初冷段、终冷段喷头的布置及影响冷却效果的因素，探讨喷水冷却系统；水冷
中图分类号：ＴＧ １５６．２４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００４－４６２０（２００６）０４－００４４－０３
１ 不锈钢连续退火炉冷却系统
不锈钢带轧制后产生硬化，耐蚀性降低。经过连
续热处理，可以改善组织，提高塑性，实现碳化物固
ＴＨ Ｅ Ｒ Ｍ ＴＥ Ｃ 公司采用的奥氏体不锈钢带连续退 火冷却工艺，先以 １４℃／ｓ 速率进行冷却，将带钢从 １１５０℃冷却到 ９００℃；然后以 ５０℃／ｓ速率快速冷却，使
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性、钢水的凝固特性（快、慢等）来分不同的调节系数［２］； ４ 应用效果
参考文献： ［１］ 陈稼祥．连铸手册［Ｍ ］．北京：冶金工业出版社，１９９０． ［２］ 干勇，等．炼钢、连铸新技术 ８００ 问［Ｍ ］．北京：冶金工业出版社，
２００３． ［３］ 熊毅刚．板坯连铸［Ｍ ］．北京：冶金工业出版社，１９９４．
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ ｂｙ
ｃ— ——带钢比热，ｋＪ（／ ｋｇ·℃）；