摘要：介绍了带钢轧后冷却系统采用的先进技术及以层流冷却为基础的新型架构的带钢冷却装置，重点介绍和分析了普通层流冷却装置与加强型层流冷却或快速冷却装置不同组合的概况、优缺点及应用实例。

关键词：热轧带钢；控制冷却；层流冷却；快速冷却

1前言

    获得适宜的带钢卷取温度，有效地控制带钢的力学性能，采用轧后冷却工艺已成为热轧带钢生产的关键环节之一。其冷却装置的能力、冷却强度、冷却速度、卷取温度及其控制精度等都对最终产品的质量和性能有直接影响。

    较早的带钢冷却方式仅控制带钢的卷取温度，在距精轧机侧有足够的冷却水量即可，所以控制系统和控制模型都很简单。自20世纪80年代以来，市场要求带来了轧制条件的变化，尤其是热轧双相钢控制轧制和控制冷却技术的发展，使带钢在输出辊道上的冷却过程在决定钢板性能方面具有了重要意义，由此产生了全新的带钢冷却规程，冷却控制不再仅控制卷取温度，而是控制包括从精轧温度到卷取温度之间的全部冷却过程，因而控制模型及系统均变得非常复杂。

    热轧带钢轧后冷却技术的发展分为2个方面，一方面是工艺技术的发展，主要体现在各种冷却装置和冷却工艺的进步；另一方面是控制技术的发展，主要体现在控制策略、控制模型的进步。本文将着重探讨热轧带钢轧后冷却装置工艺技术方面的发展和应用。

2带钢冷却系统采用的先进技术

    带钢轧后冷却有喷射冷却、喷水冷却、喷雾冷却、层流冷却、水幕冷却等几种方式，其中层流冷却由于具有处理产品范围宽、流量范围调节宽、无流态破碎、冷却均匀、冷却水回收率高、设备维护量小等优点，应用最广泛，成为目前热轧带钢生产线的必选设备之一。

    近年来新建或改造的热轧带钢层流冷却系统都在原有基础上，在提高冷却能力和冷却效率、扩大层流冷却对带钢生产的适应范围、提高带钢卷取温度控制精度等方面有所突破。在层流冷却的配置、冷却水压力的控制、温度的调节能力和精度、控制技术等方面采用了如下先进技术：

    (1)在配置普通层流冷却装置的同时，还增加了加强型层流冷却段ILC(1ntensive  LaminarCooling)或快速冷却装置UFC(Ultra Fast(CooL—ing)。新型的带钢冷却装置不仅能满足一般钢种的控制冷却需要，而且能适应不同产品品种的生产、开发要求，特别是超细晶粒钢、热轧多相钢等新品种的冷却需要。

    (2)为了稳定层流冷却装置喷嘴处的压力，提高冷却效率和冷却效果，新型的带钢层流冷却系统采用了水塔供水+机旁水箱的结构方式。水塔供水可以较小的水泵供水能力来获得短期的大水量，从而达到节能目的，水塔的容积由带钢冷却的最大耗水量和水泵供水能力之差来决定；机旁水箱可在层流冷却喷嘴频繁开闭和供水水源压力波动的情况下用来稳定喷嘴压力。

    (3)为了获得更精确的卷取温度，目前广泛采用细化层流冷却后部精调段的方法，其最小独立控制单元为一排鹅颈管，对温度的控制精度理论上达±2℃。

    (4)带钢冷却过程的控制方法从以冷却模型为基础的静态开环控制发展到以冷却模型为基础的采用先进技术实现的动态闭环控制。由于影响带钢卷取温度的因素很多，常规的成熟算法已不适用，因此目前将神经网络应用于冷却过程的建模与控制，以适应高度复杂的非线性的层流冷却过程的控制系统。

3带钢冷却装置采用的新技术

    近年来控制冷却技术在热轧带钢生产线上的推广和应用被提到了重要位置，随着市场对热轧多相钢、超细晶粒钢等产品需求的增多，产生了以层流冷却为基础的新型架构的带钢冷却装置。现将几种新型架构的带钢冷却装置介绍如下：

3．1普通层流冷却(LC)+加强型层流冷却(ILC)

    典型的LC+ILC组成如图l所示，其中LC、ILC的段数和长度根据生产产品和轧机参

数的不同进行调整。单段ILC和LC的集管布置如图2所示，其与LC的主要区别是：在同样长度情况下，其下部冷却水量增大，水量约为LC的1．2倍；上部冷却水集管加密，水量约为LC的2倍，冷却强度达170m³／(m²．h)。以冷却段长度为17m、水量为6910m³／h、带钢厚度为3mm、带钢速度为9．5m／s为例，带钢冷却速率可达200℃/s。

3．2  普通层流冷却(LC)+快速冷却装置(UFC) 

    典型的LC+UFC组成如图3所示，其中LC的段数、长度及UFC设置的位置，可根据生产产品和轧机参数的不同进行调整。某厂LC+UFC装置的组成如图3所示。其与LC的主要区别是：采用密集型喷嘴，水压达0．35MPa，冷却强度达220m³／(m²．h)，实现了高压、大流量冷却。根据冷却段长度的不同，带钢最大冷却速率可达500℃／S以上(以冷却段长度为10．5m，水量为9000m³／h，带钢厚度为2mm，带钢速度为11．4m／s为例)。从实际投产情况看，在LC+UFC的组成上有UFC布置在LC之前、之后2种形式。

3．3几种新型架构的带钢冷却装置比较

几种新型架构的带钢冷却装置的优缺点见表1。

3．4 Arcelor Carlam厂普通层流冷却+快速冷却应用概况

    2000年8月Carlam厂在热轧生产线卷取机和层流冷却装置之间安装了UFC装置，其主要技术参数为：冷却段长7．3m，UFC至卷取机距离25m，冷却水集管15组，冷却水最大流量5500m³／h，喷射宽度1750mm，水压0．35MPa，采用开闭控制模式。

    如表2所示，从Carlam厂的实际情况可看出，以0．14％C、1．5％Mn的C-Mn钢为例，同样化学成分的带钢，通过控制轧制和采用LC+UFC可实现分段冷却，可得到不同的冷却速率、不同的卷取温度，以及力学性能和显微组织结构完全不同的多相钢产品，充分体现了轧后冷却装置采用LC+UFC组合的优越性。

4结论

    随着近年来自动化控制技术的发展、客户需求的不断提高和竞争的不断加剧，如何稳定、低成本地生产出满足市场要求的产品成为钢铁企业面临的重大课题。热轧带钢轧后冷却对于成品带钢的加工性能、力学性能、物理性能起着重要作用，其作用已不单纯是控制卷取温度，而是对带钢冷却过程进行全方位的控制。在这种背景下，不仅对冷却模型进行了不断优化，

冷却装置本身也随着冶金装备技术的发展，出现了以普通层流冷却为基础，配置加强型层流冷却(ILC)或快速冷却(UFC)等新型架构的热轧带钢轧后冷却装置，而且在实际生产中取得了较好效果。

    但是，ILC、UFC还存在一定的缺点，在进行带钢冷却装置选型时，应根据产品的定位，在设备配置上实事求是地进行选择。