专利名称：：热轧钢板水冷板形控制方法
技术领域：
：本发明涉及一种热轧钢板水冷板形控制方法，是控制钢板水冷板形平直的冷却集管水比设计方法，以及根据瓢曲特征确定的集管水比和头尾遮避参数快速调整方法，特别适用于层流冷却条件下的中厚板、热连轧带钢冷却集管水比参数设计。
背景技术：
：热轧钢板的水冷板形问题一直是生产工艺控制难点，尤其对于宽厚板，当钢板终冷温度低、冷却强度大时，钢板水冷板形很难保持平直，多数瓢曲钢板是在热矫完成后的冷床上发生变形的，严重的在水冷过程中就已经发生严重瓢曲。很多中厚板厂采用冷矫机或压平机来减少板形瓢曲量，但势必会加大生产成本并影响生产率。钢板瓢曲通常由上下表面冷却不均引起，通常钢板出现头、尾部的上翘或下扣，严重可引起整板瓢曲。在同样流量情况下，上集管冲击区冷却能力远强于下集管，因此，为保证钢板上下表面冷却强度均匀，保证钢板在快速冷却过程中保持良好的板形平直度，下集管流量就要大于相对应的上集管流量。因此合适的下/上集管流量水比值就成为决定板形平直的关键参数。由于轧后钢板头尾温度通常较低，尤其对于厚度规格较薄，倍尺较大的轧制钢板，同板温差更大，因此仅靠调节集管流量水比值不能完全解决水冷瓢曲问题，而是要结合一定的头尾流量遮避功能，也就是说钢板头尾部分的流量水比值要单独进行调节。钢板水比值不是一个常量，当水冷设备参数一定条件下，合理的水比值应该是厚度规格和集管流量的函数。当上集管流量相同时，随着钢板厚度规格增加，所需的下集管流量越大；同一厚度规格，下/上集管流量比随着上集管流量增加而增大，但是厚度对水比值影响大于集管流量
发明内容本发明目的是通过工艺手段解决水冷板形瓢曲问题。通过合理设计集管流量水比函数，可有效保证10130m规格钢板的水冷板形平直度。在实际水冷过程中，若有个别规格/流量钢板发生瓢曲，可根据水冷板形瓢曲特征，计算板形优化的水比参数和头尾遮避系数调节量，提高水冷均匀程度，快速有效消除钢板水冷瓢曲现象。该项技术在实际使用过程中板形控制效果显著，水冷板形合格率达98%以上。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明涉及一种热轧钢板水冷板形控制方法，通过配置冷却水集管流量比和头尾遮避系数解决钢板因水冷不均匀引起的板形瓢曲问题，通过流热耦合数值模拟技术，对管层流上下集管和钢板表面换热特性进行研究，对于一定喷嘴个数、喷嘴直径、喷嘴高度、辊道间距的上集管和下集管，建立了钢板表面热载荷与集管流量之间的定量关系，并据此建立了随流量、厚度规格变化的上下集管初始水比函数，合理的下/上集管流量比R按下式函数关系定量确定，i=0.0149*/+0.33/^(7^—0.294(1)其中/z为钢板厚度(mm)，F为上集管流量(L/m2.min)同时配合一定量的头尾遮避，头尾遮蔽流量为，w—Zrio/7。=0.8;附_/6oZ。=0.72—//opo=0.9;/W—/Zo/0=0.8附一/^p。为头部上集管遮蔽系数，;^w。为头部下集管遮蔽系数，m—加，p。尾部上集管遮蔽系数，w—AW。为尾部下集管遮蔽系数。该方法还可根据板形情况，在原水比和遮蔽系数基础上进行相应的优化调整，控制水冷板形，具体步骤如下-4)首先检查钢板瓢曲方向，确定钢板发生的是上翘瓢曲还是下扣瓢曲；5)确定钢板上下表面冷却不均关系，矫直工艺后若钢板发生的是上翘瓢曲，则说明是上表面冷却〉下表面，应加大水比值，即R+Ai;若钢板发生的是下扣瓢曲，则说明是上表面冷却〈下表面，应减小水比值，即R—6)调整的水比值量Ai由公式(2)确定Ai=0.0005*AD+0.0015*A(2)当仅仅出现钢板头/尾瓢曲，不进行流量比调整，只是按照步骤3进行相应的遮蔽系数调整，调整量由公式(3)确定Aw=0.0002*AD+0.0015*/7(3)式中Z为钢板厚度(mm)，F为上集管流量(L/m2.min)，AD钢板瓢曲不平量(mra)本发明效果是有效保证了10130mm厚度规格范围的宽厚板水冷板形平直，对于可能出现的个别瓢曲钢板，根据瓢曲特征可快速确定板形瓢曲原因和水比参数调整量，在没有冷矫机情况下，采用工艺手段有效地解决钢板水冷板形瓢曲问题。下面以某中厚板厂水冷设备为例结合附图和实施例对本发明进一歩说明。图1是22mm厚度规格钢板随集管流量变化的水比值。图2是钢板上表面冷却强度大于下表面时，组织转变前的水冷板形变化。图3是上表面冷却强度大于下表面时，钢板发生部分组织转变时的水冷板形。图4是钢板下扣瓢曲板形示意图。图5是钢板上翘瓢曲板形示意图。具体实施例方式下表为根据公式(1)确定的22mm、30mm、40誦、50mm、60腿以及80腿厚度规格钢板的不同流量条件下的合理水比值范围。<table>tableseeoriginaldocument</column></row><table>按照公式(1)设计的水比值就可基本确定10130mm厚度规格范围的宽厚板使用的合理水比范围。但在实际生产中现场环境复杂，如上下集管喷嘴堵塞会引起实际集管流量和水压波动等条件变化，也有可能引起个别规格钢板出现板形问题，则需要对水比值进行进一步优化。首先研究钢板上下表面水冷不均与钢板瓢曲特征关系。钢板在实际冷却过程中体积发生两种变化，一是由于钢板温度降引起体积收缩，二是钢板发生组织转变发生体积膨胀，因此实际体积变化过程比较复杂。本发明采用热一相变耦合有限元技术进行钢板水冷不均和体积变化关系研究，将组织转变引起的体积膨胀与温度引起的体积变化通过热膨胀系数耦合到一起。通过计算发现，当钢板上表面冷却强度大于下表面时，水冷结束时若钢板相变没有结束，钢板板形则呈下扣形态，但经矫直后，钢板暂时消除了瓢曲，随后钢板在冷床上完成剩余相变过程。由于钢板上表面在水冷过程中发生的组织转变量比下表面大，所以上表面剩余未转变体积百分数小于下表面，故钢板厚度上半部分将首先结束组织转变，当上半部分组织转变完成后，只有下半部分仍将继续进行组织转变，上下表面的体积变化将失去平衡，相对于上表面钢板下半部分将发生体积膨胀，此时钢板就会发生上翘的瓢曲板形，这就是为什么矫直后平直钢板在冷床上仍有可能再次发生瓢曲的主要原因。当钢板上表面冷却强度小于下表面时，瓢曲方向相反。具体关系见下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>矫直后钢板出现整板下扣瓢曲时，减小水比量为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>只出现钢板头/尾下扣，可不进行流量比调整，只相应增加上集管遮避系数或减小相应下集管遮避系数，调整量为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中/2为钢板厚度(mm)，AD钢板瓢曲不平量(咖)同理可对上翘钢板进行板形参数反向调节。图1是22mm厚度钢板的保证水冷板形平直的不同集管流量所对应的水比值，由/=0.0149*/2+0.33丄7("—0.294公式计算获得，式中的/为22，F变化范围为200500。图2和图3表示的是当钢板冷却不均，上表面〉下表面冷却强度时，钢板在水冷中和冷床上的的体积变化特征。当钢板在水冷过程中开始发生相变时，由于上表面冷却强度大，故上表面先于下表面发生组织转变，且水冷结束时上表面总转变量大于下表面。由于相变过程是体积膨胀过程，正好与温度不均引起的体积变化相反，且相变引起的体积变化量大于温度作用，所以钢板上表面在终冷时体积膨胀量大于下表面，水冷结束时出现如图2所示的下扣现象，但经矫直后钢板暂时消除瓢曲，在冷床上继续发生组织转变，由于钢板上表面在冷却过程中发生的组织转变量比下表面大，所以上表面剩余未转变体积百分数小于下表面，故钢板厚度上半部分首先结束相变过程，当上半部分组织转变完成后，下半部分仍将继续进行组织转变，上下表面的体积变化将失去平衡，相对于上表面钢板下半部分将发生体积膨胀，此时钢板就会发生如图3所示的最终上翘瓢曲板形。图4和图5分别为常见的成品板形瓢曲状态，图4为钢板宽向下扣瓢曲说明钢板下表面过冷，应该减小水比值，减小量为^=0.0005*AD+0.0015当仅仅出现钢板头/尾下扣，不进行流量比调整，只是相应增加上集管遮避系数Am=0.0002*AZ)+0.0015W或减小相应下集管遮避系数；图5为钢板宽向上翘瓢曲，说明钢板上表面过冷，应增加水比量Ai二0.0005*AZ)+0.0015*;当仅仅出现钢板头/尾上翘，不进行流量比调整，只是相应降低上集管遮避系数Am=0.0002*AD+0.0015*/或减小相应下集管遮避系数；式中/为钢板厚度(mm)，F为上集管流量(L/m2.min)，AD钢板瓢曲不平量(mm)实施例1:某厚度22mm钢板发生整板下扣瓢曲，水冷上集管流量300L/m2.min，瓢曲高度约为150mm，那么进行水比调整，调整量为A/=0.0005*150+0.0015*22=0.108，因为钢板发生的是下扣瓢曲，应减小水比值，该厚度规格、流量条件下的原水比值为1.92，应调整为=1.92-0.108=1.812，其余参数不变。若该瓢曲只发生在钢板头部，那么不进行及水比值调整，只调整头部遮蔽量，遮蔽系数调整量为Aw=0.0002*150+0.0015*22=0.063，因为头部发生的是下扣瓢曲，说明上表面冷却不足，所以既可以增加上表面遮蔽系数，也可以上表面不调整，而减小下表面，即—/ztop=w—似op。+A=0.8+0.063=0.863，其余参数不变或，m—=m—/zZo-A/n=0.7-0.063=0.637实施例2:以厚度22mm钢板为例，当上集管流量为300L/m2.min时，按照公式(1)确定的i=0.0149*22+0.33*i(300)-0.294=1.92所以合理的下集管流量应为300*1.78=576;同理可得，钢板头部上集管流量为0,8*300=240，头部下集管流量为0.7*576=403，尾部上集管流量为0.9*300=270，尾部下集管流量为0.8*576=461。若该瓢曲只发生在钢板头部，那么不进行W水比值调整，只调整头部遮蔽量，遮蔽系数调整量为Am=0.0002*150+0.0015*22=0.063，因为头部发生的是下扣瓢曲，说明上表面冷却不足，所以既可以增加上表面遮蔽系数，也可以上表面不调整，而减小下表面，即w—似op=w—似op。+Aw=0.8+0.063=0.863，其余参数不变或，wZz/wf=m/76(^n—Am=0.7—0.063=0.63权利要求1、一种热轧钢板水冷板形控制方法，通过配置冷却水集管流量比和头尾遮避系数解决钢板因水冷不均匀引起的板形瓢曲问题，其特征在于通过流热耦合数值模拟技术，对管层流上下集管和钢板表面换热特性进行研究，对于一定喷嘴个数、喷嘴直径、喷嘴高度、辊道间距的上集管和下集管，建立了钢板表面热载荷与集管流量之间的定量关系，并据此建立了随流量、厚度规格变化的上下集管初始水比函数，合理的下/上集管流量比R按下式函数关系定量确定，R＝0.0149*h+0.33Ln(F)-0.294(1)其中h为钢板厚度(mm)，F为上集管流量(L/m2.min)同时配合一定量的头尾遮避，头尾遮蔽系数为，m_htop0＝0.8；m_hbot0＝0.7m_ttop0＝0.9；m_tbot0＝0.8m_htop0为头部上集管遮蔽系数，m_hbot0为头部下集管遮蔽系数，m_ttop0尾部上集管遮蔽系数，m_tbot0为尾部下集管遮蔽系数。2.如权利要求1所述的热轧钢板水冷板形控制方法，其特征在于根据板形情况，在原水比和遮蔽系数基础上进行相应的优化调整，控制水冷板形，具体步骤如下1)首先检査钢板瓢曲方向，确定钢板发生的是上翘瓢曲还是下扣瓢曲；2)确定钢板上下表面冷却不均关系，矫直工艺后若钢板发生的是上翘瓢曲，则说明是上表面冷却〉下表面，应加大水比值，即R+M;若钢板发生的是下扣瓢曲，则说明是上表面冷却〈下表面，应减小水比值，即R—AR;3)调整的水比值量Ai由公式(2)确定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>(2)当仅仅出现钢板头/尾瓢曲，不进行流量比调整，只是按照步骤3进行相应的遮蔽系数调整，调整量由公式(3)确定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中/2为钢板厚度(mm)，F为上集管流量(L/m2.min)，AZ)钢板瓢曲不平量(mm)全文摘要本发明涉及一种热轧钢板水冷板形控制方法，由热轧钢板轧加速冷却过程中的换热特性和体积变型特征确定的钢板上下水比和头尾遮避参数设计和调整工艺。建立了钢板表面热载荷与集管流量之间的定量关系，并据此建立了随流量、厚度规格变化的上下集管初始水比函数，合理的下/上集管流量比R按下式函数关系定量确定R＝0.0149*h+0.33Ln(F)-0.294。使钢板上下表面水冷均匀。该项技术适用于中厚板、热连轧带钢轧后层流水冷板形工艺参数优化，可快速有效地解决钢板水冷瓢曲问题。文档编号B21B37/28GK101406902SQ200810057019公开日2009年4月15日申请日期2008年1月29日优先权日2008年1月29日发明者刘春明,姜中行,张利君,朱启建,王凤琴,王卫华,薄凤华,衣鹏飞,麻庆申申请人:首钢总公司