高速線材軋制后的控制冷卻技術(shù)

1、高速線材軋后的控制冷卻技術(shù) 摘要:高速線材軋機(jī)的控制冷卻技術(shù)，也稱在線熱處理，是直接關(guān)系到產(chǎn)品力學(xué)性能及其均勻性的關(guān)鍵工藝。采用軋后控制冷卻技術(shù)增加了產(chǎn)品的附加值。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)節(jié)能。在我國新建的高速線材車間得到了廣泛的采用。 關(guān)鍵詞: 控制冷卻，水冷，風(fēng)冷Technology of cooling control on the high-speed wire after rolling procedure Abstract: The cooling control technique, also called heat treatment in line, is The key techno

2、logy that can improve the mechanical properties and homogeneity of the product, add the appending-value of the product,and save energy in the production. The cooling control technique is widely adopted in the high-speed wire plant in China。 Key words: controlled cooling，water cooling，wind cooling1前言

3、 20世紀(jì)60年代以來，國外出現(xiàn)無扭軋制新技術(shù)使得線材軋機(jī)終軋速度大大提高，單盤卷重也隨之增加，導(dǎo)致了卷線機(jī)與高速度軋制和大卷重?zé)o法相適應(yīng)的矛盾。另外，由于軋制速度的提高，終軋溫度高于1000，若仍在精軋后直接卷取，則出現(xiàn)氧化鐵皮增多，晶粒粗大，機(jī)械性能不均勻等問題。為此開發(fā)出了軋后控制冷卻技術(shù)，可使線材軋后的冷卻速度和進(jìn)程因鋼種、規(guī)格及最終產(chǎn)品性能不同而不同，減少氧化鐵皮的生成，改善線材的機(jī)械性能和拉拔性能。 線材高速軋后的控制冷卻技術(shù)，也被稱為在線熱處理，是直接關(guān)系到最終產(chǎn)品力學(xué)性能及其均勻性的關(guān)鍵工藝。采用軋后控制冷卻技術(shù)可以增加產(chǎn)品的附加值，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)節(jié)能。對提高線材的社會經(jīng)濟(jì)效益

4、和促進(jìn)金屬制品生產(chǎn)發(fā)展，開拓線材使用的新領(lǐng)域起到良好的作用。 現(xiàn)代高速線材車間軋后控制冷卻技術(shù)包括兩部分:(1)精軋機(jī)至吐絲機(jī)間的噴水冷卻(也稱一次水冷)；(2)吐絲機(jī)至集卷站間的散卷吹風(fēng)冷卻(也稱二次風(fēng)冷)。 高速線材的軋后控制冷卻技術(shù)的主要目的: (1)通過控制冷卻生產(chǎn)的線材，可使表而一次氧化鐵皮大大減少，節(jié)約金屬。 (2)簡化一次加工工藝，節(jié)約能源。經(jīng)控制冷卻生產(chǎn)的線材，在一次加工中，幾乎可以取消拉拔前的退火和鉛浴淬火工藝。 (3)由于表面氧化鐵皮薄，而且為易于清除的Feo，因此在一次加工時(shí)，酸洗時(shí)間可以減少一半左右，大大降低了酸洗過程酸的消耗。 (4)經(jīng)過控制冷卻的線材金屬組織中細(xì)粒狀

5、珠光體和索氏體占大部分，從而使線材易于拉拔，斷面收縮率可提高到80%一90%以上，5.5 mm線材可一次拉拔到2.0 mm以下。同時(shí)，由于整個(gè)盤卷在性能上均勻一致，保證了拉拔機(jī)能夠用較高的速度操作，由于這些原因可使拉拔費(fèi)用降低20%左右。 (5)通過控制冷卻，可以獲得所要求的金相組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，線材通條機(jī)械性能均勻性好，其抗拉強(qiáng)度波動(dòng)可以控制在30MPa以下。2.精軋機(jī)至夾送輥及吐線機(jī)間的一次水冷 軋后一次水冷控制技術(shù)主要是控溫軋制技術(shù)的延續(xù)，目的是使軋件從精軋溫度冷卻到吐絲機(jī)所需的溫度，并進(jìn)一步控制線材奧氏體的晶粒度和減少氧化鐵皮的產(chǎn)生。近年新建的高速線材車間軋制的保證速度超過100m/

6、s。設(shè)計(jì)的最大速度可達(dá)120 m/s,甚至達(dá)到140m/s。如此高的軋制速度，在軋制過程中金屬產(chǎn)生的變形熱隨軋制速度提高而增大，速度越高，變形熱越大,軋件溫度急劇升高，精軋機(jī)出口線材的溫度一般為1000-1050。難以滿足吐絲機(jī)對軋件溫度的要求(吐絲溫度一般控制在接近相變的750-850)。為了控制吐絲溫度，在精軋機(jī)出口至吐絲機(jī)間設(shè)有多個(gè)冷卻水箱，采用閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)吐絲溫度的波動(dòng)，自動(dòng)控制軋后水冷段的水量，目前吐絲溫度差值基木可以控制在15左右。 通過一次水冷使線材溫度急劇降到750-850，這不僅可使軋制后形成的細(xì)粒奧氏體組織經(jīng)急冷后保留下來，為相變提供合適的細(xì)粒金相組織和溫度條件，

7、同時(shí)避免了線材在易于氧化的高溫狀態(tài)停留，減少了一次氧化鐵皮的生成。 在設(shè)計(jì)一次水冷段時(shí)要考慮到水冷速度不能太快，否則線材芯部與線材表面的溫度差太大，不利于線材的質(zhì)量。為了使線材均溫，設(shè)計(jì)了間斷冷卻，一般在水冷箱間加設(shè)恢復(fù)段。冷卻過程，是水冷-恢復(fù)一再水冷一再恢復(fù)的過程。 3.吐絲機(jī)至集卷站間的二次風(fēng)冷 作為主要的控制冷卻的二次風(fēng)冷，經(jīng)過多年發(fā)展，效果最好的為斯太爾摩鏈?zhǔn)斤L(fēng)冷運(yùn)輸線和輥式風(fēng)冷運(yùn)輸線，國內(nèi)早期建設(shè)的高速線材車間多采用鏈?zhǔn)斤L(fēng)冷運(yùn)輸線，目前被廣泛應(yīng)用的為輥式風(fēng)冷運(yùn)輸線。斯太爾摩風(fēng)冷運(yùn)輸線是一種能滿足線材不同冷卻要求的靈活系統(tǒng)，它可以保證線材通過不同冷卻工藝來獲得要求的金相組織和機(jī)械性能

8、。 二次控制冷卻的斯太爾摩線，按控制冷卻的原理分，最常用的有三種控制冷卻方式:標(biāo)準(zhǔn)型、延遲型、緩慢型，得到普遍應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)型和延遲型。對于高碳鋼等鋼種采用標(biāo)準(zhǔn)型冷卻工藝，散落在冷卻線上的線圈運(yùn)行速度快(0.5-1.6 m/s),冷卻速度為6-17/s，線圈搭接稀疏，保溫罩打開,強(qiáng)制送風(fēng)，在快速冷卻過程中完成相變，獲得索氏體化的金相組織。對于低碳鋼，低合金鋼等鋼種，則采用延遲型冷卻工藝，散落的線圈搭接密集，線圈在輸送機(jī)上運(yùn)行速度緩慢(0.12-0.36m/s)，冷卻速度為0.6-1.4/s,蓋上保溫罩，停止送風(fēng)，在緩慢冷卻過程中完成相變。 延遲型輥式運(yùn)輸機(jī)雖然造價(jià)稍高于標(biāo)準(zhǔn)型，但其適應(yīng)性強(qiáng)，其冷

9、卻速率范圍為0.5- 17/s，不但可處理高中碳鋼，還可處理低碳鋼、焊條鋼、冷墩鋼和部分合金鋼。由于采用輥式運(yùn)輸并設(shè)計(jì)了多個(gè)跌落臺階，且各段輥道采用不同的運(yùn)行速度，線材搭接形成的熱點(diǎn)問題得到很好解決，故近年新建高速線材車間幾乎均采用此型式。 衡量二次風(fēng)冷技術(shù)的主要指標(biāo)是冷卻強(qiáng)度。(m3/(s*kg*m)，既每秒鐘·每千克線材在每米盤卷冷卻線上獲得的風(fēng)量)。80年代初期其冷卻強(qiáng)度普遍在0.2-0.3范圍內(nèi)，即每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量小于90000 m3/h，風(fēng)壓<2.49kPa。90年代新建的高速線材軋機(jī)，冷卻強(qiáng)度普遍提高到0.5-0.6,即每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量>150000m3/h，風(fēng)壓

10、>2.49kPa，被稱為大風(fēng)量高風(fēng)壓強(qiáng)冷技術(shù)(國外稱MORAIR)。大風(fēng)量是提高冷卻速度的有效手段，高風(fēng)壓可以增加風(fēng)與線材接觸時(shí)間，均是提高冷卻效率的主要措施。采用強(qiáng)冷技術(shù)可使線材獲得高強(qiáng)度、高塑性及良好的再加工性能，特別對鋼繩、鋼簾線、預(yù)應(yīng)力鋼線、高強(qiáng)度螺栓及部分冷墩用線材，其效果更為突出。獲得的性能已接近經(jīng)鉛浴淬火或直接淬火回火處理的指標(biāo)，對提高線材再加工的作業(yè)率及降低成本都具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益。某高速線材廠就是選用了10臺大風(fēng)量高風(fēng)壓的風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量157000 m3/h，后11臺風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量：125000 m3/h。 衡量線材質(zhì)量的另一項(xiàng)指標(biāo)是力學(xué)性能的均勻性，即

11、同盤或同圈的力學(xué)性能差。為縮小強(qiáng)度差，散卷冷卻線各段輥道之間增加了速度差和高度差，用來消除線圈熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的合理分布與調(diào)節(jié)。隨著處理線材直徑加大，相應(yīng)要求風(fēng)冷能力增大，因而出現(xiàn)了大風(fēng)量運(yùn)輸機(jī)，其每米長度風(fēng)量增加到常規(guī)運(yùn)輸機(jī)的3倍，最大風(fēng)冷速率可達(dá)2030/s，對大規(guī)格線材則增加水霧冷卻，近年國外有的廠家采用了亞音速超風(fēng)冷技術(shù)，其冷卻速率達(dá)30/s。此外，為進(jìn)一步減少搭接造成的影響，設(shè)計(jì)出臺階式的運(yùn)輸機(jī)，在運(yùn)輸機(jī)全長上設(shè)有3-5個(gè)跌落段輥道，落差為200- 250 mm，各段采用交流變頻電機(jī)傳動(dòng)使各段有不同的運(yùn)行速度，從而使線材錯(cuò)動(dòng)。 斯太爾摩輥式冷卻輸送機(jī)近年來的發(fā)展和改進(jìn)主要內(nèi)容有： (1

12、)斯太爾摩線的總長度有加長的趨勢，目前多為90 m左右，最近期新建的高速線材車間多采用100 m或更長，某高速線材廠采用的就是116.18 m的延遲型風(fēng)冷輥道。 (2)輥道段數(shù)增多，通常采用9段，也有采用11段的或更多段。某高速線材廠采用的是20段。 (3)采用大風(fēng)量高風(fēng)壓冷卻風(fēng)機(jī)，使線材的抗拉強(qiáng)度顯著提高。 (4)風(fēng)機(jī)臺數(shù)增加，多數(shù)為10臺，也有采用11臺，近期新建的高速線材車間有采用14臺風(fēng)機(jī)的。某高速線材廠采用21臺風(fēng)機(jī)。 (5)設(shè)有保溫罩的保溫段的總長度亦趨于加長，有的已達(dá)90m，某高速線材廠采用帶保溫罩風(fēng)冷輥道長度85m。 (6)冷卻段的各段輸送輥道均為爬坡式。每段輥道間增加跌落段(

13、落差為200- 250mm)，目的在于分開線圈之間的距離，此項(xiàng)措施，不但提高線圈抗拉強(qiáng)度的均勻性，也有利于集卷操作。這對于線圈搭接密集進(jìn)行延遲冷卻的線材尤為重要。 (7)實(shí)心的耐熱鑄鐵傳動(dòng)輥兩端加工有散熱的翅片，有良好的散熱冷卻效果，避免軸承過度受熱。 (8)在輸送機(jī)的2, 4, 6, 8段內(nèi)設(shè)有振動(dòng)輥，用來改變輸送機(jī)上線圈的重疊位置，以消除“熱死點(diǎn)”效應(yīng)。改善通條性能，防止拉拔斷裂。 (9)輥道采用交流變頻電機(jī)，單獨(dú)進(jìn)行速度控制。4結(jié)語 國內(nèi)通過研制和消化移植國外先進(jìn)的高速線材軋制及軋后冷卻技術(shù)，在高速線材軋后冷卻技術(shù)方面基本上己達(dá)到了國際先進(jìn)水平。我們在采取了合理的工藝制度后，已經(jīng)生產(chǎn)出合格的鋼簾線、鋼絞線、胎圈鋼絲等產(chǎn)品。經(jīng)用戶試驗(yàn) ,用其制作的回火胎圈鋼絲