中厚板控軋控冷技術(shù)的發(fā)展

中厚板控軋控冷技術(shù)的發(fā)展

1控軋控冷和加熱熱處理工藝在鋼鐵制品中的應(yīng)用控制夾緊和冷卻工藝是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)最重要的技術(shù)成就之一。ast和js將此工藝分為tsp（mechac’s）。所謂控制軋制和控制冷卻技術(shù),就是在一定的鋼材化學(xué)成分的情況下,通過對軋制溫度、壓下量和軋后冷卻過程參數(shù)的控制,可以細化鋼材顯微組織、顯著改善和提高鋼材的性能,獲得具有良好綜合性能的鋼鐵材料?？刂评鋮s是控制軋后鋼材的冷卻速度達到改善鋼材組織和性能的目的。由于熱軋變形作用,促使變形奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度的提高,相變后的鐵素體晶粒容易長大,造成力學(xué)性能降低。為了細化鐵素體晶粒,減少珠光體片層間距,阻止碳化物在高溫下析出,以提高強化效果而采用控制冷卻工藝。軋后快速冷卻可使厚板強度提高而不減弱韌性,并因含碳量或合金元素的減少而改善可塑性和焊接性能。由于加速冷卻對于晶粒細化和組織強化的作用,對于一些鋼材,控軋控冷可以取消常規(guī)軋制工藝的軋后再加熱熱處理工藝,從而簡化了生產(chǎn)工藝,提高生產(chǎn)效率,并且可以節(jié)約能源和昂貴的合金元素,具有很大的社會效益和經(jīng)濟效益。控制冷卻工藝在提高產(chǎn)品的力學(xué)性能的同時,還可以改善車間的工作條件,減少冷床面積。本文介紹了中厚板控制冷卻技術(shù)的發(fā)展概況,并對各種冷卻方式作分析、比較,對中厚板廠選擇適合的控制冷卻方式具有借鑒作用。2冷卻方式的確定控制冷卻方式概括起來主要有壓力噴射冷卻、層流冷卻、水幕冷卻、霧化冷卻、噴淋冷卻、板湍流冷卻、水—氣噴霧法加速冷卻、直接淬火等幾種冷卻方式。各種冷卻方式都有其各自的優(yōu)點和缺點,見表1,采用哪種冷卻方式應(yīng)根據(jù)具體工藝環(huán)境和限定條件確定。資料表明,近些年來,中厚板軋機軋后在線加速冷卻方式大多數(shù)采用柱狀層流冷卻和水幕冷卻方式,同時也相繼采用了噴霧冷卻(水—氣噴霧)、高密度管層流冷卻和直接淬火冷卻方式。3具有良好的冷卻系統(tǒng)國外控冷技術(shù)發(fā)展很早,20世紀60年代以前使用由噴嘴噴射的高壓水冷卻,以后又發(fā)展為柱狀層流冷卻系統(tǒng)和水幕冷卻系統(tǒng)。20世紀60年代第一套層流冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于英國布林斯奧思432mm窄帶鋼熱軋機,以后幾乎每套熱帶鋼軋機輸出輥道上都裝有冷卻系統(tǒng),但直到20世紀80年代以前,其應(yīng)用僅限于厚度16mm以下的板帶。20世紀80年代初,日本首次提出并研制成功第一套中厚板加速冷卻裝置,在日本福山厚板廠投入使用。隨后,有關(guān)熱軋雙相鋼的控制軋制(CR)和控制冷卻(CC)的基本理論研究,在日本開展得非常迅速。新日鐵在低于200℃的超低熱矯溫度下,穩(wěn)定地生產(chǎn)出雙相鋼。許多日本和歐洲的厚板廠配備了控制冷卻裝置。日本典型的板材加速冷卻設(shè)備見表2,歐洲典型的板材加速冷卻設(shè)備見表3。表2和表3列出了各種冷卻工藝設(shè)備,這些設(shè)備的冷卻方式概括起來主要是層流冷卻及水幕冷卻方式,因此,著重介紹層流冷卻設(shè)備和水幕冷卻設(shè)備。3.1采用密閉式水層冷卻技術(shù)圖1是層流冷卻設(shè)備布置簡圖。層流冷卻是以大量虹吸管從水箱中吸出冷卻水,在無壓力情況下流向帶鋼,使大流量的低壓水與帶鋼平穩(wěn)接觸,冷卻水不反濺,并緊貼在帶鋼表面上按一定方向做宏觀運動,因它具有某些層流特點,所以稱為層流冷卻方式。由于虹吸管的數(shù)量很多,排列又很密,帶鋼表面上的水層時刻可以更新,并且,沿輸出輥道每隔一段距離設(shè)置一定數(shù)量的側(cè)噴頭,將滯留在帶鋼表面上的水沖掉,所以冷卻效果很好。20世紀70年代,國內(nèi)開始應(yīng)用熱軋帶鋼控制冷卻技術(shù)。20世紀70年代末武鋼引進的1700mm熱軋帶鋼機上部采用柱狀層流冷卻和下部噴水冷卻的控制技術(shù)。寶鋼的熱帶鋼軋機采用層流冷卻控制系統(tǒng)。日本鋼管公司福山第二熱軋廠于1985年對其管層流冷卻系統(tǒng)進行了改造,通過水位最佳化調(diào)整、噴水量的兩段切換以及引進縫隙層流冷卻系統(tǒng)裝置,提高了冷卻效果,達到了節(jié)能和提高卷取溫度精度的目的。1984年日本專利報道了一種層流冷卻裝置,其集管流量可調(diào),是一種緩急自由的冷卻裝置。該裝置對提高帶鋼的組織性能級別產(chǎn)生了很好的效果,就是說不添加或少添加合金元素就可達到提高鋼板強度和韌性的目的,從而節(jié)省了合金元素,可用普碳鋼代替某些低合金鋼,大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量,得到優(yōu)質(zhì)、高韌性、低屈服強度比的鋼板,產(chǎn)品質(zhì)量波動很小。3.2能控制水幕層流形成幕水幕冷卻是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新的冷卻方法,它保持了虹吸管層流冷卻的優(yōu)點,冷卻能力較高,橫向冷卻較均勻,且設(shè)備簡單,如圖2所示。日本往友金屬工業(yè)公司鹿島廠1984年投產(chǎn)的水幕冷卻裝置包括一個集水箱、一個狹縫噴嘴和一個氣動擋板。當冷卻水通過噴嘴落向帶鋼時便形成幕形層流。該廠熱帶鋼軋機的輸出輥道上有15個這樣的冷卻裝置。前蘇聯(lián)的一項專利報道了一種可調(diào)的水幕冷卻裝置。它帶有窄口噴嘴充水槽,在窄口噴嘴下部安裝一個能在垂直于水流方向的平面上往返移動的閘板,并在上面給閘板安上一個能伸入噴嘴的小刷子,通過連續(xù)改變冷卻水的寬度,使之與被冷卻的鋼板的寬度相適應(yīng),同時清洗窄口噴嘴內(nèi)部污垢,提高冷卻效率。德國專利報道了一種水幕冷卻裝置。它是由一個水箱和一個垂直于帶鋼運行方向并延伸到整個被冷卻帶鋼寬度上的縫隙式噴嘴組成,通過控制噴嘴縫隙形成水幕。噴嘴的出口比噴嘴的入口大,并向出口不斷突出擴張,可以補償水幕出現(xiàn)的斷面收縮,保持均勻良好的水幕形狀。4冷卻系統(tǒng)的控制4.1溫度場計算模型冷卻區(qū)進行溫度預(yù)報和設(shè)定值計算是整個控制冷卻模型的核心和基礎(chǔ)。溫度場計算模型是從簡化的一維數(shù)學(xué)模型開始,研究了鋼板在厚度方向的溫度分布狀態(tài),是冷卻過程鋼板板形平直的基礎(chǔ)。其中建立了換熱系數(shù)模型,為了全面考慮溫度分布狀態(tài),溫度場計算模型由一維發(fā)展到二維模型[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16],使鋼板在橫向溫度控制方面得到了有效應(yīng)用。設(shè)定值計算模型是鋼板在冷卻過程中對流量、輥道速度、冷卻段開啟數(shù)等參數(shù)的計算。為了精確控制終冷溫度,在整個控冷模型中,還需要有自適應(yīng)模型,能對終冷溫度進行反饋控制。4.2控制冷卻技術(shù)的困難在中厚板冷卻控制過程中目前存在的難點如下。(1)鋼板終止冷卻鋼板軋制過程中一般頭部和尾部比中間部分的溫度低。在采用恒速輸送時,鋼板的終止冷卻溫度從頭至尾呈線性降低。為了保證長度方向上冷卻的終止溫度均勻性,進入控冷區(qū)之后應(yīng)當采用加速軋制的速度制度,但是,速度制度和其他影響控冷因素的影響機理復(fù)雜,其中有的還具有交叉性。(2)表面冷卻水量由于水在上下表面的停留時間和流動狀態(tài)不同,所以造成上下冷卻的不均勻性。如果對此不加以控制,則會造成鋼板的翹曲。因此,上下表面的冷卻水量有一定的比例。一般下水量與上水量的比約為1.5～2.5,在生產(chǎn)現(xiàn)場中,一般只能憑經(jīng)驗或一定的生產(chǎn)期間內(nèi)得出上下水量的比例關(guān)系,但難于得出一定的函數(shù)關(guān)系式。(3)濕溫計通常安裝在冷卻區(qū)域外10m以上，檢測停滯在橫向溫度控制中,上水幕有遮蔽措施,下水幕沒有遮蔽措施,下冷卻水回落到鋼板表面,給控制帶來不利影響。5研究并完善控制冷卻模型的生產(chǎn)技術(shù)(1)水幕冷卻和層流冷卻都具有很好