CN101890437A - 一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统 - Google Patents

一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统 Download PDF

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Abstract

一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统，在轧线上沿钢板轧制运行方向依次排列密度不同集水管的冷却装置，其特征在于在轧机后设置超快速冷却区和层流冷却区，超快速冷却区采用密集管流结构，共设2组，上、下集管分别对应布置在每根轧辊的上、下方，并与高压水管相接，该集管喷嘴为倾斜喷射式缝隙结构；层流冷却区粗冷段集管组数量为5～10组，加密冷却段集管组数量为5～10组，精冷段组数量为2～3组；层流冷却段下集管采用喷管喷嘴，布置在每个辊道间隙中，与常压供水管路连接；本系统的每组集管前、后均布置有吹扫装置，并且辊道两侧还设置侧吹装置，及时去除钢板表面的残留水。根据生产产品和轧机参数的不同调整冷却强度，能满足带钢从轧后800～1000℃快速冷却至200～750℃的温度区间的要求。

Description

一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统
技术领域
本发明涉及金属加工热轧带钢轧后冷却技术领域，具体是一种用于热轧带钢生产线的冷却装置。
背景技术
自20世纪90年代以来，为突破传统热轧带钢控轧控冷技术“低温大压下”和添加微合金元素带来的工艺限制，适当提高终轧温度，降低合金元素使用量，实现热轧带钢减量化生产，即采用节约型的成分设计和减量化的生产方法，获得高附加值、可循环的钢铁产品，热轧带钢生产线对轧后冷却工艺和设备有了新的需求。
热轧带钢轧后冷却设备在输出辊道上通过不同的设备布置形式，以满足带钢不同冷却速度、卷取温度以及其他温度控制要求，从而配合热轧过程，有效地控制带钢的力学性能。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着非常重要的直接影响。
当前，根据特殊热带钢产品的生产工艺，要求热轧带钢从轧后800～1000℃先快速冷却至550～750℃的温度，随后再通过采用适当的冷却速率冷却至带钢卷取温度范围，而目前的常规流程和短流程生产线，轧后冷却普遍采用层流冷却装置，由于其冷却能力较低，已不能满足这种特殊冷却要求的热轧带钢生产需要。具有更高冷却强度的热轧带钢超快速冷却技术应运而生。
具有更大冷却能力的热轧超快速冷却装置已有介绍，如《东北大学学报》杂志2009.30(7)P913-P922，《轧钢》杂志2010.27(2)P1-P6提出了基于轧后超快速冷却为核心的新一代控制轧制和控制冷却技术与创新的热轧过程工艺技术；《轧钢》杂志2009.No.6P1-P5介绍了几种可能的基于超快速冷却装置的热轧带钢轧后冷却设备布置方案。《钢铁》杂志2004.No.8P71-P74介绍了一种冷却装置，带有一定压力的冷却水流通过密集喷嘴垂直冲击到钢板表面，实现冷却的主要问题是：(1)垂直地冲击到钢板表面的冷却水短时间内在钢板表面流动性差，滞留在钢板表面；(2)滞留在钢板表面的冷却水容易在钢板表面形成汽膜，产生水的过渡沸腾换热，造成冷却不均；(3)冷却过程的不均容易使钢板产生较大变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于热轧带钢生产线的冷却系统，按照冷却装置的喷水管排列密度不同分成超快速冷却段、粗冷段、加密冷却段及精冷段，根据生产产品和轧机参数的不同，能满足带钢从轧后800～1000℃快速冷却至200～750℃的温度区间的要求。
一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统，在轧线上沿钢板轧制运行方向依次排列密度不同集水管的冷却装置，其特征在于在轧机后设置超快速冷却区和层流冷却区，超快速冷却区采用密集管流结构，共设2组，上、下集管分别对应布置在每根轧辊的上、下方，平行设置，超快速冷却区的上、下集管直接与高压供水管相接；该集管喷嘴形式为倾斜喷射式缝隙结构，对于轧后3～4mm厚度的带钢，超快速冷却区的冷却速度可达300℃/s。层流冷却区根据上集管与相对应辊道间距的排布密度不同，分成层流冷却粗冷段、层流冷却加密冷却段和层流冷却精冷段；粗冷段集管组数量为5～10组，加密冷却段集管组数量为5～10组，精冷段组数量为2～3组；层流冷却段下集管采用喷管喷嘴形式，布置在每个辊道间隙中，层流冷却区通过两级储水箱与常压供水管路连接；本系统的每组集管前、后均布置有吹扫装置，并且辊道两侧还设置侧吹装置，及时去除钢板表面的残留水。
本发明的优点是：
1.本发明通过采用冷却强度不同的冷却装置优化组合布置方式，有利于带钢实现合理的冷却速度控制和温度精度控制，为热轧带钢轧后多用途的冷却路径控制提供手段。
2.本冷却装置根据传热学原理，热轧后带钢在冷却过程中，先经过超快速冷却区域，超快冷段采用0.2MPa～0.8MPa压力的冷却水，可实现5～300℃/s(具体视带钢厚度和温度而定)范围内的冷却速度，有利于实现对板带材的高强度冷却，控制轧后板材内部组织转变过程。粗冷段、加密冷却段、精冷段采用常压水，喷嘴出口的常压水垂直落在钢板表面上，主要采用沸腾换热机理冷却。可以通过调节不同冷却段集管的开启组数来调节热轧带钢的冷却速率和终冷温度，来满足其工艺要求。本冷却装置超快速冷却段可满足特殊热轧带钢品种的要求，解决了现有常规热轧带钢生产线冷却设备存在的冷却能力不足的问题，或满足新的热轧工艺需要，层流加密冷却段同比粗冷段集管布置适度加密，可满足带钢后段强化冷却工艺的需要。本发明的轧后冷却装置布置方式为实现丰富的热轧带钢轧后冷却路径控制提供了手段。
3.本冷却装置超快速冷却装置采用倾斜喷射式喷嘴，即喷嘴出口带有一定压力的水射流与被冷却板材成一定的角度，吹扫钢板表面换热过程中形成的水膜，更多的实现射流冲击及核态沸腾换热，以此来实现板带材的高强度均匀冷却。
4.本冷却装置的上、下集管沿钢板宽向均匀冷却，每个集管喷嘴出口的水流量可通过控制阀组实现单独调节，以保证热轧带钢冷却过程中上下集管水量比的准确控制，从而保证冷却后的带钢沿长度方向的平直。
5.冷却装置工作过程，通过前气吹装置、侧喷水装置、后气吹装置，可沿钢板宽向扫除钢板表面的滞留的残水，从而提高钢板表面冷却效率，减少因滞留水在钢板表面的沸腾过程产生的冷却不均。前气吹装置、侧喷水装置、后气吹装置扫除钢板表面残水还有利于冷却装置前、后或冷却装置内安装的检测仪表对钢板表面进行的参数测量。
附图说明
图1为本发明冷却系统沿轧制生产线运行方向设置示意图；
图2为本系统中超快速冷却区两组冷却装置示意图；
图3为本系统层冷区中粗冷段一组冷却装置示意图；
图4为本系统层冷区中加密冷却段一组冷却装置示意图；
图5为本系统层冷区中精冷段一组冷却装置示意图；
图6为层流冷却上下集管供水设置示意图。
具体实施方式
一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统，在轧线上沿钢板轧制运行方向依次排列集水管排布密度不同的冷却装置，其特征在于在轧机后设置超快速冷却区和层流冷却区，见图1。
超快速冷却区1采用密集管流结构，共设2组，如图2所示，每组设置8～10根上集管5和相等数量的下集管6，上集管5、下集管6分别对应布置在每根辊7的上、下方，平行设置，超快速冷却区1的上、下集管5、6直接与高压供水管相接，该集管喷嘴形式为倾斜喷射式缝隙结构，(见专利号：ZL200710010745.6可形成扁平喷射流的冷却装置)与带钢运行方向形成一定的倾斜角度，上集管5喷水出流角度为α，0°≤α≤45°，下集管6喷水出流角度为β，0°≤β≤45°，供水压力为0.2MPa～0.8MPa，对于轧后3～4mm厚度的带钢，超快速冷却区的冷却速度可达300℃/s。
在超快速冷却区1后设置层流冷却区，根据上集管与相对应辊道间距的排布密度不同，分成层流冷却粗冷段2、层流冷却加密冷却段3和层流冷却精冷段4。
粗冷段每组布置有4根上集管8，见图3，以相邻两辊7的间距a为单位，相邻两上集管8的间距为3a，每根上集管8布置有两排一定数量的U型管14，各排U型管14依次垂直于轧制方向，并且各排U型管14均对准相垂直的各自辊7的中轴线，同根上集管的两排U型管的径向间距为a；每三根下集管9为一组，与上集管8对应，每根下集管9上布置有一定数量的喷管15，用于实现对钢板的冷却。层流粗冷区的特征为每3根辊道7段内布置有1根上集管8，每三根下集管9对应一根上集管8。根据钢板规格及冷却工艺需要，可布置不同数量的层流冷却粗冷段。
层流加密冷却段每组集管布置有6根上集管16，见图4，上集管16间距为2a，即每根上集管16对应下方的两个辊7的中线，上集管16径向布置有两排一定数量的U型管17；U型管依次垂直于轧制方向，并且各排U型管均对准辊7中轴线，同根上集管16的两排U型管17的径向间距为a。层流加密冷却段特征在于每根上集管16安装两排U型管，两排U型管喷嘴出流分别落在集管下方的两根相邻辊道上，相邻两根集管采用连续布置，即相邻两根集管的两排U型管之间没有辊道间隔，由于沿钢板运行方向集管排布加密，层流加密冷却段的冷却强度要远大于粗冷段。根据钢板规格及冷却工艺需要，可布置不同数量的层流加密冷却段。
精冷段每组集管布置有8根上集管19，见图5，每两根上集管19相邻安置，间隔一个辊7之后重复布置。每根上集管19均径向布置有一排一定数量的U型管20，U型管20径向设置间距为2a。由于每根精冷集管的U型管数量要少于粗冷段集管，为此层流冷却精冷却段冷却强度要小于粗冷段。根据钢板规格及冷却工艺需要，可布置不同数量的层流精冷段。
层流冷却区的下集管9径向倾斜5～8°布置喷管18，与钢板运行方向一致。
层流冷却区的U型管14、17、20和下集管9的出水口径均采用等径管，层流区上集管U型管出流水垂直落在带钢上表面，下集管倾斜安置，使下集管冷却水出流沿轧线钢板运行方向呈5～8°倾斜角度γ。
层流冷却区分流集水管11与连接常压供水管路高位水箱10相连接，供水管与分流集水管11相连接供给层流冷却区上下集管冷却水，见图6，层流冷却区上下集管U型管出流水压为0.075～0.1Mpa。
本冷却系统的每组集管前、后均布置有吹扫装置12，并且辊道两侧还设置侧吹装置13，及时去除钢板表面的残留水；吹扫、侧吹介质为1.0～1.2MPa水介质或0.4～0.6Mpa压缩空气介质。

Claims (7)

1.一种用于热轧带钢生产线的轧后冷却系统，在轧线上沿钢板轧制运行方向依次排列密度不同集水管的冷却装置，其特征在于在轧机后设置超快速冷却区和层流冷却区(1)，超快速冷却区采用密集管流结构，共设2组集管，上、下集管(5，6)分别对应布置在每根辊(7)的上、下方，平行于辊设置，超快速冷却区的上、下集管(5，6)直接与高压供水管相接；该集管喷嘴形式为倾斜喷射式缝隙结构，对于轧后3～4mm厚度的带钢，超快速冷却区的冷却速度可达300℃/s；层流冷却区根据上集管(8)与相对应辊道间距的排布密度不同，分成层流冷却粗冷段(2)、层流冷却加密冷却段(3)和层流冷却精冷段(4)；粗冷段集管组数量为5～10组，加密冷却段集管组数量为5～10组，精冷段组数量为2～3组；层流冷却段下集管(9)采用喷管喷嘴形式，布置在每个辊道间隙中；层流冷却区通过两级储水箱与常压供水管路连接。
2.根据权利要求1所述的轧后冷却系统，其特征在于超快速冷却区中每组设置8～10根上集管(5)和相等数量的下集管(6)，上集管(5)喷水出流角度为α，0°≤α≤45°，下集管(6)喷水出流角度为β，0°≤β≤45°，与带钢运行方向呈锐角倾斜喷射射流。
3.根据权利要求1所述的轧后冷却系统，其特征在于层流冷却区的供水下集组：上集管组：粗冷段为4根上集管(8)为一组；加密段为6根上集管(16)为一组；精冷段为8根上集管(19)为一组；各组中上集管的密度：以相邻两辊(7)的间距a为单位，粗冷段相邻上集管的间距为3a，加密冷却段相邻上集管的间距为2a；精冷段上集管(19)每两根相邻安置，且平行于三根辊(7)上方，间隔一根辊(7)后再重复设置相同的下一组。
4.根据权利要求1所述的轧后冷却系统，其特征在于层流区上集管设置的冷却水U型管密度：粗冷段上集管(8)径向安装两排分水的U型管(14)，同样加密冷却段上集管(16)也径向安装两排分水的U型管(17)，U型管(14)或U型管(17)均依次垂直于轧制方向，并且各排U型管均正对各自辊(7)的中轴线，同根上集管的两排U型管(14)或U型管(17)的径向间距为a；精冷段每根上集管(19)安装一排U型管(20)，每两根上集管(19)的U型管径向设置间距为2a。
5.根据权利要求1所述的轧后冷却系统，其特征在于超快速冷却区上、下集管与高压水管相连，冷却水压力为0.2～0.8MPa；层流冷却区分流集水管(11)与常压高位水箱(10)相连接，供水管与分流集水管(11)相连接供给层流冷却区上、下集管冷却水，层流冷却区上、下集管U型管出流水压为0.075～0.1Mpa。
6.根据权利要求1所述的轧后冷却系统，其特征在于层流冷却区的U型管(14、17、20)和下集管(9)的出水口径均采用等径管，层流区上集管U型管出流水垂直落在带钢上表面，下集管(9)径向倾斜5～8°布置喷管(18)，使下集管冷却水出流沿轧线钢板运行方向倾斜角度γ。
7.根据权利要求1所述的轧后冷却系统，其特征在于本系统的每组集管前、后均布置有吹扫装置(12)，并且辊道两侧还设置侧吹装置(13)，及时去除钢板表面的残留水；吹扫、侧吹介质为1.0～1.2MPa水介质或0.4～0.6Mpa压缩空气介质。
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