CN102513383B - 一种中厚板超快速和常规层流冷却方法 - Google Patents

一种中厚板超快速和常规层流冷却方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中厚板超快速和常规层流冷却方法，步骤包括轧制成40~100mm的中厚板；将中厚板正向快速空冷通过轧后冷却设备至矫直机；矫直后传输辊电机换向倒转，使中厚板反向快速空冷通过轧后冷却设备送回至超快冷设备前的轧后辊道；按照中厚板轧制工艺要求的开冷、超快冷终冷、层冷终冷和返红温度，控制程序计算水冷规程，并通过程序指令控制超快速冷却设备或/和常规层流冷却设备对应钢板执行控制冷却作业程序；钢板出冷却设备段后经过矫直机，运至冷床。使用本发明的方法，超快冷设备单独使用或与层流冷却联合使用，可实现大冷却速度、分阶段冷却和冷却速度大范围可调工艺。

Description

一种中厚板超快速和常规层流冷却方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种利用超快速冷却和常规层流冷却设备，实现中厚板先矫直后正向冷却的方法。
背景技术
超快速冷却（Ultra Fast Cooling，简称UFC）作为一种冷却能力极强的控制冷却装置，在控轧控冷生产高强度含Nb钢方面具有显著的优势，可使Nb元素的使用量降低，使含Nb钢轧制时出现的上述问题迎刃而解。以超快冷技术为核心的新一代TMCP（Thermo Mechanical Control Process）技术可以使Nb元素对强韧性的贡献发挥到极致，是生产低成本高强钢的最有效途径之一。
该技术的中心思想是：（1）奥氏体区间，趁热打铁，在适于变形的温度区间完成连续大变形和应变积累，得到硬化的奥氏体；（2）使轧件迅速通过奥氏体相区，保持轧件奥氏体硬化状态；（3）在奥氏体向铁素体或贝氏体相变过程中终止冷却，使Nb元素在铁素体或贝氏体相变过程中析出；（4）后续依照材料组织和性能的需要进行冷却路径的控制。
在中厚板生产领域，由于终冷温度偏低、矫直机能力有限等问题造成钢板板型难以控制，给中厚板生产带来了诸多难题。如在生产高级别钢种，并且终冷温度较低时，钢板强度远大于矫直机最大矫直能力，导致钢板板型难以矫正，钢板成材率降低。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种中厚板先矫直后正向冷却的超快速和常规层流冷却方法，利用中厚板生产线上已有的超快速冷却设备与常规层流冷却设备，实施先矫直，后正向冲击射流水冷却。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种中厚板超快速和常规层流组合冷却方法，轧线上超快速冷却设备位于轧机后侧，常规层流冷却设备位于超快速冷却设备后侧和矫直机前侧，程控系统在轧机上配置信息采集和指令执行电器件，其特征在于实现中厚板先矫直后正向冷却方法的步骤如下：
步骤1：对加热至1000~1200℃的钢坯进行除磷处理，然后由传输辊道运至轧机进行多道次轧制后，制成目标厚度40mm~100mm的中厚板；
步骤2：将制成的中厚板正向快速空冷通过由超快速冷却设备与常规层流冷却设备组成的轧后冷却设备，通过速度为辊道速度最大值，至矫直机；
步骤3：矫直完成后，将传输辊电机换向倒转，使中厚板反向快速空冷通过轧后冷却设备，通过速度为辊道速度最大值，送回至超快速冷却设备前的轧后辊道；
步骤4：按照中厚板轧制工艺要求的开冷温度、超快冷终冷温度、层冷终冷温度和返红温度，控制程序计算水冷规程，并通过程序指令控制超快速冷却设备和常规层流冷却设备对应钢板执行控制冷却作业程序；
步骤5：钢板出冷却设备段后经过矫直机，根据矫直机实际能力进行矫直操作或直接通过，由矫直辊道运至冷床。
根据上述的中厚板超快速和常规层流冷却方法，其特征在于，单独使用超快冷或两种冷却设备联合使用的控制方式。
根据上述的中厚板超快速和常规层流冷却方法，其特征在于，单独使用超快速冷却设备(2)加工40mm厚度的船板，开冷温度720℃，单独使用超快速冷却设备(2)将钢板冷却至450~550℃，冷却速度控制在15~30℃/s，超快速冷却设备供水压力0.5MPa，控制冷却之后将钢板(6)运送到冷床上。
根据上述的中厚板超快速和常规层流冷却方法，其特征在于，联合布置超快速冷却设备(2)和常规层流冷却设备(3)，生产50mm厚度的钢板，开冷温度720℃，钢板(6)通过超快速冷却设备(2)后冷却至500℃，钢板(6)再通过常规层流冷却设备(3)后冷却至280℃，平均冷却速度控制在25℃/s，超快速冷却设备(2)供水压力0.5MPa，常规层流冷却设备(3)供水压力0.1MPa，控制冷却之后将钢板(6)运送到冷床上。
根据上述的中厚板超快速和常规层流冷却方法，其特征在于，联合布置超快速冷却设备(2)和常规层流冷却设备(3)，生产100mm厚度的钢板，终冷温度和冷却速率随钢板厚度不同而变化，按照中厚板轧制工艺要求的开冷温度、超快冷终冷温度和返红温度，控制程序计算或人工设定水冷规程，并通过程序指令控制超快速冷却设备和常规层流冷却设备对应钢板执行控制冷却作业程序。
本发明的有益效果：
(1)控制模式多样，包括超快速冷却设备单独使用、超快冷和层流冷却设备联合使用两种模式，可实现大冷却速度工艺、分阶段冷却工艺和冷却速度大范围可调工艺。
(2)具有较大的冷却速度和冷速调节区间（5~100℃/s视水温和板厚而定），保证冷钢板的性能指标。
(3)超快速冷却设备的集管斜喷式冷却是区别于老式常规层流冷却设备的喷水方式，可以实现冷却水在钢板表面进行核沸腾换热，提高了冷却速度并有着良好的冷却均匀性。
(4)冷却能力调节灵活，可以通过集管的开闭，辊速的调整等方法方便的调整冷却速度和温度。
本发明利用超快速冷却和常规层流冷却设备，用于中厚板生产线，实施先进行矫直，然后进行控冷，特别是对控冷后的板型进行严格的控制，能够有效的解决中厚板生产板型控制问题，能够达到良好的工艺性能。方法中将超快速冷却（UFC）设备单独使用模式，加之合理的喷嘴位置排布，具有高冷速与良好的冷却均匀性的优点，可实现大冷速工艺、超快速冷却（UFC）和常规层流冷却（ACC）设备联合使用模式实现分阶段冷却和冷速大范围可调工艺。
附图说明
图1为轧机与轧后冷却设备及矫直机的布置形式示意图。
图2为先矫直后正向冷却的步骤1步序示意图；
图3为先矫直后正向冷却的步骤2步序示意图；。
图4为先矫直后正向冷却的步骤3步序示意图；
图5为先矫直后正向冷却的步骤4步序示意图；
图6为先矫直后正向冷却的步骤5步序示意图；
图７为单独使用超快速冷却设备进行先矫直后正向冷却工艺温度和速度示意图；
图８为超快速冷却和常规层流冷却设备联合使用进行先矫直后正向冷却工艺温度和速度示意图。
具体实施方式
中厚板先矫直后正向冷却的超快速和常规层流冷却方法，包括采用中厚板生产线上已有的轧后控制冷却设备，各钢铁生产厂家根据附图1提供方式，在轧机1出口后面设置超快速冷却设备2、接着设置常规层流冷却设备3，在常规层流冷却设备3后的轧线上设置返红高温仪4，接着设置矫直机5；其特征在于单独利用超快速冷却设备和联合使用超快速冷却和常规层流冷却设备，可实现大冷却速度工艺、分阶段冷却工艺和冷却速度大范围可调工艺的中厚板先矫直后正向冷却的方法。
超快速冷却设备的喷嘴形式为斜喷式缝隙喷嘴和三联喷嘴两种，其中缝隙式喷嘴冷速要大于三联喷嘴，实际使用中可根据冷速要求进行适当配置，如一组缝隙式喷嘴、多组三联喷嘴或多组缝隙式喷嘴、一组三联喷嘴，如前段需要大冷速，可将缝隙式喷嘴放置在设备前段，如后段需要大冷速，则将缝隙式喷嘴放置在设备后段。
层流冷却设备的喷嘴形式为每组上集管对应两组下集管，共12组上集管24组下集管，上集管采用鹅颈管，每根集管的两侧沿带钢横向交错分布三排鹅颈管，每根集管两侧的鹅颈管数量多而密集，形成的圆柱形水流可以均匀而平稳地落到钢板面上。下集管采用常规直集管设计方式。
实施例1
先矫直后正向冷却方法：以生产40mm厚度的EH36船板，采用附图1布置的设备，实施先矫直后正向冷却技术，其特征在于单独使用超快速冷却设备，步骤1见附图2：步骤1：对加热至1000~1200℃的钢坯进行除磷处理，然后由传输辊道运至轧机进行多道次轧制后，制成目标厚度40mm以上的终轧中厚板，步骤2见附图3，钢板6出轧机1后由传输辊道运送，快速（以轧辊全速）空冷通过超快速冷却设备2和常规层流冷却设备3，通过速度为辊道速度最大值，两套水冷设备都不开机，钢板6至矫直机5矫直，步骤3见附图4，矫直完成后，传输辊的驱动电机换向倒转，使钢板6反向快速空冷通过超快速冷却设备2和常规层流冷却设备3，通过速度为辊道速度最大值；根据工艺设定，开冷温度720℃，按照中厚板轧制工艺要求的开冷温度、超快冷终冷温度和返红温度，控制程序计算或人工设定水冷规程，并通过程序指令控制超快速冷却设备对应钢板执行控制冷却作业程序，常规层流冷却设备不工作；步骤4见附图5，单独使用超快速冷却设备2将钢板冷却至450℃，冷却速度控制在15℃/s，超快速冷却供水压力0.5MPa，控制冷却之后将钢板6运送到冷床上。采用超快速冷却设备2先矫直后正向冷却工艺后，与采用常规层流冷却设备3先矫直后正向冷却工艺相比，钢板的屈服强度提高4-6%，抗拉强度提高2-3%。
实施例2
方法与上述实施例1方法基本相同，其区别在于单独使用超快速冷却设备2将40mm厚度的EH36船用钢板6冷却至550℃，见附图5步骤4，冷却速度控制在30℃/s，图6所示的步骤5，同样超快速冷却供水压力0.5MPa，控制冷却之后将钢板6运送到冷床上。实施例二采用超快速冷却设备2先矫直后正向冷却工艺后，与采用常规层冷先矫直后正向冷却工艺相比，钢板的屈服强度提高8-12%，抗拉强度提高4-6%。
实施例1和2都是单独中单独使用超快速冷却设备，实施例1“将钢板冷却至450℃，冷却速度控制在15℃/s，超快速冷却供水压力0.5MPa，”，实施例2“将钢板6冷却至550℃，冷却速度控制在30℃/s，同样超快速冷却供水压力0.5MPa，”实施例1和2目的是在说明不同冷速对钢板性能的影响。冷却后温度和冷却速度不同，对超快冷调节的流量不同，如实施例1冷速小，冷却时间长；实施例1冷速大，冷却时间则短。
实施例3
先矫直后正向冷却方法：以生产50mm厚度的EH36船板，按附图1所示联合布置超快速冷却设备2和常规层流冷却设备3，将钢板6加热至1200℃，轧制成厚度为50mm的钢板，见附图2步骤1：钢板6出轧机1后由传输辊道运送，快速空冷通过超快速冷却设备2和常规层流冷却设备3，两套水冷设备都不开机，见附图3步骤2，至矫直机5矫直，矫直完成后传输辊的驱动电机换向倒转，使钢板6反向快速空冷通过超快速冷却设备2和常规层流冷却设备3，见附图4步骤3，根据工艺设定，开冷温度720℃，通过超快速冷却设备2后将钢板6冷却至500℃，再通过常规层流冷却设备3后将钢板6冷却至280℃，见附图5步骤4，平均冷却速度控制在25℃/s，超快速冷却设备2供水压力0.5MPa，常规层流冷却设备3供水压力0.1MPa，控制冷却之后将钢板6运送到冷床上，见图6所示步骤5。联合采用超快速冷却和常规层流冷却设备的先矫直后正向冷却方法，与采用常规层流冷却设备的先矫直后正向冷却方法相比，钢板的屈服强度提高6-8%，抗拉强度提高3-4%。
实施例4
先矫直后正向冷却方法：100mm厚度规格钢板先矫直后正向冷却过程与上述实施例的实现过程相同，区别在于终冷温度和冷却速率随钢板厚度不同而变化。
实施例中所提到的参数，均根据工艺要求而定。
图7中底部箭头及虚线分隔并由7-11标示轧后区间分别表示步骤1-5时，先矫直后正向冷却工艺中温度与对应速度的关系。如区间7代表步骤1中钢板以2.0m/s的速度正向通过轧后区域，在区间7中钢板温度略有下降；区间8代表步骤2，钢板以2.0m/s的速度正向通过超快冷和层冷区域，钢板温度略有下降；区间9代表步骤3，传输辊倒转，钢板以-2.0m/s的速度，反向通过超快冷和层冷区域，可见钢板温度有下降；区间10代表步骤4，钢板以工艺要求速度转为正向通过超快冷和层冷区域时，只是单独使用超快速冷却设备进行控制冷却，钢板温度显著下降，冷却速率不变；11区间代表步骤5，钢板以工艺要求速度正向通过冷却后辊道，钢板温度有上升波动。
图8的图面形式与图7基本相同，区间7代表步骤1及效果也相同，其区别特征在于自区间8代表步骤2起，超快速冷却和常规层流冷却设备联合使用，钢板以2.0m/s的速度正向通过超快冷和层冷区域，钢板温度有所下降；区间 9代表的步骤3中，同样传输辊反向、钢板以-2.0m/s的速度反向通过的是两套设备全开启的超快冷和层冷区域，钢板温度可见下降；区间10代表的步骤4中，钢板以工艺要求速度正向通过超快冷和层冷区域，同步骤3使用超快冷和层冷进行控制冷却，钢板温度下降显著，由于超快冷和层流冷却速率不同而呈现拐点，温降略低于图7所示单独使用超快速冷却设备进行控制冷却的方法，在11区间代表的步骤5中，钢板以工艺要求速度正向通过冷却后辊道，钢板温度有也有上升波动，最终温降略低于图7所示效果。
本发明方法的单独使用超快冷或两种冷却设备联合使用的控制方式，可实现大冷却速度工艺、分阶段冷却工艺和冷却速度大范围可调工艺。

Claims (1)

1.一种中厚板超快速和常规层流组合冷却方法，轧线上超快速冷却设备位于轧机后侧，常规层流冷却设备位于超快速冷却设备后侧和矫直机前侧，程控系统在轧机上配置信息采集和指令执行电器件，其特征在于实现中厚板先矫直后正向冷却方法的步骤如下：
步骤1：对加热至1000~1200℃的钢坯进行除磷处理，然后由传输辊道运至轧机进行多道次轧制后，制成目标厚度的中厚板；
步骤2：将制成的中厚板正向快速空冷通过由超快速冷却设备与常规层流冷却设备组成的轧后冷却设备，通过速度为辊道速度最大值，至矫直机；
步骤3：矫直完成后，将传输辊电机换向倒转，使中厚板反向快速空冷通过轧后冷却设备，通过速度为辊道速度最大值，送回至超快速冷却设备前的轧后辊道；
步骤4：按照中厚板轧制工艺要求的开冷温度、超快冷终冷温度、层冷终冷温度和返红温度，控制程序计算水冷规程，并通过程序指令控制超快速冷却设备和常规层流冷却设备对应钢板执行控制冷却作业程序；
步骤5：钢板出冷却设备段后经过矫直机，根据矫直机实际能力进行矫直操作或直接通过，由矫直辊道运至冷床；
在单独使用超快速冷却设备(2)加工40mm厚度的船板的情况下，开冷温度720℃，单独使用超快速冷却设备(2)将钢板冷却至450~550℃，冷却速度控制在15~30℃/s，超快速冷却设备供水压力0.5MPa，控制冷却之后将钢板(6)运送到冷床上；
在联合布置超快速冷却设备(2)和常规层流冷却设备(3)生产50mm厚度的钢板的情况下，开冷温度720℃，钢板(6)通过超快速冷却设备(2)后冷却至500℃，钢板(6)再通过常规层流冷却设备(3)后冷却至280℃，平均冷却速度控制在25℃/s，超快速冷却设备(2)供水压力0.5MPa，常规层流冷却设备(3)供水压力0.1MPa，控制冷却之后将钢板(6)运送到冷床上。
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