CN102747206B - 一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其在带钢退火缓冷后对带钢进行进一步的快速冷却，所述水淬方法包括下列步骤：(1)采用一第一喷射装置向带钢表面喷射层状水柱，所述层状水柱的喷射方向与带钢的行进方向呈锐角夹角；(2)采用一第二喷射装置向带钢表面喷射高速水流，所述高速水流将在带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面；(3)将带钢浸膜在冷却水中，并采用一设置于冷却水液面下的第三喷射装置向带钢表面喷射高速水流，所述高速水流将在带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面；(4)将带钢表面的冷却水烘干。

Description

一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法

技术领域

本发明涉及冷轧带钢的冷却方法，尤其涉及冷轧带钢的水淬冷却方法。

背景技术

为了在钢板的基板中添加少量合金元素即可生产出高强度钢板，特别是超高强度钢板，以便提高钢板的焊接性能和可制造性能(包括易于铸造、热轧、切边、冷轧、退火等工序生产)，对于连续退火机组，通常在带钢退火缓冷段后进行快速冷却处理。目前常用的快速冷却方法有高氢喷气冷却、气雾冷却和水淬冷却。

高氢喷气冷却由于采用高浓度的氢气作为冷却介质，存在以下不足：

(1)因为高氢容易发生爆炸，所以高氢喷气冷却安全隐患大；

(2)因为高氢喷气冷却段的所有设备、仪表需全部采用防爆类型，大大增加了投资，另外还因为生产时氢气消耗大，不仅生产成本高，而且往往要建造配套的制氢站，投资大，所以，相对而言高氢喷气冷却的投资和生产成本都高；

(3)生产过程中发生板形不良时，例如瓢曲，必须停机处理，因而造成生产不稳定，严重影响机组产能的发挥。这是由于高氢喷气冷却段的气氛与炉子的其它段气氛不同(氢气含量差异非常大)，为了把高氢冷却段与缓冷段、均热段和后续的处理段隔开，必须对高氢喷气冷却段进行严格的密封(通常要采用密封辊等措施)，一旦发生瓢曲等板形不良，由于密封辊间间隙很小，为了达到密封效果，此时密封辊不能打开，必须进行停机处理，不然就会发生断带，这就造成生产不稳定，严重影响机组产能的发挥；

(4)冷却能力相对较低，高氢喷射冷却的冷却速度通常低于150℃/s(对1.0mm厚度的带钢)。这是因为，为了确保带钢高速稳定通板，减少带钢的强烈振动，不仅必须限制喷气速度，而且必须设置稳定辊以避免带钢剧烈振动而导致的带钢表面擦伤甚至断带，但在稳定辊处不能实施高氢喷气冷却，这些都限制了高氢喷气冷却的冷却能力提高。

气雾冷却也存在冷却能力相对不足的问题，一般情况下冷却速率小于250℃/s，很难在基板中添加少量的合金元素的情况下生产出超高强度的钢板，特别是强度级别在980MPa以上级别的超高强度钢板。

此外，还有一种气雾+辊冷的冷却方法，其先将带钢进行气雾冷却，再进行辊冷，该方法虽然能够提高带钢的冷却速度，但使用该方法进行冷却的带钢冷却速度通常远低于500℃/s，冷却能力仍然远远低于水淬冷却速率，而且辊冷技术应用于相变强化的高强钢也存在冷却不均匀、带钢板形不良、性能不均匀等严重问题。

水淬冷却是目前冷却能力最高、最经济实用的一种冷却方法，最适合应用于生产超高强度的相变强化钢板。公开号为US4330112，公开日为1982年5月18日，名称为“连续退火生产线的带钢冷却装置”(Apparatus for coolinga steel strip in a continuous annealing line)美国专利公开了一种水淬冷却方法，该方法采用图1所示的装置冷却带钢：先用水泵2从淬水槽1内抽出冷却水经管道送到喷射装置3喷射到带钢表面进行冷却，再将带钢浸入淬水槽1进行冷却。该方法比较适合于低温带钢的快速冷却，可以将400℃左右的带钢冷却到60～95℃以下，但存在以下不足：(1)适用范围较窄，仅适用于低温带钢的水淬生产，很难应用于高温水淬(在正常生产速度下将700℃左右的带钢冷却到90℃以下)；(2)冷却带钢所产生的水雾和水蒸气很容易进入前面的炉子内，使设备锈蚀严重；(3)开始喷射冷却处，喷射冷却水容易飞溅，造成带钢冷却不均和板形不良。

此外，公开号为EP1300478A1，公开日为2003年4月9日，名称为“连续退火机组的加速冷却装置和过程”(Process and device for acceleratedcooling in a continuous annealing line)的欧洲专利公开了一种热水淬+冷水淬的二级冷却方法，其先采用沸腾水冷却带钢，再采用冷水冷却带钢。由于沸腾水温度高(温度在100℃及100℃以上)，除了冷却速度无法达到冷水淬的冷却速度外，带钢的表面氧化也更为严重，随后的酸洗也更加困难，导致生产成本增高。

另外，现有的各种水淬方法，都无法确保开始水淬时，带钢均匀地接触冷却水进行冷却。当采用传统的淬水槽沉浸式冷却时，由于水淬产生的水蒸气在开始水淬处产生大量的水花和带钢抖动引起液面波动，造成开始水淬时带钢接触冷却水的时间不同，从而造成冷却速度存在差异，引起水淬带钢板形不良，且带钢的强度越高，板形越差。当采用传统的喷射冷却时，喷射的冷却水经带钢反弹后飞溅，不断地接触到水淬前的带钢，也造成水淬冷却速度不均，无法保证带钢获得优良的板形。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，该方法能够实现带钢的快速冷却，而且与现有的水淬方法相比，该方法还可以实现开始水淬的带钢均匀地接触冷却水，同时避免飞溅的水滴接触到水淬前的带钢。此外，通过进一步的优化设计方案，该水淬方法还能够消除沉浸冷却的液面波动对带钢冷却不均匀的影响，从而进一步提高带钢冷却的均匀性，从而获得良好的带钢板形和均匀的力学性能，进而生产出具有优质的超高强度冷轧板产品。另外，较之高氢喷气冷却方法，本发明所述的水淬方法不存在高氢泄漏安全隐患，而且生产成本低，通板能力强，即使出现高氢生产那样的板形不良，也不需要进行停机处理。

本发明根据上述发明目的，提供了一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其在带钢退火缓冷后对带钢进行进一步的快速冷却，所述水淬方法包括下列步骤：

(1)采用一第一喷射装置向带钢表面喷射层状水柱，所述层状水柱的喷射方向与带钢的行进方向呈锐角夹角；

(2)采用一第二喷射装置向带钢表面喷射高速水流，所述高速水流将在带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面；

(3)将带钢浸膜在冷却水中，并采用一设置于冷却水液面下的第三喷射装置向带钢表面喷射高速水流，所述高速水流将在带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面；

(4)将带钢表面的冷却水烘干。

本技术方案为了保证带钢在水淬时均匀地接触冷却水，并且避免有飞溅的水滴在水淬开始前就接触到带钢表面，其将退火缓冷后的带钢(温度通常在630～750℃之间)进行水淬快速冷却，先采用第一喷射装置向带钢上、下(左、右)表面喷射沿带钢宽度方向均匀的、稳定的层状水柱，并且该层状水柱的喷射方向与带钢运行方向所形成的夹角为锐角，层状水柱可以保证带钢在宽度方向上均可以获得均匀冷却，层状水柱的喷射方向与带钢行进方向呈锐角夹角可以保证即使层状水柱下方有水滴飞溅，也会被水柱挡住，不会接触到开始水淬前的带钢。紧接着采用第二喷射装置向带钢表面喷射高速水流，是为了进一步地快速冷却带钢，同时其将带钢表面的蒸汽气泡和蒸气膜快速、均匀地吹离带钢，以确保带钢冷却均匀使带钢性能均匀并获得良好的板形。需要说明的是，本技术方案中的高速水流的速度需要根据具体生产情况具体调节，其最终速度应当达到能够将带钢表面的蒸汽气泡和蒸气膜(蒸汽气泡和蒸气膜是在已经进行的水淬步骤中，由于低温的冷却水遇到高温的带钢而在带钢表面形成的)快速、均匀地吹离带钢，这些带钢表面的蒸汽气泡或蒸气膜会影响带钢的冷却速度。最后，将带钢沉浸在冷却水内进行冷却，同时在冷却水的液面下方采用第三喷射装置向带钢喷射高速水流，是为了加强带钢附近冷却水的流动，从而增强带钢的冷却速度，同时将带钢表面水淬过程所产生的蒸汽气泡和蒸气膜迅速吹离带钢表面，提高水淬效果。

优选地，所述步骤(3)中的高速水流的喷射方向与带钢行进方向呈锐角夹角，这样可以减少冷却水液面的波动和水花溅射对带钢板形造成的不良影响。

可选地，所述步骤(2)中的高速水流的喷射方向与带钢的行进方向垂直。

优选地，所述步骤(2)中的高速水流的喷射方向与带钢的行进方向呈锐角夹角，其可以防止水滴飞溅对带钢冷却效果的不利影响。

优选地，步骤(1)-(3)中所采用的冷却水的温度在70°以下。

优选地，所述步骤(1)-(3)中所采用的冷却水的温度在50°以下。

优选地，所述步骤(1)中采用的第一喷射装置的冷却水压力为20bar以上。

优选地，所述步骤(1)中采用的第一喷射装置为水刀。由于水刀在带钢宽度方向上具有一定的长度，故其可以喷射出层状水柱。

优选地，所述步骤(2)中采用的第二喷射装置为若干排沿带钢行进方向设置的喷嘴。

优选地，所述步骤(3)中采用的第三喷射装置为若干排沿带钢行进方向设置的喷嘴。

优选地，所述步骤(1)-(3)中所采用的冷却水为冷冻水。

本发明所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法其较之现有的带钢冷却方法，具有以下优点：

1.其可以将缓冷后700℃左右的带钢快速冷却到90℃以下，1.0mm厚带钢的冷却速度可以达到1000℃/s以上，从而可以生产出抗拉强度在980～1470MPa级别的超高强钢；

2.其可以保证开始水淬的带钢均匀地接触冷却水，从而保证带钢均匀地冷却，从而有利于获得具有良好板形的带钢；

3.其通过向带钢表面喷射高速水流，将带钢在开始水淬时产生的蒸汽气泡和蒸气膜快速、均匀地吹离带钢表面，从而获得更高的而且更加均匀的水淬冷却速度，从而有利于获得性能均匀和板形良好的带钢；

4.其通过使喷射水流或层状水柱与带钢行进方向具有一锐角夹角，从而保证飞溅的水滴不会接触到水淬前的带钢，从而保证带钢均匀地冷却，从而有利于获得性能均匀和板形良好的带钢；

5.其通过使冷却水液面下的喷射水流与带钢行进方向具有锐角夹角，而减少了沉浸式水淬产生的液面波动和水花对带钢冷却均匀性的不良影响；

6.当本技术方案采用冷冻水作为冷却介质时，在带钢接触冷却水的初始阶段，虽然冷冻水的水温升高，但不会生成气泡，从而保证带钢均匀地冷却。

附图说明

图1是公开号为US4330112的美国专利所公开的技术方案的结构示意图。

图2是本发明所述的水淬方法的流程图。

图3是本发明所述的水淬方法所采用的水淬系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和实施例对本发明所述的水淬方法做进一步的详细说明。

如图2所示，按照下列步骤对经过缓冷的带钢进行快速水淬冷却，本实施例中所使用的冷却水为冷冻水：

(1)采用一对设置在带钢两表面两侧的水刀向带钢表面喷射层状水柱，该层状水柱的喷射方向与带钢的行进方向呈锐角夹角，其中水刀的冷却水压为30bar；

(2)采用两组设置在带钢两表面两侧的喷嘴向带钢表面喷射高速水流，该高速水流将在带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面，且该高速水流与带钢行进方向呈锐角夹角；

(3)将带钢浸膜在冷却水中，并采用两组设置于冷却水液面下的、且分别设于带钢两表面两侧的喷嘴向带钢表面喷射高速水流，该高速水流将在带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面，且该高速水流与带钢行进方向呈锐角夹角；

(4)将带钢表面的冷却水烘干。

表1列出了本技术方案的实施例1-4中针对各强度级别的带钢所实施的具体冷却工艺以及相应的冷却效果。

表1.

本实施例中的水淬方法所采用的水淬系统如图3所示，带钢21垂直向下运行，水刀22与带钢行进方向呈一锐角夹角，首先对带钢进行喷冷；然后采用同样与带钢行进方向呈锐角夹角设置的若干排第一喷嘴23向带钢喷射高速水流，喷嘴23的水流量由第一阀门25控制；然后使用水淬槽27和设于水淬槽25内液面下的若干排第二喷嘴24对带钢进行同时浸冷和喷冷，第二喷嘴24同样与带钢行进方向具有锐角夹角，第二喷嘴24的水量由第二阀门26控制。经过上述水淬冷却后，带钢经沿带钢行进方向依次设置的两对挤干辊28、边部带钢吹扫装置29以及热风烘干器30进行烘干。为了实现水淬槽27内的水量和水温可调，本实施例中还设置了补水管及其阀门31和排水管及其阀门32。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，用于对退火缓冷后的带钢进行冷却，所述水淬方法包括下列步骤： 

（1）采用一第一喷射装置向带钢表面喷射层状水柱，所述层状水柱的喷射方向与带钢的行进方向呈锐角夹角； 

（2）采用一第二喷射装置向带钢表面喷射高速水流，所述高速水流的速度设置为将带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面； 

（3）将带钢浸没在冷却水中，并采用一设置于冷却水液面下的第三喷射装置向带钢表面喷射高速水流，所述高速水流的速度设置为将带钢表面的蒸汽气泡和蒸汽膜吹离带钢表面，高速水流的喷射方向与带钢行进方向呈锐角夹角； 

（4）将带钢表面的冷却水烘干。 

2.如权利要求1所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（2）中的高速水流的喷射方向与带钢的行进方向垂直。 

3.如权利要求1所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（2）中的高速水流的喷射方向与带钢的行进方向呈锐角夹角。 

4.如权利要求2或3所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，步骤（1）-（3）中所采用的冷却水的温度在70°以下。 

5.如权利要求4所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（1）-（3）中所采用的冷却水的温度在50°以下。 

6.如权利要求5所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（1）中采用的第一喷射装置的冷却水压力为20bar以上。 

7.如权利要求6所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（1）中采用的第一喷射装置为水刀。 

8.如权利要求7所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（2）中采用的第二喷射装置为若干排沿带钢行进方向设置的喷嘴。 

9.如权利要求8所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（3）中采用的第三喷射装置为若干排沿带钢行进方向设置的喷嘴。 

10.如权利要求1或9所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬方法，其特征在于，所述步骤（1）-（3）中所采用的冷却水为冷冻水。 

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