CN107214202B - 一种角钢轧后控制冷却装置及工艺 - Google Patents

一种角钢轧后控制冷却装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种角钢轧后控制冷却装置及工艺。该角钢轧后控制冷却装置及工艺，在精轧机组成品孔出口设置轧后冷却装置，当角钢从成品孔出口出来后，进入所述轧后冷却装置进行冷却，然后进入冷床自然冷却至常温，获得高强度角钢。该角钢轧后控制冷却装置及工艺，利用高压水对具有不同运行速度、不同厚度角钢的内外表面进行一定时间的快速均匀冷却，然后再上冷床自然冷却，使角钢晶粒组织得到细化，从而在降低原料合金成本的同时，保证角钢的综合机械性能，实现了高强度角钢的低成本生产，最终使角钢质量符合国家标准及行业标准要求。

Description

一种角钢轧后控制冷却装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种角钢轧后控制冷却装置及工艺。
背景技术
目前国内生产角钢均为常规工艺，即轧线无控轧控冷设备，成品轧后上冷床靠自然冷却或风冷机冷却至矫直机许可温度，再进行矫直，钢材强度等指标全部靠化学成分来保障。
钢材控制冷却工艺在棒材中应用较多，但在角钢生产中有诸多困难，如角钢为非对称截面，易造成钢材横截面冷却不均匀；成品出轧机后头部上下弯、侧弯较大，容易发生堆钢等工艺故障，由于角钢横截面为高刚度截面、且占空间大，一旦堆钢、对轧机机列及其它设备损害较大，且故障处理时间较长，对作业率影响较大，另外角钢成品矫直后加工硬化明显增加，矫直对原始组织要求较高，若出现马氏体等组织，容易产生矫直开裂，质量隐患过大。鉴于以上困难，目前控制冷却技术在热轧角钢领域的应用尚属空白。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种设计合理、提高钢的强度和韧性、降低生产成本的角钢轧后控制冷却装置及工艺，解决了现有技术中存在的问题。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种角钢轧后控制冷却装置，包括若干组设于机架上的穿水单元，每组穿水单元包括两个正向穿水器和/或反向穿水器；
所述正向穿水器的进水口设于角钢输送方向的前方，反向穿水器的进水口设于角钢输送方向的后方，所述穿水器包括相对设置的上喷水机构和下喷水机构，所述角钢在上喷水机构和下喷水机构围成的空腔内输送的过程中被冷却；
所述上喷水机构包括一上进水座，在上进水座的下侧壁上沿角钢输送方向依次设有上喷嘴和若干根上冷却导管；所述上喷嘴包括分别布置于角钢两腿面上方的两组上喷嘴，两组上喷嘴独立进水，所述上冷却导管包括分别布置于角钢两腿面上方的两组上冷却导管；
所述下喷水机构包括一下进水座，在下进水座的下侧壁上沿角钢输送方向依次设有下喷嘴；所述下喷嘴包括分别布置于角钢两腿面下方的两排下喷嘴；
所述上进水座及下进水座通过快速接口与供水系统相连，所述供水系统利用阀门对水量、水压进行调节；
正向穿水器的上喷嘴及下喷嘴向角钢输送的方向倾斜设置，反向穿水器的上喷嘴及下喷嘴向角钢输送的反方向倾斜设置。
上喷嘴倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈15°-60°，下喷嘴倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈15°-60°。
在正向穿水器进水座的进口端连接有一进口喇叭口，在反向穿水器进水座的进口端连接有一导管。
使用所述角钢轧后控制冷却装置的工艺，包括如下步骤：在精轧机组成品孔出口设置轧后冷却装置，当角钢从成品孔出口出来后，进入所述轧后冷却装置进行冷却，以10-100℃/s的冷却速度冷却3-30秒，然后进入冷床自然冷却至常温，获得高强度角钢。
角钢在轧后冷却装置通过水冷冷却，冷却水的水压为0.8MPa-2.0MPa，流量为300-1000m3/h，冷却水温为10-40℃。
角钢在轧后冷却装置中的输送速度为0.6-3m/s。
角钢在轧后冷却装置中被冷却至500-800℃。
角钢在进入所述轧后冷却装置时的温度为900-1100℃。
所述角钢为Q345B材质的角钢。
晶粒细化是钢最主要的强化方式之一，既能提高钢的强度，又能提高钢的韧性。快速冷却会对角钢的成品组织产生影响，冷却速度的增加，终冷温度的降低，使原组织铁素体+珠光体转变为铁素体+珠光体+贝氏体，且随着冷却速度的提升，终冷温度的降低，贝氏体的含量会增加，组织中不含有马氏体等异常组织。
本发明的有益效果是：该角钢轧后控制冷却装置及工艺，利用高压水对具有不同运行速度、不同厚度角钢的内外表面进行一定时间的快速均匀冷却，然后再上冷床自然冷却，使角钢晶粒组织得到细化，从而在降低原料合金成本的同时，保证角钢的综合机械性能，同时安装有上喷和下喷冷却机构，冷却速度快。通过轧后控制冷却，使钢材表面温度由900-1100℃快速将至500-800℃，之后再进入冷床进行自然冷却，角钢的屈服强度、抗拉强度、断后伸长、韧性提高，实现了高强度角钢的低成本生产，最终使角钢质量符合国家标准及行业标准要求。与传统常规工艺相比，本发明装置及方法在少添加合金元素的前提下，就能使角钢性能满足要求，例如强屈比、焊接性能和表面质量等，在制得同等强度的角钢时，本发明方法可使角钢中Mn含量平均降低0.2％，Si含量平均降低0.1％，V平均降低0.01％，吨钢利润达到30元/吨以上。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的右视结构示意图；
图2为图1中A-A向的剖视结构示意图；
图3为图1中B-B向的剖视结构示意图；
图4为本发明中上喷嘴的结构示意图；
图5为图4中C-C向的剖视结构示意图；
图6为图4的仰视结构示意图；
图7为本发明中上冷却导管的结构示意图；
图8为图7中D-D向的剖视结构示意图；
图9为图7的仰视结构示意图；
图10为角钢冷却前后的温度场；
图11为冷却速度对角钢组织的影响；
图12为终冷温度对角钢组织的影响。
图中，1、机架，2、上进水座，3、上喷嘴，4、上冷却导管，6、下进水座，7、下喷嘴，9、快速接口，10、供水系统，11、进口喇叭口，12、导管。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
实施例(1-1)：
如图1-图9中所示，该实施例角钢轧后控制冷却装置，包括若干组设于机架1上的穿水单元，每组穿水单元包括两个正向穿水器和/或反向穿水器；正向穿水器和反向穿水器相互配合，对冷却水起封水作用，充分利用冷却水，提高冷却效率。
所述正向穿水器的进水口位于角钢输送方向的前方，反向穿水器的进水口设于角钢输送方向的后方，所述穿水器包括相对设置的上喷水机构和下喷水机构，所述角钢在上喷水机构和下喷水机构围成的空腔内输送的过程中被冷却；
所述上喷水机构包括一上进水座2，在上进水座2的下侧壁上沿角钢输送方向依次设有上喷嘴3和若干根上冷却导管4；所述上喷嘴包括分别布置于角钢两腿面上方的两组上喷嘴，两组上喷嘴独立进水，所述上冷却导管4包括分别布置于角钢两腿面上方的两组上冷却导管；
所述下喷水机构包括一下进水座6，在下进水座6的下侧壁上沿角钢输送方向依次设有下喷嘴7；所述下喷嘴包括分别布置于角钢两腿面下方的两排下喷嘴；
两组上喷嘴所在上进水座平面与下进水座平面围成一个直角三角形的腔体。
所述上进水座2及下进水座通6过快速接口9与供水系统10相连，所述供水系统利用阀门对水量、水压进行调节；
正向穿水器的上喷嘴3及下喷嘴7向角钢输送的方向倾斜设置，反向穿水器的上喷嘴3及下喷嘴7向角钢输送的反方向倾斜设置。
在正向穿水器进水座的进口端连接有一进口喇叭口11，在反向穿水器进水座的进口端连接有一导管12。
上喷嘴3倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈15°，下喷嘴7倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈15°。
实施例(1-2)：
本实施例与实施例(1-1)的不同之处在于：上喷嘴3倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈60°，下喷嘴倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈60°。
实施例(1-3)：
本实施例与实施例(1-1)的不同之处在于：上喷嘴3倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈35°，下喷嘴7倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈35°。
实施例(2-1)：
一种使用上述实施例(1-1)-(1-3)任一所述的角钢轧后控制冷却装置的工艺，包括如下步骤：在精轧机组成品孔出口设置轧后冷却装置，当角钢从成品孔出口出来后，进入所述轧后冷却装置通过水冷冷却，然后进入冷床自然冷却至常温，获得高强度角钢。
冷却水的水压为0.8MPa，流量为1000m3/h，冷却水温为10℃。
角钢在轧后冷却装置中的输送速度为0.6m/s。
角钢在轧后冷却装置中被冷却至500℃。
角钢在进入所述轧后冷却装置时的温度为900℃。
所述角钢为Q345B材质的角钢。
实施例(2-2)：
本实施例与实施例(2-1)的不同之处在于：
冷却水的水压为2.0MPa，流量为300m3/h，冷却水温为40℃。
角钢在轧后冷却装置中的输送速度为3m/s。
角钢在轧后冷却装置中被冷却至800℃。
角钢在进入所述轧后冷却装置时的温度为1100℃。
实施例(2-3)：
冷却水的水压为1.4MPa，流量为650m3/h，冷却水温为25℃。
角钢在轧后冷却装置中的输送速度为1.8m/s。
角钢在轧后冷却装置中被冷却至650℃。
角钢在进入所述轧后冷却装置时的温度为1000℃。
实验1：
为了验证本发明装置及工艺的使用效果，本发明申请人对Q345B∠100*6、Q345B∠200*24角钢进行了针对性实验。
Q345B∠100*6轧后冷却时，使用3组穿水单元，第一、二组穿水单元均为正向穿水器，第三组为反向穿水器；
Q345B∠200*24轧后冷却时，使用6组穿水单元，第一至第四组穿水单元均为正向穿水器，第五至第六组均为反向穿水器；
所述角钢在上喷水机构和下喷水机构围成的空腔内输送的过程中被冷却；
所述上进水座及下进水座通过快速接口与供水系统相连，所述供水系统利用阀门对水量、水压进行调节；冷却水进入上进水座和下进水座后，被分配至上喷嘴和上冷却导管以及下喷嘴；冷却导管从喷嘴及冷却导管中以一定方向、一定压力、一定流量、一定温度喷射到角钢的表面，对角钢进行一定时间的快速均匀冷却，然后再上冷床自然冷却，使角钢晶粒组织得到细化，从而在降低原料合金成本的同时，保证角钢的综合机械性能。
正向穿水器的上喷嘴及下喷嘴向角钢输送的方向倾斜设置，反向穿水器的上喷嘴及下喷嘴向角钢输送的反方向倾斜设置；上喷嘴倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈15°，下喷嘴倾斜方向与角钢垂直截面夹角呈15°。在冷却将结束时，反向穿水器将角钢表面携带的冷却水进行反向吹扫，减少冷却水携带量。
实验时，各操作参数如下表1所示：
表1 Q345B∠100*6、Q345B∠200*24角钢轧后冷却时的操作参数：
Figure BDA0001366400350000071
/>
实验结束后，测得Q345B∠100*6、Q345B∠200*24角钢的性能参数如下表2所示：
表2轧后冷却得到的Q345B∠100*6、Q345B∠200*24角钢性能参数
Figure BDA0001366400350000081
从表2中数据可以看到，使用本发明角钢轧后控制冷却装置及工艺得到的Q345B∠100*6、Q345B∠200*24角钢，性能均达到了GB/T 1591-2008标准要求。
实验2：
本发明申请人同时测得了使用常规工艺和本发明角钢轧后控制冷却工艺及装置得到同等强度的角钢时角钢中对应的化学成分平均含量如下表3所示：
表3常规工艺与本发明工艺制备得到的Q345B角钢化学成分平均含量
Figure BDA0001366400350000082
由表3中数据可以看到，本发明装置及方法在少添加合金元素的前提下，就能使角钢性能满足要求，例如强屈比、焊接性能和表面质量等，在制得同等强度的角钢时，本发明方法可使角钢中Mn含量平均降低0.2％，Si含量平均降低0.1％，V平均降低0.01％，吨钢利润达到30元/吨以上。
实验3：
本发明申请人采用ANSYS有限元对实验1中Q345B∠100*6角钢冷却前后的温度场进行了分析，结果如图10所示。从图中可以看到角钢控制冷却前温度场分布(a)；控制冷却后温度场分布(b)，从上图可看出角钢通过轧后控制冷却后内部的温差减小，温度分布更加均匀。
实验4：
本发明申请人改变Q345B∠100*6角钢轧后控制冷却的速度和终冷的温度，所得到的角钢组织，如图11-图12所示。从图11中可以看到，随着冷却速度的增加，角钢中贝氏体含量增多；从图12中可以看到，随着终冷温度的降低，角钢内部组织由铁素体+珠光体转变为铁素体+贝氏体，没有马氏体有害组织。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种角钢轧后控制冷却装置，其特征是，包括若干组设于机架上的穿水单元，每组穿水单元包括两个正向穿水器和/或反向穿水器；
所述正向穿水器的进水口设于角钢输送方向的前方，反向穿水器的进水口设于角钢输送方向的后方，所述正向穿水器和/或反向穿水器包括相对设置的上喷水机构和下喷水机构，所述角钢在上喷水机构和下喷水机构围成的空腔内输送的过程中被冷却；
所述上喷水机构包括一上进水座，在上进水座的下侧壁上沿角钢输送方向依次设有上喷嘴和若干根上冷却导管；所述上喷嘴包括分别布置于角钢两腿面上方的两组上喷嘴，两组上喷嘴独立进水，所述上冷却导管包括分别布置于角钢两腿面上方的两组上冷却导管；
所述下喷水机构包括一下进水座，在下进水座的下侧壁上沿角钢输送方向依次设有下喷嘴；所述下喷嘴包括分别布置于角钢两腿面下方的两排下喷嘴；
所述上进水座及下进水座通过快速接口与供水系统相连，所述供水系统利用阀门对水量、水压进行调节；
正向穿水器的上喷嘴及下喷嘴向角钢输送的方向倾斜设置，反向穿水器的上喷嘴及下喷嘴向角钢输送的反方向倾斜设置；
上喷嘴倾斜方向与角钢纵向截面夹角呈15°-60°，下喷嘴倾斜方向与角钢纵向垂直截面夹角呈15°-60°；
在正向穿水器进水座的进口端连接有一进口喇叭口，在反向穿水器进水座的进口端连接有一导管。
2.一种使用权利要求1所述的角钢轧后控制冷却装置的工艺，其特征是，包括如下步骤：在精轧机组成品孔出口设置角钢轧后控制冷却装置，当角钢从成品孔出口出来后，进入所述角钢轧后控制冷却装置进行冷却，以10-100℃/s的冷却速度冷却3-30秒，然后进入冷床自然冷却至常温，获得高强度角钢。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，角钢在角钢轧后控制冷却装置通过水冷冷却，冷却水的水压为0.8MPa-2.0MPa，流量为300-1000m3/h，冷却水温为10-40℃。
4.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，角钢在角钢轧后控制冷却装置中的输送速度为0.6-3m/s。
5.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，角钢在角钢轧后控制冷却装置中被冷却至500-800℃。
6.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，角钢在进入所述角钢轧后控制冷却装置时的温度为900-1100℃。
7.根据权利要求2所述的工艺，其特征是，所述角钢为Q345B材质的角钢。
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