CN107287397A - 一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法 - Google Patents

一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

一种热连轧钢板热处理用冷却装置，包括高压喷嘴及低压水雾喷嘴，高压喷嘴组成高压喷射冷却系统，而低压水雾喷嘴组成低压水雾冷却系统，高压喷射冷却系统和低压水雾喷嘴冷却系统顺序设置，组成一整体式的冷却装置，对经过的热轧钢板以1～75m/min的通板速度进行冷却作业。本发明通过设定合理的水量、水比和辊道速度，在热处理高压区将钢板冷却到需要的相变温度点，后续的水雾冷却为相变过程的均匀冷却提供了很好的条件，可以有效减小组织应力的产生，从而改善钢板淬火后的板形。水雾冷却还可以实现终冷温度的精确控制，使得冷却后的钢板得到所需的相变组织。

Description

一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种金属冶金技术，尤其涉及钢铁生产领域中的热连轧产线钢板的离线热处理用冷却技术的装置及控制方法。
背景技术
随着工程机械、汽车、集装箱和铁路等行业对钢铁生产领域中的热连轧高强钢需求量的逐年提升，钢板离线热处理工艺技术就显得非常重要，而针对的冷却技术则是整个钢板离线热处理工艺技术中的一项核心技术。
现有技术下的冷却技术在钢板热处理上的应用主要有两个方面，一是钢板回火后的淬火冷却，包括柔性淬火，即终冷温度并非常温，二是钢板正火后的加速冷却。
目前，钢板热处理淬火冷却主要采用水淬，即利用高压水射流冲击钢板表面，产生强化换热效果。这种冷却方式主要用于中厚板热处理淬火，对于较薄的热连轧钢板来说，瞬间冷却强度过大，容易产生冷却不均和板形问题，反而降低了成品合格率。同时，由于水冷强度大，无法实现柔性淬火所需的均匀冷却和精确控温的要求，造成钢板水冷后性能不均。因此，目前对于热连轧钢板的热处理淬火工艺尚无十分有效的冷却装置。
而传统的钢板正火热处理工艺，加热后采用空冷，铁素体晶粒仍然会长大，导致钢板的强度较低。如果在正火后采用适当加速冷却速度，就可以降低相变温度，控制相变类型，细化相变组织，也可抑制微合金元素的碳氮化物长大，使其低温弥散析出，从而提高钢材的强度，保持钢材韧性不降低。从成分设计的角度，在保证力学性能相同的条件下，可以降低钢中的碳或合金元素的含量，从而改善钢材的可焊接性。
中厚板热处理工艺中为提高钢板冷却速率，提高生产效率，改善钢板力学性能，部分正火生产线相继开发正火加速冷却工艺，钢板的强韧性指标可通过调节正火后的冷却速率来实现控制。但是由于正火的加速冷却所需的冷却速率较低，一般采用气雾冷却，难以与淬火机实现一体化的冷却控制，在中厚板热处理线往往需要设置单独的生产线，这样就增大了投资，生产节奏也不够紧凑。但是中厚板正火用加速冷却装置一般是针对厚规格钢板产品，不太适用于较薄的热连轧钢板的正火加速冷却，同时，目前的中厚板用加速冷却装置相对比较简陋，无法进行精确控温。
专利CN101525683A公开了一种热处理钢板冷却装置及其冷却控制方法，采用气雾冷却对正火后的钢板进行加速冷却，主要针对中厚板产品，不适用于薄规格热连轧产品，也不具备淬火功能，同时气雾冷却对涉及的喷嘴的设计、冷却方式的搭配要求较高，水气配比稳定才能确保冷却均匀，冷却范围窄。
专利CN102424902A公开了一种薄规格中厚板离线热处理汽雾冷却系统，定位于中厚板产品，采用狭缝喷水与喷气混合成汽雾来实现对钢板的汽雾冷却。狭缝喷嘴流量调节范围较窄，水气配比难度更大，低流量下难以形成稳定的水幕，高流量下水汽混合成的汽雾冷却强度过大，也不适用于热连轧薄规格钢板的正火后加速冷却控制。
专利CN101831532A公开了一种钢板正火后加速冷却工艺方法，涉及一种钢板正火后加速冷却工艺方法，冷却形式为气雾冷却和层流冷却结合或气雾冷却和喷射冷却结合方式。主要针对中厚板产品，不适用于薄规格热连轧产品，也不具备淬火功能，同时气雾冷却对涉及的喷嘴的设计、冷却方式的搭配要求较高，水气配比稳定才能确保冷却均匀，冷却范围窄。
专利CN102912091A公开了一种提高正火钢板综合力学性能的方法及其冷却系统，在辊道上下设置水雾冷却装置，冷却装置设置有多组喷嘴，沿辊道轴向设置，且从辊道边缘至辊道中心方向喷嘴之间的间距递减。其设备过于简单，难以实现精确控温，也不具备淬火功能。
专利CN101303780A公开了一种提高正火钢板强度的淬火机加速冷却工艺，通过设定高低压小水量来实现钢板正火后的加速冷却，主要针对中厚板产品，由于水冷速率过大，不适用于薄规格热连轧产品的正火后的加速冷却。
综上所述，现有技术下的各种冷却技术，或多或少存在有一定的缺陷，无法满足所有的版型需求，目前也无成熟的热连轧钢板的热处理冷却装置和控制方法，尤其是集淬火、柔性淬火和加速冷却功能于一身的一体化冷却装置与控制方法更是空白。
发明内容
为了解决现有技术下水淬冷却方法所存在的瞬间冷却强度过大，容易产生冷却不均和板形问题，且由于水冷强度大，无法实现柔性淬火所需的均匀冷却和精确控温的要求，造成钢板水冷后性能不均的问题，而其他的冷却方式难以与淬火机实现一体化的冷却控制，需要设置单独的生产线，投资成本较高，生产节奏也不够紧凑，且不太适用于较薄的热连轧钢板的正火加速冷却，冷却装置比较简陋，无法进行精确控温的问题。本发明提供了一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法，通过在热处理后布置高压喷射水冷和低压水雾冷却装置，可以在一套冷却装置上实现热连轧钢板回火后淬火和柔性淬火冷却、正火后的加速冷却等所有冷却控制功能。同时，通过调整水雾喷射量即可实现均匀冷却，避免了传统气雾冷却水气配比调整的繁琐与不稳定。本发明设备紧凑、功能齐全、投资节省，可满足所有热连轧钢板的热处理冷却需求，通过均匀冷却和精确控温，可有效改善钢板的组织性能，提高了产品质量与合格率。
本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法，其具体结构及技术方案如下所述：
一种热连轧钢板热处理用冷却装置，包括高压喷嘴及低压水雾喷嘴，其具体为：
所述的高压喷嘴组成高压喷射冷却系统，而低压水雾喷嘴组成低压水雾冷却系统，高压喷射冷却系统和低压水雾喷嘴冷却系统顺序设置，组成一整体式的冷却装置，对经过的热轧钢板以1～75m/min的通板速度进行冷却作业。
根据本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的高压喷射冷却系统包括沿着热轧钢板行进方向顺序设置的狭缝喷射冷却组、双联喷射冷却组和高压单体喷射冷却组，该狭缝喷射冷却组、双联喷射冷却组和高压单体喷射冷却组均为上下对称式的设计，对经过的热轧钢板上方及下方进行冷却作业，其中，狭缝喷射冷却组为上下各1个高压喷嘴，该高压喷嘴最大流量为1080m3/h，双联喷射冷却组为上下各2个联装式高压喷嘴，最大流量为660m3/h，而高压单体喷射冷却组由上下各6个高压喷嘴组成，其最大流量为560m3/h。
根据本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的高压喷射冷却系统的整体长度为3.24米，水压为0.8MPa，最大流量为2300m3/h。
根据本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的低压水雾冷却系统包括沿着热轧钢板行进方向顺序设置的水雾冷却组，该水雾冷却组为上下各3组顺序设置的对称式设计，对经过的热轧钢板上方及下方进行冷却作业，其中，每组水雾冷却组共设置有12个低压水雾喷嘴，每组水雾冷却组的最大流量360m3/h，且各组水雾冷却组均设置有控制器独立控制。
根据本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的低压水雾冷却系统的整体长度为14.4米，水压为0.4MPa，最大流量为2160m3/h。
此处设计为本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置的关键所在，将高压喷射冷却系统划分为沿着热轧钢板行进方向上下对称式设置的狭缝喷射冷却组、双联喷射冷却组和高压单体喷射冷却组，此设计可以满足冷却原理上的快速均匀冷却的需要，而低压水雾冷却系统划分为上下各3组顺序对称式设置的水雾冷却组，此设计可以满足加速冷却和弱冷的需要。
根据本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却控制方法，基于上述的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，该冷却控制方法具体如下所述：
1)回火后的淬火冷却控制方法，该控制方法通过设定高压喷射冷却系统的狭缝喷射冷却组的上部喷射流量设定为250～680m3/h、下部喷射流量设定为400～960m3/h，双联喷射冷却组的上部喷射流量设定为100～170m3/h、下部喷射流量设定为160～260m3/h，高压单体喷射冷却组的上部喷射流量设定为130～200m3/h、下部喷射流量设定为210～310m3/h，关闭低压水雾冷却系统，通板速度20～50m/min，在热处理高压区淬火后冷却到常温，板形良好，性能达到目标要求。
2)回火后的柔性淬火冷却控制方法，该控制方法通过设定高压喷射冷却系统的狭缝喷射冷却组的上部喷射流量设定为200～630m3/h、下部喷射流量设定为380～930m3/h，双联喷射冷却组的上部喷射流量设定为80～150m3/h、下部喷射流量设定为120～220m3/h，高压单体喷射冷却组的上部喷射流量设定为110～180m3/h、下部喷射流量设定为180～280m3/h，低压水雾冷却系统的水雾冷却组喷射流量设定开度为20～40％，即72～144m3/h，通板速度12～55m/min，将钢板柔性淬火冷却到330℃，板形良好，性能达到目标要求。
3)正火后的加速冷却控制方法，该控制方法关闭高压喷射冷却系统所有的阀门，将正火后的钢板快速通过高压喷射冷却系统所处的高压喷水区，直接进入低压水雾冷却系统，通过设定水雾冷却组的上部水雾喷射流量开度为70～80％，即252～288m3/h，而下部水雾喷射流量开度为80～85％，即288～306m3/h，通板速度50～70m/min，钢板柔性淬火冷却到650℃，板形良好，性能达到目标要求。
上述的一种热连轧钢板热处理用冷却控制方法，通过设定合理的水量、水比和辊道速度，在热处理高压区将钢板冷却到需要的相变温度点，后续的水雾冷却为相变过程的均匀冷却提供了很好的条件，可以有效减小组织应力的产生，从而改善钢板淬火后的板形。水雾冷却还可以实现终冷温度的精确控制，使得冷却后的钢板得到所需的相变组织。
使用本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法获得了如下有益效果：
1.本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法，能满足了热连轧钢板热处理后所有的冷却需要，简化了热连轧钢板热处理生产线设计，无需再分别设计淬火线和正火线，可以节省大量投资；
2.本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法，其改良的水雾冷却系统的设计，避免了以往气雾冷却系统水气配比的繁琐与不稳定，实现了均匀冷却和精确控温，不仅可以是热处理钢板得到理想的组织，而且可以使钢板性能均匀，板形良好。
附图说明
图1为本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法的装置部分的具体结构示意图；
图2为本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法的冷却控制流程图。
图中：1-高压喷嘴，2-低压水雾喷嘴，3-热轧钢板，A-高压喷射冷却系统，A1-狭缝喷射冷却组，A2-双联喷射冷却组，A3-高压单体喷射冷却组，B-低压水雾冷却系统，B1-水雾冷却组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法做进一步的描述。
如图1所示，一种热连轧钢板热处理用冷却装置，包括高压喷嘴1及低压水雾喷嘴2，高压喷嘴组成高压喷射冷却系统A，而低压水雾喷嘴组成低压水雾冷却系统B，高压喷射冷却系统和低压水雾喷嘴冷却系统顺序设置，组成一整体式的冷却装置，对经过的热轧钢板3以1～75m/min的通板速度进行冷却作业。
高压喷射冷却系统A包括沿着热轧钢板3行进方向顺序设置的狭缝喷射冷却组A1、双联喷射冷却组A2和高压单体喷射冷却组A3，该狭缝喷射冷却组、双联喷射冷却组和高压单体喷射冷却组均为上下对称式的设计，对经过的热轧钢板上方及下方进行冷却作业，其中，狭缝喷射冷却组为上下各1个高压喷嘴1，该高压喷嘴最大流量为1080m3/h，双联喷射冷却组为上下各2个联装式高压喷嘴，最大流量为660m3/h，而高压单体喷射冷却组由上下各6个高压喷嘴组成，其最大流量为560m3/h。
高压喷射冷却系统A的整体长度为3.24米，水压为0.8MPa，最大流量为2300m3/h。
低压水雾冷却系统B包括沿着热轧钢板3行进方向顺序设置的水雾冷却组B1，该水雾冷却组为上下各3组顺序设置的对称式设计，对经过的热轧钢板上方及下方进行冷却作业，其中，每组水雾冷却组共设置有12个低压水雾喷嘴2，每组水雾冷却组的最大流量360m3/h，且各组水雾冷却组均设置有控制器独立控制。
低压水雾冷却系统B的整体长度为14.4米，水压为0.4MPa，最大流量为2160m3/h。
本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置将高压喷射冷却系统划分为沿着热轧钢板行进方向上下对称式设置的狭缝喷射冷却组、双联喷射冷却组和高压单体喷射冷却组，此设计可以满足冷却原理上的快速均匀冷却的需要，而低压水雾冷却系统划分为上下各3组顺序对称式设置的水雾冷却组，此设计可以满足加速冷却和弱冷的需要。
一种热连轧钢板热处理用冷却控制方法，基于上述权利的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，该冷却控制方法具体如下所述：
1)回火后的淬火冷却控制方法，该控制方法通过设定高压喷射冷却系统A的狭缝喷射冷却组A1的上部喷射流量设定为250～680m3/h、下部喷射流量设定为400～960m3/h，双联喷射冷却组A2的上部喷射流量设定为100～170m3/h、下部喷射流量设定为160～260m3/h，高压单体喷射冷却组A3的上部喷射流量设定为130～200m3/h、下部喷射流量设定为210～310m3/h，关闭低压水雾冷却系统B，通板速度20～60m/min，在热处理高压区淬火后冷却到常温，板形良好，性能达到目标要求。
2)回火后的柔性淬火冷却控制方法，该控制方法通过设定高压喷射冷却系统A的狭缝喷射冷却组A1的上部喷射流量设定为200～630m3/h、下部喷射流量设定为380～930m3/h，双联喷射冷却组A2的上部喷射流量设定为80～150m3/h、下部喷射流量设定为120～220m3/h，高压单体喷射冷却组A3的上部喷射流量设定为110～180m3/h、下部喷射流量设定为180～280m3/h，低压水雾冷却系统B的水雾冷却组B1喷射流量设定开度为20～40％，即72～144m3/h，通板速度12～70m/min，将钢板柔性淬火冷却到330℃，板形良好，性能达到目标要求。
3)正火后的加速冷却控制方法，该控制方法关闭高压喷射冷却系统A所有的阀门，将正火后的钢板快速通过高压喷射冷却系统所处的高压喷水区，直接进入低压水雾冷却系统B，通过设定水雾冷却组B1的上部水雾喷射流量开度为70～80％，即252～288m3/h，而下部水雾喷射流量开度为80～85％，即288～306m3/h，通板速度50～70m/min，钢板柔性淬火冷却到650℃，板形良好，性能达到目标要求。
本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却控制方法，通过设定合理的水量、水比和辊道速度，在热处理高压区将钢板冷却到需要的相变温度点，后续的水雾冷却为相变过程的均匀冷却提供了很好的条件，可以有效减小组织应力的产生，从而改善钢板淬火后的板形。水雾冷却还可以实现终冷温度的精确控制，使得冷却后的钢板得到所需的相变组织。
实施例
一)回火后的淬火冷却，钢板厚度3mm，高温回火后920℃，高压喷射冷却系统A的狭缝喷射冷却组A1的上喷流量设定为280m3/h，下喷流量设定为443m3/h，双联喷射冷却组A2的上喷流量设定为105.5m3/h，下喷流量设定为167m3/h，高压单体喷射冷却组A3的上喷流量设定为135.8m3/h，下喷流量设定为215.5m3/h，关闭低压水雾冷却系统B的阀门，通板速度26m/min，钢板淬火冷却到常温，板形良好，性能达到目标要求。
二)回火后的柔性淬火冷却，钢板厚度7.5mm，高温回火后910℃，高压喷射冷却系统A的狭缝喷射冷却组A1的上喷流量设定为261.7m3/h，下喷流量设定为415.2m3/h，双联喷射冷却组A2的上喷流量设定为100.1m3/h，下喷流量设定为156.5m3/h，高压单体喷射冷却组A3的上喷流量设定为129.1m3/h，下喷流量设定为201.7m3/h，低压水雾冷却系统B的水雾冷却组B1的上、下开度25％，通板速度42m/min，钢板柔性淬火冷却到330℃，板形良好，性能达到目标要求。
三)正火后的加速冷却，钢板厚度5mm，正火后出炉温度950℃，关闭高压喷射冷却系统A的所有阀门，低压水雾冷却系统B的水雾冷却组B1的水雾上喷开度80％，水雾下喷开度85％，通板速度50m/min，钢板柔性淬火冷却到650℃，板形良好，性能达到目标要求。
本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法，能满足了热连轧钢板热处理后所有的冷却需要，简化了热连轧钢板热处理生产线设计，无需再分别设计淬火线和正火线，可以节省大量投资；且本发明的一种热连轧钢板热处理用冷却装置及控制方法，其改良的水雾冷却系统的设计，避免了以往气雾冷却系统水气配比的繁琐与不稳定，实现了均匀冷却和精确控温，不仅可以是热处理钢板得到理想的组织，而且可以使钢板性能均匀，板形良好。

Claims (6)

1.一种热连轧钢板热处理用冷却装置，包括高压喷嘴(1)及低压水雾喷嘴(2)，其具体为：
所述的高压喷嘴(1)组成高压喷射冷却系统(A)，而低压水雾喷嘴(2)组成低压水雾冷却系统(B)，高压喷射冷却系统和低压水雾喷嘴冷却系统顺序设置，组成一整体式的冷却装置，对经过的热轧钢板(3)以1～75m/min的通板速度进行冷却作业。
2.如权利要求1所述的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的高压喷射冷却系统(A)包括沿着热轧钢板(3)行进方向顺序设置的狭缝喷射冷却组(A1)、双联喷射冷却组(A2)和高压单体喷射冷却组(A3)，该狭缝喷射冷却组、双联喷射冷却组和高压单体喷射冷却组均为上下对称式的设计，对经过的热轧钢板上方及下方进行冷却作业，其中，狭缝喷射冷却组为上下各1个高压喷嘴(1)，该高压喷嘴最大流量为1080m3/h，双联喷射冷却组为上下各2个联装式高压喷嘴，最大流量为660m3/h，而高压单体喷射冷却组由上下各6个高压喷嘴组成，其最大流量为560m3/h。
3.如权利要求1所述的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的高压喷射冷却系统(A)的整体长度为3.24米，水压为0.8MPa，最大流量为2300m3/h。
4.如权利要求1所述的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的低压水雾冷却系统(B)包括沿着热轧钢板(3)行进方向顺序设置的水雾冷却组(B1)，该水雾冷却组为上下各3组顺序设置的对称式设计，对经过的热轧钢板上方及下方进行冷却作业，其中，每组水雾冷却组共设置有12个低压水雾喷嘴(2)，每组水雾冷却组的最大流量360m3/h，且各组水雾冷却组均设置有控制器独立控制。
5.如权利要求1所述的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，其特征在于，所述的低压水雾冷却系统(B)的整体长度为14.4米，水压为0.4MPa，最大流量为2160m3/h。
6.一种热连轧钢板热处理用冷却控制方法，基于上述权利要求1至权利要求5的一种热连轧钢板热处理用冷却装置，该冷却控制方法具体如下所述：
1)回火后的淬火冷却控制方法，该控制方法通过设定高压喷射冷却系统(A)的狭缝喷射冷却组(A1)的上部喷射流量设定为250～680m3/h、下部喷射流量设定为400～960m3/h，双联喷射冷却组(A2)的上部喷射流量设定为100～170m3/h、下部喷射流量设定为160～260m3/h，高压单体喷射冷却组(A3)的上部喷射流量设定为130～200m3/h、下部喷射流量设定为210～310m3/h，关闭低压水雾冷却系统(B)，通板速度20～60m/min，在热处理高压区淬火后冷却到常温，板形良好，性能达到目标要求。
2)回火后的柔性淬火冷却控制方法，该控制方法通过设定高压喷射冷却系统(A)的狭缝喷射冷却组(A1)的上部喷射流量设定为200～630m3/h、下部喷射流量设定为380～930m3/h，双联喷射冷却组(A2)的上部喷射流量设定为80～150m3/h、下部喷射流量设定为120～220m3/h，高压单体喷射冷却组(A3)的上部喷射流量设定为110～180m3/h、下部喷射流量设定为180～280m3/h，低压水雾冷却系统(B)的水雾冷却组(B1)喷射流量设定开度为20～40％，即72～144m3/h，通板速度12～70m/min，将钢板柔性淬火冷却到330℃，板形良好，性能达到目标要求。
3)正火后的加速冷却控制方法，该控制方法关闭高压喷射冷却系统(A)所有的阀门，将正火后的钢板快速通过高压喷射冷却系统所处的高压喷水区，直接进入低压水雾冷却系统(B)，通过设定水雾冷却组(B1)的上部水雾喷射流量开度为70～80％，即252～288m3/h，而下部水雾喷射流量开度为80～85％，即288～306m3/h，通板速度50～70m/min，钢板柔性淬火冷却到650℃，板形良好，性能达到目标要求。
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