CN107442607A - 一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置及生产方法，属于中厚板矫直设备技术领域。技术方案是：在矫直机（11）的前方和后方均设有高压水除磷系统和高压风吹扫系统，当钢板矫直温度在450‑550℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于155Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于35Bar；当钢板矫直温度在550‑700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于140Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于30Bar；当钢板矫直温度＞700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于100Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于25Bar。本发明的有益效果是：避免矫直过程中硬而脆的氧化铁皮被矫直辊压入钢板表面，形成矫直凹坑缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置及生产方法，属于冶金行业中厚板矫直设备技术领域。
背景技术
目前，国内中厚板生产线生产高强中厚板产品时，为了得到微合金低碳贝氏体组织，使其具有强度高、韧性好、低温性能优良、加工性能和焊接性能好等特点，通常采用控制轧制+快速冷却的工艺，如DQ（直接淬火）工艺和ACC（加速冷却）工艺。钢板在快速冷却过程中存在二次瓢曲缺陷，均通过矫直工序来消除控制冷却造成的板形质量缺陷，一般采用5-15辊矫直机，历经数道次的高温矫直，使钢板表面氧化铁皮破环、脱落。但是在多道次矫直过程中，氧化铁皮会压入钢板表面，尤其是高强中厚板产品表现更为明显，矫直道次越多，矫直力越大，氧化铁皮被压入钢板表面的几率就越大，钢板表面会形成无规律的圆形凹坑，对产品质量等级及使用性能造成了极大的影响。
发明内容
本发明目的是提供一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置及生产方法，能够有效的去除钢板表面疏松的氧化铁皮，避免在矫直过程中，硬而脆的氧化铁皮被矫直辊压入钢板表面，形成矫直凹坑缺陷，提升矫直后中厚板产品的表面质量，解决背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，在矫直机的前方和后方均设有高压水除磷系统和高压风吹扫系统，所述高压风吹扫系统位于矫直机和高压水除磷系统之间；
所述高压水除磷系统包含喷梁和高压水喷嘴，喷梁设在钢板的上方，喷梁上设有多个高压水喷嘴；
所述高压风吹扫系统包含吹扫支架和高压风喷嘴，钢板的两侧分别设有一个吹扫支架，所述吹扫支架上设有多个高压风喷嘴。
所述喷梁上的高压水喷嘴的喷水方向与钢板的逆向夹角为0～90°，吹扫支架上的高压风喷嘴的喷气方向与钢板的逆向夹角为0～90°。
所述喷梁上的高压水喷嘴的喷水方向与钢板的逆向夹角为0～45°，吹扫支架上的高压风喷嘴的喷气方向与钢板的逆向夹角为0～45°。
所述喷梁上的高压水喷嘴为25～40个，吹扫支架上的高压风喷嘴为9～15个。
所述喷梁设在喷梁支架上，吹扫支架垂直于钢板的上表面。
所述喷梁支架和吹扫支架均固定在钢板传输辊道上。
所述喷梁通过高压水管路与水泵和循环水箱体连接，高压风喷嘴通过高压风管路与高压风压缩机连接。
一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的生产方法，采用上述所限定的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，当钢板矫直温度在450-550℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于155Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于35Bar；当钢板矫直温度在550-700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于140Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于30Bar；当钢板矫直温度＞700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于100Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于25Bar。
上述防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的生产方法，当钢板矫直温度在450-550℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压为155～200Bar，高压风喷嘴的高压风压力为35～40Bar；当钢板矫直温度在550-700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压为140～180Bar，高压风喷嘴的高压风压力为30～35Bar；当钢板矫直温度＞700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压为100～140Bar，高压风喷嘴的高压风压力为25～30Bar。
钢板在不同矫直温度下，高压水水压和高压风压力是根据钢板表面氧化铁皮与基体的结合力计算出来的，而钢板表面氧化铁皮与基体的结合力是通过测试Fe2O3、Fe3O4、FeO高温拉伸性能，并根据不同价态氧化铁皮高温应力应变数值得出来的，具体实验过程如下：
实验设备：WDW-300万能力学实验机；
实验温度：450℃、550℃、600℃、700℃、800℃；
变形速率：5mm/min；
实验仓内部气体为空气气氛；试验温度为450℃～800℃；保温时间为100s～10000s；钢板得到不同结构的Fe2O3、Fe3O4、FeO，以5mm/min的速率进行高温拉伸变形，测出钢板表面氧化铁皮脱落70%以上时所需的应力。
经过上述不同温度拉伸试验可以得出：温度直接影响钢板表面氧化铁皮与基体的结合程度，随钢板温度升高，结合力有所下降。三种价态氧化铁皮的高温与基体的结合力分别为：
在450～550℃范围， Fe2O3产生破碎开裂的应力为14.2MPa，使Fe3O4产生破碎开裂的应力为15.0MPa，使FeO产生破碎开裂的应力为9.3MPa，使70%以上的表面氧化铁皮破碎开裂，高压水除磷鳞压力不低于15.0MPa，即不低于150 Bar；
在550～700℃范围，使Fe2O3产生破碎开裂的应力为13.5MPa，使Fe3O4产生破碎开裂的应力为10.3MPa，使FeO产生破碎开裂的应力为7.8MPa，使70%以上的表面氧化铁皮破碎开裂，高压水除磷压力不低于13.5MPa，即不低于135 Bar；
在＞700℃范围，使Fe2O3产生破碎开裂的应力为9.6MPa，使Fe3O4产生破碎开裂的应力为7.9MPa，使FeO产生破碎开裂的应力为7.4MPa，使70%以上的表面氧化铁皮破碎开裂，高压水除磷压力不低于9.2MPa，即不低于92Bar。
采用本发明，根据钢板矫直温度的不同，通过调整高压水水压，可以保证钢板表面70%及以上的氧化铁皮有效去除，又能够不浪费水资源，降低生产成本。通过调整高压风压力，将残留在钢板上表面的氧化铁皮去除，避免矫直时被压入钢板表面形成矫直凹坑。
本发明的有益效果是：通过矫直机前方和后方的高压水除磷系统和高压风吹扫系统的有效配合，能够在钢板进入矫直机前有效去除表面疏松的氧化铁皮，避免矫直过程中，硬而脆的氧化铁皮被矫直辊压入钢板表面，形成矫直凹坑缺陷，提升矫直后中厚板产品的表面质量，矫直后钢板表面质量良好，整张钢板表面矫直凹坑缺陷面积＜1-5‰。通过控制高压水水压，既保证钢板表面70%及以上的氧化铁皮有效去除，又能够不浪费水资源，降低生产成本。在高强中厚板表面质量控制领域，为我国钢铁行业起到了良好的带头和示范作用，为全国同类型生产线提供了值得借鉴的成功经验，社会效益巨大。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明局部放大图；
图3为本发明中Fe2O3高温450-800℃与基体的结合力图；
图4为本发明中Fe3O4高温450-800℃与基体的结合力图；
图5为本发明中FeO高温450-800℃与基体的结合力图；
图6为本发明实例一中钢板矫直后表面氧化铁皮与基体的剥离显微组织；
图7为本发明实例二中钢板矫直后表面氧化铁皮与基体的剥离显微组织；
图8为本发明实例三中钢板矫直后表面氧化铁皮与基体的剥离显微组织；
图中：钢板1、喷梁2、高压水喷嘴3、水压转换器4、喷梁支架5、泵体6、循环水箱体7、吹扫支架8、吹扫风开关9、高压风压缩机10、矫直机11、高压风喷嘴12、矫直中心线14。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
实施例一：
一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，在可逆式矫直机11前、后分别安装高压水除磷系统和高压风吹扫系统；
所述高压水除磷系统包含喷梁2、喷梁支架5、高压水喷嘴3、水压转换器4、水管路13、水泵6和循环水箱体7，喷梁2安装在强力矫直机11前、后，距离矫直中心线14为2000～3000mm，位于钢板1上方，垂直于钢板1的运行方向，喷梁2两端与喷梁支架5转动相连，喷梁支架5固定于钢板传输辊道上；喷梁2长度为辊道极限宽度+10～50mm；喷梁2可旋转角度为：与钢板1运行逆向夹角0～45°；高压水喷嘴3材质选用持久耐用的硬化不锈钢，喷头采用可快速更换重复使用的可替换喷头，通过调节水压转化器4，将破鳞高压水控制在100～250Bar。高压水喷嘴3为25～40个，相邻两个高压水喷嘴3之间的间距80～130mm，高压水喷嘴3距离钢板1的高度为100～200mm，高压水破鳞喷梁2整体设计成可以转动，转到角度0～90°，以便调节喷嘴3的喷射方向。
所述高压风吹扫系统包含吹扫支架8、高压风喷嘴12、吹扫开关9和高压风压缩机10，吹扫支架8安装在矫直机11与高压水破鳞系统之间，矫直机11前、后各一组，每组两个，分别位于钢板1操作侧和驱动侧，距离矫直中心线14为1000～1500mm。吹扫支架8垂直于钢板1上表面，固定于钢板传输辊道上；吹扫支架8上安装9～15个高压风喷嘴12，相邻两个高压风喷嘴12之间的间距50～100mm，吹扫支架8可旋转角度为 0～90°；高压风喷嘴12材质选用持久耐用的PVC管，喷头采用可快速更换重复使用的可替换喷头，吹扫压力为25～40Bar。
一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的生产方法，采用上述防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，在现场生产前，需确定以下关键参数：
（1）确定在不同矫直温度下，钢板表面氧化铁皮FeO、Fe3O4、Fe2O3与基体的结合力；
（2）设计除磷高压水水压力范围，既保证钢板表面70%及以上的氧化铁皮有效去除，又能够不浪费水资源，降低生产成本；
（3）开启吹扫高压风，将残留在钢板上表面的氧化铁皮去除，避免矫直时被压入钢板表面形成矫直凹坑。
不同矫直温度下，钢板表面氧化铁皮FeO、Fe3O4、Fe2O3与基体的结合力的确定实验过程如下：
实验设备：WDW-300万能力学实验机；
实验温度：450℃、550℃、600℃、700℃、800℃；
变形速率：5mm/min；
实验仓内部气体为空气气氛；试验温度为450℃～800℃；保温时间为100s～10000s；钢板得到不同结构的Fe2O3、Fe3O4、FeO，以5mm/min的速率进行高温拉伸变形，测出不同矫直温度下，钢板表面氧化铁皮脱落70%以上时所需的应力如下：
在450～550℃范围， Fe2O3产生破碎开裂的应力为14.2MPa，使Fe3O4产生破碎开裂的应力为15.0MPa，使FeO产生破碎开裂的应力为9.3MPa，使70%以上的表面氧化铁皮破碎开裂，高压水除磷鳞压力不低于15.0MPa，即不低于150 Bar；
在550～700℃范围，使Fe2O3产生破碎开裂的应力为13.5MPa，使Fe3O4产生破碎开裂的应力为10.3MPa，使FeO产生破碎开裂的应力为7.8MPa，使70%以上的表面氧化铁皮破碎开裂，高压水除磷压力不低于13.5MPa，即不低于135 Bar；
在＞700℃范围，使Fe2O3产生破碎开裂的应力为9.6MPa，使Fe3O4产生破碎开裂的应力为7.9MPa，使FeO产生破碎开裂的应力为7.4MPa，使70%以上的表面氧化铁皮破碎开裂，高压水除磷压力不低于9.2MPa，即不低于92Bar。
具体工艺包含以下步骤：
（1）钢板生产参数设定：通过二级模型输入钢板终冷温度目标值及范围、钢板第一道矫直温度及范围；
（2）参数设定：根据二级模型设定的钢板矫直温度范围，系统自动匹配高压水压力和高压风压力。
（3）参数微调：根据钢板厚度，可以手动对高压水喷梁2角度和高压风吹扫支架8进行调节，确保钢板表面70%及以上的氧化铁皮有效去除；
（5）钢板矫直。
具体参数设定如下：
钢板经过双轧程轧制后，采DQ+ACC、或者ACC控制冷却，终冷温度480℃，由运输辊道传送至矫直工序。除磷高压水水压200Bar，吹扫高压风压力40Bar，高压水喷嘴3的喷水方向与钢板1的运行方向的逆向夹角为0°，高压风喷嘴12的高压风吹扫方向与钢板1的运行方向的逆向夹角为90°，钢板进入矫直机前表面70-80%的氧化铁皮被去除，钢板经过返红后第一道矫直温度为510℃，第二道矫直温度为503℃，第三道矫直温度为495℃，矫直后钢板表面质量良好，整张钢板表面矫直凹坑缺陷面积＜3-5‰。钢板矫直后表面氧化铁皮与基体的剥离显微组织见附图6。
实施例二：采用实施例一所限定的防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，具体参数设定如下：
钢板经过双轧程轧制后，采DQ+ACC、或者ACC控制冷却，终冷温度650℃，由运输辊道传送至矫直工序。除磷高压水水压160Bar，吹扫高压风压力33Bar，高压水喷嘴3的喷水方向与钢板1的运行方向的逆向夹角为10°，高压风喷嘴12的高压风吹扫方向与钢板1的运行方向的逆向夹角为85°，钢板进入矫直机前表面75-90%的氧化铁皮被去除，钢板经过返红后第一道矫直温度为680℃，第二道矫直温度为672℃，第三道矫直温度为658℃，矫直后钢板表面质量良好，整张钢板表面矫直凹坑缺陷面积＜1-4‰。钢板矫直后表面氧化铁皮与基体的剥离显微组织见附图7。
其它同实施例一。
实施例三：采用实施例一所限定的防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，具体参数设定如下：
钢板经过双轧程轧制后，采DQ+ACC、或者ACC控制冷却，终冷温度700℃，由运输辊道传送至矫直工序。除磷高压水水压100Bar，吹扫高压风压力25Bar，高压水喷嘴3的喷水方向与钢板1的运行方向的逆向夹角为15°，高压风喷嘴12的高压风吹扫方向与钢板1的运行方向的逆向夹角为80°，钢板进入矫直机前表面80-90%的氧化铁皮被去除，钢板经过返红后第一道矫直温度为730℃，第二道矫直温度为721℃，第三道矫直温度为710℃，矫直后钢板表面质量良好，整张钢板表面矫直凹坑缺陷面积＜1-3.5‰。钢板矫直后表面氧化铁皮与基体的剥离显微组织见附图8。
其它同实施例一。
Claims (9)
1.一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，其特征在于：在矫直机（11）的前方和后方均设有高压水除磷系统和高压风吹扫系统，所述高压风吹扫系统位于矫直机（11）和高压水除磷系统之间；
所述高压水除磷系统包含喷梁（2）和高压水喷嘴（3），喷梁（2）设在钢板（1）的上方，喷梁（2）上设有多个高压水喷嘴（3）；
所述高压风吹扫系统包含吹扫支架（8）和高压风喷嘴（12），钢板（1）的两侧分别设有一个吹扫支架（8），所述吹扫支架（8）上设有多个高压风喷嘴（12）。
2.根据权利要求1所述的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，其特征在于所述喷梁（2）上的高压水喷嘴（3）的喷水方向与钢板（1）的逆向夹角为0～90°，吹扫支架（8）上的高压风喷嘴（12）的喷气方向与钢板（1）的逆向夹角为0～90°。
3.根据权利要求2所述的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，其特征在于所述喷梁（2）上的高压水喷嘴（3）的喷水方向与钢板（1）的逆向夹角为0～45°，吹扫支架（8）上的高压风喷嘴（12）的喷气方向与钢板（1）的逆向夹角为0～45°。
4.根据权利要求1或2所述的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，其特征在于所述喷梁（2）上的高压水喷嘴（3）为25～40个，吹扫支架（8）上的高压风喷嘴（2）为9～15个。
5.根据权利要求1或2所述的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，其特征在于所述喷梁（2）设在喷梁支架（5）上，吹扫支架（8）垂直于钢板（1）的上表面。
6.根据权利要求5所述的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，其特征在于所述喷梁支架（5）和吹扫支架（8）均固定在钢板传输辊道上。
7.根据权利要求1或2所述的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，其特征在于所述喷梁（2）通过高压水管路与水泵（6）和循环水箱体（7）连接，高压风喷嘴（12）通过高压风管路与高压风压缩机（10）连接。
8.一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的生产方法，其特征在于：采用权利要求1-7所述的任意一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的装置，当钢板矫直温度在450-550℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于155Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于35Bar；当钢板矫直温度在550-700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于140Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于30Bar；当钢板矫直温度＞700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压不低于100Bar，高压风喷嘴的高压风压力不低于25Bar。
9.根据权利要求8所述的一种防止中厚板产品矫直凹坑缺陷的生产方法，其特征在于：当钢板矫直温度在450-550℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压为155～200Bar，高压风喷嘴的高压风压力为35～40Bar；当钢板矫直温度在550-700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压为140～180Bar，高压风喷嘴的高压风压力为30～35Bar；当钢板矫直温度＞700℃范围时，高压水喷嘴的高压水水压为100～140Bar，高压风喷嘴的高压风压力为25～30Bar。
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