CN109174981B - 一种热连轧中间坯冷却装置及其使用方法 - Google Patents

一种热连轧中间坯冷却装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种热连轧中间坯冷却装置及其使用方法，属于热连轧板带钢控制冷却领域。该装置包括中间坯快速冷却系统、供水系统和自动化控制系统；中间坯快速冷却系统设置在热连轧的输送辊道处，中间坯快速冷却系统的上集管布置在热连轧的输送辊道上方；中间坯快速冷却系统的下集管布置在热连轧输送辊道上，并间隔设置在相邻输送辊之间；供水管路的水配管一端连接上/下集管，另一端连接分流集水管。该装置的使用方法根据装置的布置形式分为(1)设置在粗轧精轧之间；(2)设置在靠近精轧一侧；(3)设置在靠近粗轧两侧的方式。该方法其解决了中间坯空冷待温从而轧制效率降低的问题，同时通过对中间坯温度的高效、灵活控制，满足差温轧制、轧制与水冷耦合的控制轧制等多样化工艺需求。

Description

一种热连轧中间坯冷却装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及热连轧板带钢控制冷却技术领域，具体是一种热连轧中间坯冷却装置及其使用方法。
背景技术
热轧板带钢生产线轧制高强钢以及需要控制轧制的产品，如铁素体区轧制等，受进精轧温度(FET)限制，需要在粗轧区域空冷待温轧制，以满足进精轧的温度要求。但空冷待温随之带来的问题是极大的降低轧线轧制生产节奏，产能显著降低，严重制约着轧线产能的发挥。同时，长时间的待温过程中奥氏体晶粒会发生粗化，从而减弱再结晶区控轧的效果，不利于最终组织细化。尤其，厚规格热连轧板带钢产品，控制轧制和控制冷却的效果都较弱的情况下，为获得较高的韧性只能通过添加合金元素来实现。
中间坯冷却技术通过在精轧前对高温的中间坯强制冷却，能够减少中间坯待温时间，提高生产率，并有效降低中间坯待温所引起的奥氏体晶粒粗大。同时可通过强制冷却实现心表大梯度的温差轧制。
发明专利“CN1500573 A”公开的一种热轧带钢中间坯层流冷却方法，其特征在于利用一定长度的层流冷却装置实现中间坯的冷却，相比中间坯快速冷却装置，层流冷却效率较低，为实现较高的温降，需要的设备较长，而部分产线粗轧与精轧之间距离较短，限制了中间坯层流冷却的使用。
发明专利“CN 101972782 B”公开的一种热轧带钢轧制中间坯的冷却装置及其冷却方法，发明专利“CN101642780 A”公开的一种中间坯冷却系统级冷却控制工艺，发明专利“CN 103624093 A”所公开的钢坯中间坯冷却系统等，以上发明专利所公开的中间坯冷却装置布置在粗轧机与精轧机之间，均未能明确设备具体的工艺布置位置，尤其针对差温轧制、轧制-冷却一体化控制等多种工艺需求，以上设备仅能在一定程度上实现中间坯冷却的效果，功能较为单一，不能满足现代化热连轧线多样化工艺需求。
发明内容
本发明目的在于解决中间坯空冷待温从而轧制效率降低的问题，同时通过对中间坯温度的高效、灵活控制，满足差温轧制、轧制与水冷耦合的控制轧制等多样化工艺需求，提出一种热连轧中间坯冷却装置及其使用方法，利用超快速冷却技术能够实现中间坯快速冷却。
本发明的一种热连轧中间坯冷却装置，包括中间坯快速冷却系统、供水系统和自动化控制系统；
所述的中间坯快速冷却系统设置在热连轧的输送辊道处，中间坯快速冷却系统包括设备主体框架、上集管、下集管、气喷装置和高压侧喷装置；
上集管布置在热连轧的输送辊道上方，并固定在设备主体框架上；下集管布置在热连轧输送辊道上，并间隔设置在相邻输送辊之间，下集管固定在热连轧辊道架上；
气喷装置和高压侧喷装置均设置在设备主体框架上；
所述的供水系统包括水配管、分流集水管、供水管路和泄压管路；
水配管分为上水配管和下水配管，上水配管一端和上集管连接，上水配管另一端和分流集水管连接；下水配管一端和下集管连接，下水配管另一端和分流集水管连接；
水配管上从轧制中心线向分流集水管侧，依次设置有气动开闭阀、水配管的气动调节阀、流量计和手动蝶阀，水配管上设置的阀门形成一套阀组，阀组的控制接入自动化控制系统中；
其中，分流集水管通过供水管路和轧线水系统连接，用于为中间坯冷却装置提供冷却水；
泄压管路一端连接分流集水管，另一端引入轧线渣沟，泄压管路配置有泄压管路的气动调节阀，用于供水系统压力调整；
所述的自动化控制系统为热连轧中间坯冷却自动化控制系统，包括基础自动化控制系统和过程控制自动化系统，基础自动化控制系统包含有PLC和人机交互界面(HMI)，用于上集管和下集管的开启、流量和压力的稳定控制以及相关控制逻辑的实现。过程控制自动化系统包含了中间坯冷却过程控制模型，用于根据冷却工艺，控制冷却系统中上集管和下集管的开启数量和水量，实现了对冷却模式、温度和冷却速率的控制。
所述的热连轧中间坯冷却装置中，所述的中间坯快速冷却系统中，设置有n个上集管，n个下集管，一个上集管和一个下集管形成一对冷却集管，集管之间相互平行布置。
所述的中间坯快速冷却系统中，每根集管均设置有高密喷嘴，高密冷却喷嘴采用倾斜布置，用以将高压冷却水倾斜喷射到高温中间坯表面实现快速冷却。
本发明的热连轧中间坯冷却装置，对于厚度为20～60mm的热连轧中间坯的冷却，冷却后，温度降低20～120℃。
本发明的热连轧中间坯冷却装置中，中间坯快速冷却系统用水压力控制为0.3～1.0MPa，单根集管水量在150～500m3/h之间。
本发明的热连轧中间坯冷却装置中，高压侧喷装置水压在0.8～2.0MPa之间，水量在20～50m3/h；气喷装置采用压缩空气在0.4～0.6MPa，用气量：2～5N m3/min。
一种热连轧中间坯冷却装置的使用方法，根据热连轧中间坯冷却装置的布置形式分为以下几种方法，分别为：
方法一：热连轧中间坯冷却装置布置在粗轧机与精轧机之间，热连轧中间坯冷却装置距离粗轧机中心线10～40m，距离精轧机第一座机架中心线≥50m；
中间坯经过粗轧机后，经由辊道进入热连轧中间坯冷却装置冷却，进入精轧前有足够的返温时间，温度降低20～120℃，精轧入口温度(FET)≤940℃，进入精轧机；
方法二：热连轧中间坯冷却装置布置在精轧机之前，热连轧中间坯冷却装置距离精轧第一座机架中心线为30～50m；
中间坯经过热连轧中间坯冷却装置冷却后，到进精轧前中间坯表层温度为700～950℃，心部温度较表层温度高80～300℃，返温时间较短，表层返温不充分，板坯厚度方向温度存在一定梯度，表面温度低，心部温度高，实现精轧差温轧制；
方法三：热连轧中间坯冷却装置分别布置在粗轧机出口和入口位置，粗轧机两侧的热连轧中间坯冷却装置均距离粗轧机中心线1～6m；中间坯经过粗轧后，进行粗轧可逆轧制过程的每一道次，均通过热连轧中间坯冷却装置进行快速冷却，通过冷却与轧制道次的有效结合，最终实现轧制-冷却耦合的一体化控制工艺。
本发明的一种热连轧中间坯冷却装置的使用方法，根据工艺需求，采用其中的一种方法或两种方法的组合。
本发明的一种热连轧中间坯冷却装置及其使用方法，与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)使用本发明所述的中间坯快速冷却系统，通过高压冷却水，来实现中间坯强制冷却，有利于打破冷却水与钢板表面的气膜，相比于层流冷却和气雾冷却，能实现高效的冷却换热，冷却均匀性好，设备占地空间小，生产线改造难度小。
(2)不同的工艺布置组合可满足多样化的工艺需求，具体体现在：
a)针对热轧板带钢生产线轧制高强钢以及需要控制轧制的产品，采用所述的工艺布置方法1，可实现壁厚20～60mm的中间坯20～120℃的温降，满足精轧入口温度控制的要求，同时冷却设备距离精轧入口距离较远，钢板返温较为充分。
b)采用所述的工艺布置方法2，冷却设备距离精轧入口较近，中间坯冷却后返温不充分，中间坯厚度方面的温度梯度较大，精轧过程能够实现差温轧制的效果，提高心部变形，有利于提高厚规格钢板心部的韧性。
c)采用所述的工艺布置方法3，能够使中间坯粗轧可逆轧制的每一道次，都可以通过冷却装置进行即时冷却，将轧制与冷却耦合控制，其一，可以提高轧制的效率，其二，可引入新的调控机制，实现对组织性能的调控，来进一步挖掘钢铁材料的潜能，为表面细晶钢等产品开发提供途径。
(3)针对目前大型热连轧机升速轧制引起实带钢长度方向组织性能的不稳定性，所述设备及工艺布置可实现中间坯的温度高效控制，进而提高最终钢板组织性能的均匀性。
(4)所述的中间坯冷却装置通过合理的工艺布置方法可有效解决热轧板带钢生产线中间坯空冷待温问题，并改善中间坯待温所造成的奥氏体晶粒粗大。同时通过粗轧道次间轧制-冷却耦合控制和中间坯精轧前的控温冷却实现对中间坯温度的高效、精确控制，对于实现差温轧制、轧制与冷却一体化控制等工艺路线提供了有效途径。
附图说明
图1为本发明热连轧中间坯冷却装置结构示意图。
图2为本发明热连轧中间坯冷却装置下集管俯视的结构示意图。
图3为本发明实施例1热连轧生产线中间坯冷却装备的布置形式1的示意图。
图4为本发明实施例2热连轧生产线中间坯冷却装备的布置形式2的示意图。
图5为本发明实施例3热连轧生产线中间坯冷却装备的布置形式3的示意图。
图6为本发明实施例4热连轧生产线中间坯冷却装备的布置形式2和布置形式3组合的示意图。
图中，1为设备主体框架，2为上集管，3为下集管，4为输送辊道，5为热连轧辊道架，6-1为上集管的高密喷嘴，6-2为下集管的高密喷嘴，7为气动开闭阀，8-1为水配管的气动调节阀，8-2为泄压管路的气动调节阀，9为流量计，10为手动蝶阀，11为水配管，12为分流集水管，13为泄压管路，14为供水管路，15-1为入口处的高压侧喷装置，15-2为出口处的高压侧喷装置，16-1为入口处的气喷装置，16-2为出口处的气喷装置，17为热连轧中间坯冷却装置，18为粗轧R2机架，19为精轧F1机架，20为自动化控制系统。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种热连轧中间坯冷却装置，其结构示意图见图1，具体包括中间坯快速冷却系统，供水系统和自动化控制系统；
所述的中间坯快速冷却系统设置在热连轧输送辊道处，图1中该装置的设置方向和热连轧输送辊道的输送方向垂直，中间坯快速冷却系统包括设备主体框架1、上集管2、下集管3、气喷装置和高压侧喷装置，具体为：
所述的设备主体框架1设置在热连轧输送辊道处，并与热连轧辊道架5连接；
所述的上集管2布置在热连轧输送辊道4上方，并固定在设备主体框架1上；下集管3布置在热连轧的输送辊道4上，并间隔设置在相邻输送辊之间，下集管3固定在热连轧辊道架5上；下集管俯视的结构示意图见图2。
中间坯快速冷却系统中，设置有8个上集管，8个下集管，一个上集管和一个下集管形成一对冷却集管，集管之间相互平行布置。
中间坯快速冷却系统中，每根上集管2均设置有上集管的高密喷嘴6-1，下集管3均设置有下集管的高密喷嘴6-2。
气喷气吹装置16和高压侧喷装置15均设置在设备主体框架1上。其中，在中间坯快速冷却系统的入口设置有入口处的高压侧喷装置15-1和入口处的气喷装置16-1，在中间坯快速冷却系统的出口设置有出口处的高压侧喷装置15-2和出口处的气喷装置16-2。
所述的供水系统包括水配管11、分流集水管12、供水管路14和泄压管路13。
水配管11分为上水配管和下水配管，上水配管一端和上集管2连接，上水配管另一端和分流集水管12连接；下水配管一端和下集管3连接，下水配管另一端和分流集水管12连接；
水配管11从远离分流集水管12一端开始，依次设置有气动开闭阀7、水配管的气动调节阀8-1、流量计9和手动蝶阀10，水配管11上设置的阀门形成一套阀组，阀组的控制接入自动化控制系统20中；
其中，分流集水管12通过供水管路14和轧线水系统连接，用于为供水系统提供冷却水；
泄压管路13一端连接分流集水管12，另一端引入轧线地沟，泄压管路配置有泄压管路的气动调节阀8-2，用于供水系统压力调整；
所述的自动化控制系统20为热连轧中间坯冷却自动化控制系统，包括基础自动化控制系统和过程控制自动化系统，基础自动化控制系统包含有PLC和人机交互界面(HMI)，用于上集管和下集管的开启、流量和压力的稳定控制以及相关控制逻辑的实现。过程控制自动化系统包含了中间坯冷却过程控制模型，根据冷却工艺，用于控制冷却系统中上集管和下集管的开启数量和水量，实现了对冷却模式、温度和冷却速率的控制。
所述的热连轧中间坯冷却装置中，分流集水管的冷却水压力控制为0.3～1.0MPa，单根集管水量在150～500m3/h之间。高压侧喷装置水压在0.8～2.0MPa之间，水量在20～50m3/h；气喷装置采用压缩空气在0.4～0.6MPa，用气量：2～5N m3/min。
一种热连轧中间坯冷却装置的使用方法，采用如图3所示的布置方法，包括以下步骤：
热连轧中间坯冷却装置采用工艺布置方法一，即热连轧中间坯冷却装置17布置在粗轧机与精轧机之间，距离粗轧机R2机架18出口13m，距离精轧F1机架19入口90m处。热连轧中间坯冷却装置，包含8对冷却集管。
冷却水压力控制为0.3～1.0MPa，单根集管水量在150～500m3/h之间。厚度20mm～60mm的中间坯温降低在20～120℃之间。以60mm厚度的X70管线钢为例，粗轧后中间坯温度为990℃，为保证精轧入口温度在900℃～940℃之间，需要在粗轧与精轧中间辊道摆钢80～120秒。设定热连轧中间坯冷却装置压力为0.8MPa，单个集管流量在240～420m3/h之间，在控制系统控制下中间坯经过热连轧中间坯冷却装置后，在热连轧中间坯冷却装置的冷却出口，中间坯表面温度为850℃，经过充分的返温到达精轧机设备入口时，FET温度为940℃，满足精轧入口温度要求，大幅度的提高了轧制效率。
实施例2
一种热连轧中间坯冷却装置，同实施例1。
一种热连轧中间坯冷却装置的使用方法，采用如图4所示的布置方法，包括以下步骤：
热连轧中间坯冷却装置采用工艺布置方法二，即热连轧中间坯冷却装置17布置在粗轧机与精轧机之间，靠近精轧机侧，距离精轧第一座机架中心线35m，热连轧中间坯冷却装置，包含4对冷却集管。
本实施例中，冷却水压力控制为0.8MPa，单根集管水量在220～320m3/h。以生产22mm厚度的X70管线钢为例，经过粗轧R2后，中间坯厚度为58mm，终轧温度为990℃，为保证精轧入口温度在900℃～940℃之间，需要在粗轧与精轧中间辊道摆钢80～120秒。而在自动控制控制系统控制下，设定压力0.8MPa，单个集管流量在240～420m3/h之间，经热连轧中间坯装置冷却后，设备出口中间坯表面温度为830℃，经过一定的返温，到达精轧入口时，中间坯表层温度为890℃，中间坯心部温度在990℃～1050℃之间，精轧过程可起到差温轧制的效果。
实施例3
一种热连轧中间坯冷却装置，同实施例1。
一种热连轧中间坯冷却装置的使用方法，采用如图5所示的布置方法，包括以下步骤：
热连轧中间坯冷却装置采用工艺布置方法三，热连轧中间坯冷却装置17布置在粗轧R2机架18入口和出口位置，热连轧中间坯冷却装置17距离粗轧机中心线各为5m，设置在粗轧机入口处的热连轧中间坯冷却装置17包含2对冷却集管，设置在粗轧机出口处的热连轧中间坯冷却装置17包含2对冷却集管。冷却水压力控制为0.8MPa，单根集管水量在320m3/h。
经过R1轧制后的中间坯厚度为130mm，温度为1080℃，中间坯经过粗轧R2的每一道次均可进行高强度的冷却，每次冷却过程均将冷却集管开到最大，流量为320m3/h，中间坯表面冷却速度大于10℃/s，以保证厚度方向的冷却深度，轧制时钢板表面表面温度1050℃，道次压下在8～20mm，变形后的钢板会立即升温，在变形后施加强制冷却，抑制钢板迅速返温所造成再结晶晶粒长大，并且能够在一定程度上保证厚度方向上的温度梯度，随后进入下一道次轧制及冷却。经过道次间的强制冷却，抑制奥氏体晶粒的粗化，细化表层晶粒，同时提高了轧制渗透性，对于后续钢卷的厚度方向组织均匀性及改善力学性能起到良好效果。
实施例4
一种热连轧中间坯冷却装置，同实施例1。
一种热连轧中间坯冷却装置的使用方法，采用如图6所示的布置方法，包括以下步骤：
热连轧中间坯冷却装置采用工艺布置方法二和方法三的组合形式。热连轧中间坯冷却装置17布置在粗轧机前后距离中心线6m的位置，各安装1对冷却集管，精轧入口36m位置处安装的热连轧中间坯冷却装置，含4对冷却集管。
以20mm厚的表面细晶钢生产为例：冷却水压力设置为0.8MPa，集管流量在240～420m3/h之间。粗轧R2采用5道次轧制，在轧制的每一道次进行冷却。冷却过程在控制系统的控制下执行，经过冷却后，中间坯经过一定的返温后，控制进精轧前温度在750～900℃之间，经过精轧后控制卷取温度在580～680℃之间，后空冷至室温。通过检测超细晶层和心部位置拉伸性能，心部位置的屈服强度为424MPa，超细晶层的屈服强度比心部位置高70MPa，为494MPa。

Claims (9)

1.一种热连轧中间坯冷却装置，其特征在于，该热连轧中间坯冷却装置包括中间坯快速冷却系统、供水系统和自动化控制系统；
所述的中间坯快速冷却系统设置在热连轧的输送辊道处，中间坯快速冷却系统包括设备主体框架、上集管、下集管、气喷装置和高压侧喷装置；
上集管布置在热连轧的输送辊道上方，并固定在设备主体框架上；下集管布置在热连轧输送辊道上，并间隔设置在相邻输送辊之间，下集管固定在热连轧辊道架上；
气喷装置和高压侧喷装置均设置在设备主体框架上；
所述的供水系统包括水配管、分流集水管、供水管路和泄压管路；
水配管分为上水配管和下水配管，上水配管一端和上集管连接，上水配管另一端和分流集水管连接；下水配管一端和下集管连接，下水配管另一端和分流集水管连接；
水配管上从轧制中心线向分流集水管侧，依次设置有气动开闭阀、水配管的气动调节阀、流量计和手动蝶阀，水配管上设置的阀门形成一套阀组，阀组的控制接入自动化控制系统中；
其中，分流集水管通过供水管路和轧线水系统连接，用于为中间坯冷却装置提供冷却水；
泄压管路一端连接分流集水管，另一端引入轧线渣沟，泄压管路配置有泄压管路的气动调节阀，用于供水系统压力调整。
2.如权利要求1所述的热连轧中间坯冷却装置，其特征在于，所述的自动化控制系统为热连轧中间坯冷却自动化控制系统，包括基础自动化控制系统和过程控制自动化系统，基础自动化控制系统包含有PLC和人机交互界面，用于上集管和下集管的开启、流量和压力的稳定控制以及相关控制逻辑的实现；过程控制自动化系统包含了中间坯冷却过程控制模型，用于根据冷却工艺，控制冷却系统中上集管和下集管的开启数量和水量，对冷却模式、温度和冷却速率进行控制。
3.如权利要求1所述的热连轧中间坯冷却装置，其特征在于，所述的热连轧中间坯冷却装置中，所述的中间坯快速冷却系统中，设置有n个上集管，n个下集管，一个上集管和一个下集管形成一对冷却集管，集管之间相互平行布置。
4.如权利要求1所述的热连轧中间坯冷却装置，其特征在于，所述的中间坯快速冷却系统中，每根集管均设置有高密冷却喷嘴，高密冷却喷嘴采用倾斜布置，用以将高压冷却水倾斜喷射到高温中间坯表面实现快速冷却。
5.如权利要求1所述的热连轧中间坯冷却装置，其特征在于，所述的热连轧中间坯冷却装置，对于厚度为20~60mm的热连轧中间坯的冷却，冷却后，温度降低20~120℃。
6.如权利要求1所述的热连轧中间坯冷却装置，其特征在于，所述的热连轧中间坯冷却装置中，中间坯快速冷却系统用水压力控制为0.3~1.0MPa，单根集管水量在150~500m3/h之间。
7.如权利要求1所述的热连轧中间坯冷却装置，其特征在于，所述的热连轧中间坯冷却装置中，高压侧喷装置水压在0.8~2.0MPa之间，水量在20~50m3/h；气喷装置采用压缩空气的气压在0.4~0.6MPa，用气量：2~5N m3/min。
8.权利要求1~7任意一项所述的热连轧中间坯冷却装置的使用方法，其特征在于，根据热连轧中间坯冷却装置的布置形式分为以下几种方法，分别为：
方法一：热连轧中间坯冷却装置布置在粗轧机与精轧机之间，热连轧中间坯冷却装置距离粗轧机中心线10~40m，距离精轧机第一座机架中心线≥50m；
中间坯经过粗轧机后，经由辊道进入热连轧中间坯冷却装置冷却，进入精轧前有足够的返温时间，温度降低20~120℃，精轧入口温度≤940℃，进入精轧机；
方法二：热连轧中间坯冷却装置布置在精轧机之前，热连轧中间坯冷却装置距离精轧机第一座机架中心线为30~50m；
中间坯经过热连轧中间坯冷却装置冷却后，到进精轧前中间坯表层温度为700~950℃，心部温度较表层温度高80~300℃，返温时间较短，表层返温不充分，板坯厚度方向温度存在一定梯度，表面温度低，心部温度高，实现精轧差温轧制；
方法三：热连轧中间坯冷却装置分别布置在粗轧机出口和入口位置，粗轧机两侧的热连轧中间坯冷却装置均距离粗轧机中心线1~6m；中间坯经过粗轧后，进行粗轧可逆轧制过程的每一道次，均通过热连轧中间坯冷却装置进行快速冷却，通过冷却与轧制道次的有效结合，最终实现轧制-冷却耦合的一体化控制工艺。
9.如权利要求8所述的热连轧中间坯冷却装置的使用方法，其特征在于，一种热连轧中间坯冷却装置的使用方法，根据工艺需求，采用其中的一种方法或两种方法的组合。
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Assignee: GUANGXI SHENGLONG METALLURGICAL CO.,LTD.

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Denomination of invention: The invention relates to a cooling device for hot continuous rolling intermediate billet and an application method thereof

Granted publication date: 20191203

License type: Common License

Record date: 20211117

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Application publication date: 20190111

Assignee: Xi'an Heavy Technology Co.,Ltd.

Assignor: Northeastern University

Contract record no.: X2023210000017

Denomination of invention: A cooling device for hot continuous rolling tundish and its use method

Granted publication date: 20191203

License type: Common License

Record date: 20230301

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