CN109576474A - 一种厚板快速正火冷却装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢板热处理技术领域，涉及一种厚板钢快速正火的冷却装置及其方法，快速正火冷却装置包括正火加热炉、淬火机、若干冷却模块，冷却模块设于正火加热炉的出口端和/或冷却模块设于淬火机的末端，冷却模块为分段加压水雾冷却装置。本发明一种厚板快速正火冷却装置及其方法，提供一种分段加压水雾冷却装置及由此装置实现的快速正火冷却方法，对不同厚度规格钢板实现快速正火，实现较低的合金添加量生产出强韧性能优良的正火钢板，解决了厚规格钢板正火性能合格率较低的问题，使正火钢板的生产效率提升，成本下降。本冷却装置可在正火加热炉的出口辊道上新增，实现正火钢板加速冷却；也可以在淬火机末端新增水雾冷却装置，使淬火机具备高低压喷水强冷和水雾弱冷，兼具淬火和快速正火功能。

Description

一种厚板快速正火冷却装置及其方法
技术领域
本发明属于钢板热处理技术领域，涉及一种厚板钢快速正火的冷却装置及其方法。
背景技术
常规正火工艺是将钢板在加热炉中加热到一定温度以上进行适当保温后出炉，空冷或风冷到室温，得到正火态组织。随着钢板厚度规格的拓展以及成本改善需要，部分正火钢在低合金及低含碳量的前提下，采用常规的空冷工艺(特别是环境温度较高时)，其性能往往处于临界状态，时常出现不满足性能要求的情况。为满足产品性能要求，针对正火工艺出现了一些改进措施和方法，主要冷却方式为水冷、气雾冷却和风冷。
专利CN101831532A公开了一种钢板正火后加速冷却工艺方法，通过出炉后气雾冷却和层流冷却结合或气雾冷却和喷射冷却结合，终冷温度400-700℃，实现4～120mm厚度钢板正火加速冷却的目的，达到较少合金添加的情况下获得相当的强韧性。其专利未公布装置情况，且气雾冷却工艺较为复杂，涉及的能介较多。
专利CN101307380公开了提高了正火钢板强度的淬火机加速冷却工艺，其利用淬火机高低压段喷水冷却，使钢板冷却到600-650℃。用于淬火的淬火机其冷却能力很强，进行低速冷却的控制难度和均匀性很难得到保证。专利CN101319270A与其类似，介绍的提高正火钢板力学性能的热处理方法也是利用淬火机进行小流量喷水冷却，使钢板终冷温度控制在600-800℃之间，钢板屈服强度和抗拉强度较常规正火工艺都有提升。专利CN203683599U公开了一种特厚板正火后控制冷却装置，该装置具有汽包、层流冷却集管、气吹、侧喷，通过加大正火冷却速度使钢板强塑性和低温脆性得到改善。
专利CN107326154A公开了一种大单重超厚Cr-Mo钢板的正火热处理方法，对160-190mm厚度的大单重钢板加热后水槽冷却，终冷温度低于200℃，解决大单重超厚Cr-Mo钢板无法在辊式淬火机中进行正火冷却的难题。
专利CN104962704A公开了一种正火后风冷的热处理生产方法，通过在热处理炉出炉辊道一侧安装风机的方法对出炉钢板进行风冷，终冷温度550-650℃，实现低成本低合金钢的生产。缺点在于风冷的冷却能力较低，对厚规格钢板性能提升效果不明显。
从已申请专利和现场实际情况来看，水箱冷却及喷水冷却冷却强度较大，冷却工艺不易控制，冷却均匀性较差，极易改变钢板的正火组织；气雾冷却设设备及喷嘴结构较为复杂，涉及水、气两种介质，且喷嘴孔径更小易堵塞；风冷冷却强度较低，使用范围有限，对较厚规格钢板效果不佳。
发明内容
本发明一种厚板快速正火冷却装置及其方法，提供一种分段加压水雾冷却装置及由此装置实现的快速正火冷却方法，对不同厚度规格钢板实现快速正火，实现较低的合金添加量生产出强韧性能优良的正火钢板，解决了厚规格钢板正火性能合格率较低的问题，使正火钢板的生产效率提升，成本下降。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种厚板快速正火冷却装置，快速正火冷却装置包括正火加热炉、淬火机、若干冷却模块，冷却模块设于正火加热炉的出口端和/或冷却模块设于淬火机的末端，冷却模块为分段加压水雾冷却装置。
本发明一种厚板快速正火冷却装置及其方法，提供一种分段加压水雾冷却装置及由此装置实现的快速正火冷却方法，对不同厚度规格钢板实现快速正火，实现较低的合金添加量生产出强韧性能优良的正火钢板，解决了厚规格钢板正火性能合格率较低的问题，使正火钢板的生产效率提升，成本下降。本冷却装置可在正火加热炉的出口辊道上新增，实现正火钢板加速冷却；也可以在淬火机末端新增水雾冷却装置，使淬火机具备高低压喷水强冷和水雾弱冷，兼具淬火和快速正火功能。
优选地，冷却模块设置有集水总管，集水总管末端安装若干冷却集管。优选地，冷却集管入口处顺序安装连接有过滤器、电动调节阀、流量计。这样设置是为了实现根据工艺需要进行流量、压力调节。
优选地，冷却集管上设有若干排喷嘴，喷嘴的压力范围为0.1～0.6Mpa。用高压小流量水雾喷嘴，压力范围为0.1～0.6MPa，冷却装置最大用水量100m3/h。通过集管结构设计和快速响应阀门可实现集管冷却水的快速开、关功能，集管开关速度在5s以内。
优选地，冷却模块包括若干独立的冷却单元。这样设置是为了实现冷却箱体分段设计，边部和中部单独控制，可以针对不同宽度规格选择只开中部或全开，实现灵活控制和节约用水。
优选地，冷却模块的入口和出口处均安装顶部气吹。这样设置是为了防止冷却过程表面冷却水向钢板其他未水冷区域无规则流动，影响冷却均匀性。
优选地，集水总管上安装自清洗过滤器，集水总管端部设计有排污孔，喷嘴设有防堵塞的过滤网。冷却装置入口总管处设有自清洗过滤器；集管端部设计有排污孔，生产间歇或定修期间打开排污孔完成喷箱清洗；新型喷嘴自带过滤网，过滤器和喷嘴过滤网双重保护，避免喷嘴堵塞。另外，集管入口的流量调节阀和流量计可以根据设定流量和实测流量进行闭环控制，确保实际流量的精准，从而满足不同规格厚板冷却需求。
本发明还提供一种应用所述的厚板快速正火冷却装置的方法，冷却模块流量计算模块，具体步骤如下：
(1)将若干冷却模块进行初步标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，并进行存储；
(2)冷却前，流量计算模块根据加热炉出炉温度值和目标终冷温度值进行装置水流密度、辊道速度和上下水量比计算；
(3)生产开始前，将各集管流量调节阀打开到相应的开度，开启开关阀，在压力稳定后根据实际流量微调流量调节阀，将流量调节到公差允许范围；在冷却过程中如果有流量控制偏差，实时进行闭环控制，始终确保冷却过程中流量稳定；
(4)正火钢板达到出炉温度后从加热炉传输到正火水雾冷却装置入口，根据模型计算的辊道速度进入正火冷却装置进行喷雾冷却；
(5)冷却后，根据出口板形情况调节上下水量比例；
(6)冷却装置出口安装出口温度计，将测得的钢板终冷温度反馈至计算模型，计算模型根据实测终冷温度与计算终冷温度的偏差对下一块钢板的水量密度进行修正；
(7)下一块钢板冷却重复上述过程(2)～(6)。
优选地，在步骤(4)中，不同厚度规格钢板的冷却速度为0.1-10℃/s。
优选地，在步骤(5)中，不同厚度钢板上下水量比在1-3之间。另外，系统通过不同规格厚板出炉温度和终冷温度设定冷却装置的流量密度(或在HMI操作界面上，根据钢板厚度规格不同输入集管所需的流量密度)，系统根据所输入的设定流量和流量计反馈的数据，自动调节电动阀的开度，当流量密度达到所需要的设定值时，系统调节完成，开始进行钢板正火冷却。
本发明的有益效果为：
本发明一种厚板快速正火冷却装置及其方法，提供一种分段加压水雾冷却装置及由此装置实现的快速正火冷却方法，对不同厚度规格钢板实现快速正火，实现较低的合金添加量生产出强韧性能优良的正火钢板，解决了厚规格钢板正火性能合格率较低的问题，使正火钢板的生产效率提升，成本下降。本冷却装置可在正火加热炉的出口辊道上新增，实现正火钢板加速冷却；也可以在淬火机末端新增水雾冷却装置，使淬火机具备高低压喷水强冷和水雾弱冷，兼具淬火和快速正火功能。另外，通过应用正火快速冷却装置与方法，对厚板实施小流量快速均匀水雾冷却，使正火厚板温度降至100～600℃，快速正火后钢板性能较空冷更为优越，强度提升，可生产规格拓展，生产效率大幅提高。
附图说明
图1为快速正火工艺布置图。
图2为快速正火集管上喷嘴布置示意图。
图3为冷却集管分段控制及阀门设置示意图。
图4为冷却集管横向示意图及排污设计。
图5为正火冷却过程控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一
如图1至5所示为本发明一种厚板快速正火冷却装置及其方法的第一实施例，快速正火冷却装置包括正火加热炉1、淬火机5、若干冷却模块3，冷却模块3设于正火加热炉1的出口端和/或冷却模块3设于淬火机5的末端，冷却模块3为分段加压水雾冷却装置。
其中，冷却模块3设置有集水总管，集水总管末端安装若干冷却集管3。
另外，冷却集管3入口处顺序安装连接有过滤器、电动调节阀9、流量计10。
其中，冷却集管3上设有若干排喷嘴31，喷嘴31的压力范围为0.1～0.6Mpa。
另外，冷却模块3包括若干独立的冷却单元。其中，冷却箱体分段设计，边部7和中部8单独控制，可以针对不同宽度规格选择只开中部或全开，实现灵活控制和节约用水，如图3所示。
其中，冷却模块3的入口和出口处均安装顶部气吹2、21。
另外，集水总管上安装自清洗过滤器，集水总管端部设计有排污孔6，喷嘴31设有防堵塞的过滤网。
本实施例还提供一种应用厚板快速正火冷却装置的方法，冷却模块3流量计算模块，具体步骤如下：
(1)将若干冷却模块3进行初步标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，并进行存储；
(2)冷却前，流量计算模块根据加热炉出炉温度值和目标终冷温度值进行装置水流密度、辊道速度和上下水量比计算；
(3)生产开始前，将各集管流量调节阀打开到相应的开度，开启开关阀，在压力稳定后根据实际流量微调流量调节阀，将流量调节到公差允许范围；在冷却过程中如果有流量控制偏差，实时进行闭环控制，始终确保冷却过程中流量稳定；
(4)正火钢板达到出炉温度后从加热炉1传输到正火水雾冷却装置入口，根据模型计算的辊道速度进入正火冷却装置进行喷雾冷却；
(5)调节上下集管水量比例，根据出口板形情况调节上下水量比例；
(6)冷却装置出口安装出口温度计，将测得的钢板终冷温度反馈至计算模型，计算模型根据实测终冷温度与计算终冷温度的偏差对下一块钢板的水量密度进行修正；
(7)下一块钢板冷却重复上述过程(2)～(6)。
其中，在步骤(4)中，不同厚度规格钢板的冷却速度为0.1-10℃/s。
另外，在步骤(5)中，不同厚度钢板上下水量比在1-3之间。
具体地：
1)冷却装置安装在正火加热炉后，设计为单排喷嘴，如图2(a)所示，采用实心圆锥雾化喷嘴。
2)集管长度5000mm，边部1m，中间3m，冷却段总长度12m。水压0.4MPa，用水量20m3/h，上下水比1:1.5。冷却装置入口、出口顶部气吹压力0.5MPa。
3)对50mm厚板Q345进行快速正火冷却，出炉温度900℃，辊道速度1m/min，终冷温度470℃，冷却速度1.23℃/s。冷却后钢板表面温度均匀分布，全长温差在470±20℃。
4)快速正火工艺生产的正火钢板抗拉强度和屈服强度较常规正火工艺提高约20～40MPa，性能完全满足要求，产品合格率提升23％，结果如表1所示。
表1：50mm厚板快速正火力学性能
实施例二：
如图1至5所示为本发明一种厚板快速正火冷却装置及其方法的第二实施例，本实施例与实施例一类似，所不同之处在于，
1)冷却装置安装在淬火机低压段出口，设计为三排喷嘴，如图2(b)所示，采用实心圆锥和扇形雾化喷嘴交替布置。
2)集管长度4200mm，边部0.8m，中间2.6m，冷却段总长度10m。水压0.2MPa，用水量40m3/h，上下水比1:1.7。冷却装置入口、出口顶部气吹压力0.8MPa。
3)对20mm厚板Q345进行快速正火冷却，出炉温度900℃，辊道速度6m/min，终冷温度550℃，冷却速度5.75℃/s。冷却后钢板表面温度均匀分布，全长温差在550±20℃。
4)快速正火工艺生产的正火钢板抗拉强度和屈服强度较常规正火工艺提高约30～40MPa，性能完全满足要求，产品合格率提升18％，结果如表2所示。
表2：20mm厚板快速正火力学性能
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种厚板快速正火冷却装置，其特征在于，快速正火冷却装置包括正火加热炉（1）、淬火机（5）、若干冷却模块（3），冷却模块（3）设于正火加热炉（1）的出口端和/或冷却模块（3）设于淬火机（5）的末端，冷却模块（3）为分段加压水雾冷却装置。
2.根据权利要求1所述的厚板快速正火冷却装置，其特征在于，冷却模块（3）设置有集水总管，集水总管末端安装若干冷却集管。
3.根据权利要求2所述的厚板快速正火冷却装置，其特征在于，冷却集管（3）入口处顺序安装连接有过滤器、电动调节阀（9）、流量计（10）。
4.根据权利要求3所述的厚板快速正火冷却装置，其特征在于，冷却集管上设有若干排喷嘴（31），喷嘴（31）的压力范围为0.1～0.6Mpa。
5.根据权利要求4所述的厚板快速正火冷却装置，其特征在于，冷却模块（3）包括若干独立的水雾冷却单元。
6.根据权利要求5所述的厚板快速正火冷却装置，其特征在于，冷却模块（3）的入口和出口处均安装顶部气吹（2、21）。
7.根据权利要求1所述的厚板快速正火冷却装置，其特征在于，集水总管上安装自清洗过滤器，集水总管端部设计有排污孔（6），喷嘴（31）设有防堵塞的过滤网。
8.一种应用权利要求1至7任一项所述的厚板快速正火冷却装置的方法，其特征在于，水雾冷却模块（3）流量计算模块，具体步骤如下：
（1）将若干冷却模块（3）进行初步标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，并进行存储；
（2）冷却前，流量计算模块根据加热炉出炉温度值和目标终冷温度值进行装置水流密度、辊道速度和上下水量比计算；
（3）生产开始前，将各集管流量调节阀打开到相应的开度，开启开关阀，在压力稳定后根据实际流量微调流量调节阀，将流量调节到公差允许范围；在冷却过程中如果有流量控制偏差，实时进行闭环控制，始终确保冷却过程中流量稳定；
（4）正火钢板达到出炉温度后从加热炉（1）传输到正火水雾冷却装置入口，根据模型计算的辊道速度进入正火冷却装置进行喷雾冷却；
（5）根据冷却出口板形情况调节下一块钢板正火冷却的上下水量比例；
（6）冷却装置出口安装出口温度计，将测得的钢板终冷温度反馈至计算模型，计算模型根据实测终冷温度与计算终冷温度的偏差对下一块钢板的水量密度进行修正；
（7）下一块钢板冷却重复上述过程（2）～（6）。
9.根据权利要求8所述的厚板快速正火冷却装置的方法，其特征在于，在步骤（4）中，不同厚度规格钢板的冷却速度为0.1-10℃/s。
10.根据权利要求8所述的厚板快速正火冷却装置的方法，其特征在于，在步骤（5）中，不同厚度钢板上下水量比在1-3之间。
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