CN110404960B - 基于组织等温转变+低温加速冷却的普通棒材轧制+精整一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明基于组织等温转变+低温加速冷却的普通棒材轧制+精整一体化系统，所述的系统包括：依次设置的加热炉、除磷装置、粗轧机组、第一飞剪、中轧机组、第一控冷水箱+空冷回温冷却、第二飞剪、预精轧机组；其特征在于，在所述的预精轧机组后还依次布置有：间隙喷水冷却水箱、带辊道的等温转变保温炉、强冷加速低温棒材冷却的文氏管水箱、在线定尺飞剪、变频辊道、自动收集打捆。上述本发明实现了基于在线最优等温奥氏体‑铁素体+珠光体相转变的热轧普通棒材生产工艺，起到免去棒材轧线生产中费时最长的冷床冷却工序，最大化减少了短尺量，柔性化了定尺剪切，提高了成材率，显著紧凑了工序过程，降低了综合制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及领域为普通棒材轧钢生产线。
背景技术
轧钢长材中的热轧棒材，对普通棒材多指直径在6mm-50mm的400MPa、500MPa、600MPa级建筑钢筋，包括带肋钢筋和光圆钢筋，广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设；近年来，普通棒材在国内一般可达2亿吨左右，2017年全国粗钢产量8.317亿吨，占中国总钢产量份额约25%左右，2017年全球粗钢产量为16.912亿吨，世界钢铁总钢产量中‘热轧棒材’产能约达4亿吨，份额约占23%。普棒的质量要求一般以断面几何尺寸公差度，和屈服强度，断裂强度，拉伸强度等指标的力学性能为主。 由于钢种累呗，连铸钢坯规格，以及成品尺寸和性能要求不同，会使得不同品种棒材轧制生产线设备在类型，数量，布置安排，以及加工工艺参数上略有差别，普通棒材加工过程是基于均热+轧制+水箱控冷的热机耦合工艺+精整，使用到的核心工艺主要有热机耦合控制工艺、在线热处理工艺、以及高精度轧制工艺等先进技术，确保轧线上生产出的成品在规格尺寸、小时产量、力学性能等方面都展现出高竞争力。众多的学术研究和生产实践证明，在成分含量保证下，棒材产品最终的微观组织结构种类及尺寸大小，直接决定了力学和其它性能，其取决于轧制生产线全流程的加工工艺制度。
长期以来，我国钢铁行业对普棒螺纹钢棒材的管控较松，市面上充斥大量余热回火生产的“地条钢”，其表层为回火马氏体，次表层为贝氏体，中心为铁素体和珠光体，虽然具有较高屈服和拉伸强度，然而热稳定性差，在建筑物发生火灾、地震等情况时会出现力学性能断崖式降低，安全系数低，为此 2018年11月开始贯标了热轧棒普通棒材螺纹钢生产的新标准要求，其核心在于适当添加微合金化元素，控制好轧件冷却过程，确保轧件组织为铁素体珠光体，但力学性能仍能达到相应标准。微合金化元素的添加增加了制造成本，此外由于标准中更严格的尺寸和重量控制要求，使得各生产企业普遍寻求更有效的降本增效技术。
就三级400MPa钢筋（C：0.18~0.23，Mn：1.2~1.5%，Si：0.2~0.5%）的组织-性能研究表明，在组织为全铁素体和珠光体条件下，尺寸细化到10μm以下时，可不通过添加微合金化元素，实现400级的生产，而目前报道的方法主要是控轧控冷配以添加V元素（一般在0.01%~0.04%），形成尺寸在30μm左右的晶粒实现，同时造成的吨钢成本约增加50元/吨，而这并未将材料潜能充分发挥。螺纹钢生产的核心是基于连续冷却控制组织转变，随后对热态轧件的温度控制放到上冷床温度，接着在步进式冷床上开始缓冷直至室温。由于冷床宽度的限制，需将热态轧件进行倍尺剪切，而且铸坯重量偏差，轧材本身成型过程中切头切尾的不确定性，以及负公差轧制等因素，都会使得定尺时后产生一定短尺，降低了成材率。
因此，进一步紧凑化热轧棒材加工工序，实现最优过冷度和温度组合条件下对材料组织的控制，减少短尺角度，是提升热轧普通棒材产品性能、成材率，降低成本的重要途径。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于组织等温转变+低温加速冷却的普通棒材轧制+精整一体化系统，起到免去棒材轧线生产中费时最长的冷床冷却工序，最大化减少了短尺量，柔性化了定尺剪切，提高了成材率，显著紧凑了工序过程，降低了综合制造成本的目的。
为达到上述目的，本发明基于组织等温转变+低温加速冷却的普通棒材轧制+精整一体化系统，所述的系统包括：依次设置的加热炉、除磷装置、粗轧机组、第一飞剪、中轧机组、第一控冷水箱+空冷回温冷却、第二飞剪、预精轧机组；其特征在于，在所述的预精轧机组后还依次布置有：间隙喷水冷却水箱、带辊道的等温转变保温炉、强冷加速低温棒材冷却的文氏管水箱、在线定尺飞剪、 变频辊道、自动收集打捆。
其中，上述系统的是按下述工艺运行的：
预精轧机组出来后，轧件温度在950~1050℃；
通过间隙式喷嘴冷却水箱，使轧件经冷却-回温-冷却-回温，将轧件温度整体降低到预期组织所需的等温转变点，其中横截面温差应小于25℃；
轧件经空冷段回温进入进行等温组织转变炉时，心表温差小于25℃，平均温度在600~700℃之间，保温炉内温度维持在600~700℃，轧件在炉内运行以保温6~10s；
随后进入只有一个喷嘴冷却的文氏管水箱，出文氏管水箱后，轧件温度降低到室温；
接着进行定尺剪切，被切后的轧件通过变频辊道逆向降速送到收集台架上，经计数称重打捆后运出。
进一步的，所述的间隙喷水冷却水箱为三个，平均冷速200~300℃/s，表层冷速范围400~600℃/s；轧件进入到第二个水箱前温度降低100℃，心表温差为50~100℃；轧件进入到第三个水箱前温度再降低100℃，心表温差为50~100℃，轧件整体温度保持在800~900℃；轧件出第三个水箱时心部温度在700~750℃，心表温差范围为75~100℃。
本发明的原理和操作分述如下：
本发明提出的基于组织等温转变+低温加速冷却的棒材轧制+精整一体化工艺方案，首先通过间隙式喷嘴冷却水箱，使出终轧机后的约900~1050℃轧件，经冷却-回温-冷却-回温，将轧件温度整体降低到预期组织所需的等温转变点（以C：0.18~0.23，Mn：1.2~1.5%，Si：0.2~0.5%，V：0.01%，铁素体+珠光体：600~700℃，贝氏体450~550℃），其中横截面温差应小于25℃， 然后将轧件置于带辊道的等温转变保温炉中运行通过恒温确保组织转变，接着在出炉后，通过辊道送入到文氏管侵水强冷，接着进行切头和定尺剪切，对剪切后的高速运动轧件用变频辊道变速启停制动将其滑落到收集装置中，称重计数后打捆送出，实现最低能耗生产高质量水平轧件的要求。
上述本发明通过在原有轧线终轧机后合理布置间隙喷水冷却水箱、新增带辊道的等温转变保温炉、强冷加速低温棒材冷却的文氏管水箱、在线定尺飞剪、 变频辊道、自动收集打捆等设备，免去传统轧线上的倍尺剪、冷床等装备，实现了基于在线最优等温奥氏体-铁素体+珠光体相转变的热轧普通棒材生产工艺，起到免去棒材轧线生产中费时最长的冷床冷却工序，最大化减少了短尺量，柔性化了定尺剪切，提高了成材率，显著紧凑了工序过程，降低了综合制造成本。
附图说明
图1传统棒材轧制生产线的布置图。
图2本发明基于组织等温转变+低温加速冷却的棒材轧制+精整一体化系统实施例布置图。
具体实施方式
下面结合现有技术、附图和实施例对本发明作进一步的说明。
对于传统的棒轧制生产线而言，图1为典型的轧线布置方案图，工艺布置一般为：1：加热炉 2：除磷装置 3：6架粗轧机组 4：1#飞剪 5：6架中轧机组 6：1#控冷水箱+空冷回温冷却 7：2#飞剪 8：6架预精轧机组 9：2#控冷水箱+空冷回温冷却 10：3#飞剪11： 冷床12：定尺剪 13：收集台架 14：打捆入库。工艺流程一般为，末机架终轧速度18m/s，开轧温度950~1200℃，为实现控轧控冷，通常在中轧机组后加设两组水箱，将轧件温度降低到950~1000℃左右，在精轧机组里通过控制压下量细化奥氏体晶粒，最后用轧后水箱将轧件温度快速降低，经倍尺剪（一般60~80m）后送到冷床，温度一般在750~850℃，轧件经30~60min冷却到室温经定尺（6~12m），再进行打捆收集。这种基于连续冷却控制轧件组织保证性能的工艺方案中，冷床的核心作用在于冷却高温轧件，未将最佳过冷度+温度热处理细化组织予以发挥，而且由于相邻高温轧件间存在热交换而加长了自然冷却时间，同时倍尺+定尺剪方式也较难控制短尺量。
本发明提出了一种基于组织等温转变+低温加速冷却的棒材轧制+精整一体化系统，其原理如图2所示的布置图：
1：加热炉 2：除磷装置 3：6架粗轧机组 4：1#飞剪 5：6架中轧机组 6：1#控冷水箱7：2#飞剪 8：6架预精轧机组 9：2#控冷水箱 10：等温 保温炉 11： 文氏管冷区设备 12：定尺剪 13：变频辊道 14：收集打捆
本发明在传统系统中增加了布置间隙喷水冷却水箱、新增带辊道的等温转变保温炉、强冷加速低温棒材冷却的文氏管水箱、在线定尺飞剪、 变频辊道、自动收集打捆等设备，免去传统轧线上的倍尺剪、冷床等装备，实现了基于在线最优等温奥氏体-铁素体+珠光体相转变的热轧普通棒材生产工艺，起到免去棒材轧线生产中费时最长的冷床冷却工序，最大化减少了短尺量，柔性化了定尺剪切，提高了成材率，显著紧凑了工序过程，降低了综合制造成本。
图2所示实施例的工艺如下：
轧件从末架精轧机出来时，速度约为18m/s，温度在950~1050℃，通过三个布置合理的间隙喷水冷却水箱，实现表层至中心温度的整体下降（整体平均冷速200~300℃/s，表层冷速范围400~600℃/s，主要通过水箱内间隙式排布冷却喷嘴避开形成稳定气化膜实现），轧件进入到第二个水箱前温度降低100℃（心表温差可在50~100℃），轧件进入到第三个水箱前温度降低100℃（心表温差可在50~100℃，但轧件整体温度要保持在800~900℃左右，以保证具有较好塑性两次通过90°转弯），出第三个水箱时心部温度应在700~750℃（心表温差范围应在75~100℃），经空冷段回温进行等温组织转变时，心表温差小于25℃，平均温度在600~700℃之间，保温炉采用燃烧天然气或高炉混合煤气，确保炉内温度维持在600~700℃，轧件在炉内运行以保温6~10s，随后进入只有一个喷嘴冷却的文氏管设备，轧件穿行在注满水的设备中，表面急冷带动由表至里的快速冷却，出冷却设备后，轧件温度降低到室温，接着进行定尺剪切，被切后的轧件通过变频辊道逆向降速送到收集台架上，经计数称重打捆后运出。
通过本发明的处理，可免去冷床，实现基于在线热处理炉的等温转变细化组织，并紧凑轧线-精整工序，免去定尺而在线柔性化定尺，减少短尺率，降低了综合制造成本。
Claims (1)
1.一种基于组织等温转变+低温加速冷却的普通棒材轧制+精整一体化系统，所述的系统包括：依次设置的加热炉、除磷装置、粗轧机组、第一飞剪、中轧机组、第一控冷水箱+空冷回温冷却、第二飞剪、预精轧机组；其特征在于，在所述的预精轧机组后还依次布置有：间隙喷水冷却水箱、带辊道的等温转变保温炉、强冷加速低温棒材冷却的文氏管水箱、在线定尺飞剪、 变频辊道、自动收集打捆；
所述的系统是按下述工艺运行的：
预精轧机组出来后，轧件温度在950~1050℃；
通过间隙喷水冷却水箱，使轧件经冷却-回温-冷却-回温-冷却-回温，将轧件温度整体降低到预期组织所需的等温转变点，其中横截面温差小于25℃；
轧件经空冷段回温进入等温转变保温炉时，心表温差小于25℃，平均温度在600~700℃之间，等温转变保温炉内温度维持在600~700℃，轧件在等温转变保温炉内运行以保温6~10s；
随后进入只有一个喷嘴冷却的文氏管水箱，出文氏管水箱后，轧件温度降低到室温；
接着进行定尺剪切，被切后的轧件通过变频辊道逆向降速送到收集台架上，经计数称重打捆后运出；
所述的间隙喷水冷却水箱为三个，平均冷速200~300℃/s，表层冷速范围400~600℃/s；轧件进入到第二个水箱前温度降低100℃，心表温差为50~100℃；轧件进入到第三个水箱前温度再降低100℃，心表温差为50~100℃，轧件整体温度保持在800~900℃左右；轧件出第三个水箱时心部温度在700~750℃，心表温差范围为75~100℃。
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