CN110404987B - 一种能适应热轧宽钢带极短轧后冷却线的冷却设备及方法 - Google Patents

一种能适应热轧宽钢带极短轧后冷却线的冷却设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产设备及方法。沿轧钢钢板运输方向设置运输辊，运输辊平面之上设置冷却线，冷却线从前至后依次为快冷段、层流冷却段、精调段，快冷段、层流冷却段、精调段的上部均设有固定梁，固定梁用于固定冷却集管；快冷段设置2‑4组冷却集管，层流冷却段设置5‑7组冷却集管，精调段设置1‑3组冷却集管；每组冷却集管包括含上冷却集管和下冷却集管。本发明还提供一种能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，在轧后冷却的快冷段、层流冷却段、精调段均设置冷却集管的优先开启级，使开启的冷却水均匀的分布在各冷却段，有利于增加冷却的均匀性，有利于轧材表面和芯部厚度处组织一致性。

Description

一种能适应热轧宽钢带极短轧后冷却线的冷却设备及方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种能适应热轧宽钢带极短轧后冷却线的冷却设备及方法，尤其是一种能适应极短轧后冷却线的热轧Q355B热轧宽钢带生产的设备和方法。
背景技术
Q355B级别的低合金结构钢广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等领域，具有良好的综合力学性能，是目前国内用量最大的一类钢种，是大部分钢厂的主打品种，钢铁企业一直致力于研究Q355B级别低合金结构钢的稳定、高效、低成本生产方法。
国内的某些热轧宽钢带产线在建设时由于场地建设面积受限和产品定位为薄规格宽钢带等原因，建成的精轧轧后冷却线极短，精轧轧后冷却线的长度为40～70米左右。由于热轧宽度线的精轧终轧速度快，精轧终轧速度达到2.5～8米/每秒，以有效冷却长度50米计算，6～20秒内就需将钢材从终轧温度(870℃)冷却至卷取温度（约640℃），冷却速度快，单位时间内需向轧材表面喷洒大量的冷却水，冷却水从轧材表面带走大量热量。
根据傅里叶方程式：Q=K×A×∆T/d,（Q:为热量，K为：导热率，A为：接触面积，d为：热量传送距离），轧材芯部厚度处向轧材表面传输的热量与轧材厚度成正比，即轧材越厚，轧材内部向轧材表面传输热量的速度越慢，因此厚规格轧材在冷却过程中易产生轧材表面和芯部冷却不均匀的问题，会导致轧材表面和芯部的组织不同，在快速冷却的情况下，经常发生轧材表面已经发生贝氏体甚至马氏体相变，但轧材芯部发生珠光体转变，造成轧材表面和芯部的组织不同，其力学性能也有明显差异。在钢材使用过程中的弯曲变形过程中，由于表面的硬度大于芯部，表面的塑性小于芯部，由于表面和芯部的不均匀变形会在钢材表面出现应力集中问题，钢材表面在弯曲、拉伸时出现裂纹等缺陷。由于组织差异导致的相变体积差异还会导致边浪、C翘等板型不平整问题。
解决该问题的简单方法为采用较长的精轧后冷却线，延长厚规格钢材的轧后冷却时间，从而可以降低冷却强度，减少轧材芯部和表面的温差，但由于产线建设之初，主体设备就已经定型，卷取机和精轧机组之间的距离无法延长，轧后冷却线的长度已经固定，因此无法用该方法解决厚规格轧材表面和芯部冷却不均匀的问题。
随着对“水合金”认识的深入，轧后冷却工艺越来越引起钢铁企业的重视，各种冷却工艺比如超快冷、密集冷却、层流冷却在轧钢厂内得到了广泛的应用，但现有技术多是针对长冷却线的，目前公布的现有技术对“在极短冷却线工况下，如何对快冷段、层流冷却段、精调段的长度参数、冷却水流量参数进行合适的配置才能尽可能的使轧材组织均匀化”还没有具体的介绍，在极短冷却线工况下，稳定、高效、低成本的生产出Q355B热轧宽钢带还存在一些技术难点。
现有技术下的冷却设备布置也会带来冷却不均匀的现象，如本发明附图1所示，层流冷却大部分用鹅颈喷管进行喷水冷却，在轧材横向方向上，每两个鹅颈管之间有一定距离，鹅颈管可以对正下方的轧材位置处实现高强度冷却，但每两个鹅颈管之间的位置处冷却强度弱，且下一根冷却集管上的鹅颈管仍然是这样设计的，鹅颈喷管如同列兵一样整齐排列，导致在上一根冷却集管中被高强度冷却的轧材位置在下一根冷却集管中仍然被高强度冷却，在上一根冷却集管中被弱强度冷却的轧材位置在下一根冷却集管中仍然被弱强度冷却，最终导致轧材在宽度方向上冷却不均匀，轧材经过层流冷却后出现红印（冷却强度弱）和黑印（冷却强度高）在宽度方向上交替排列的现象，造成轧材在宽度方向上存在力学性能差异。
发明内容
针对以上存在的轧材冷却不均匀的问题，本申请提供一种能适应热轧宽钢带极短轧后冷却线的冷却设备和方法，尤其是能适应极短轧后冷却线的热轧Q355B宽钢带生产设备和方法。
本申请提供一种能适应热轧宽钢带极短轧后冷却线的冷却设备，沿轧钢钢板运输方向设置运输辊，运输辊平面之上设置冷却线，冷却线从前至后依次为快冷段、层流冷却段、精调段，快冷段、层流冷却段、精调段的上部均设有固定梁，固定梁用于固定冷却集管；快冷段设置2-4组冷却集管，层流冷却段设置5-7组冷却集管，精调段设置1-3组冷却集管；每组冷却集管包括含上冷却集管和下冷却集管。多根鹅颈管组成一组上冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，上冷却集管安装在固定梁上。使用本发明的设备，对快冷段、层流冷却段、精调段的长度参数、冷却水流量参数进行合适的配置，可以控制轧材组织为铁素体+珠光体，并尽量减少轧材表面和芯部的组织差异。
冷却线靠近轧机一端为前，靠近卷取机一端为后。本发明中，术语“上”、“下”、“前”、“后”等方位词所指示的方位或位置关系，均为基于附图所示的方位和位置关系，仅仅是为了方便描述本发明的结构和位置关系，而不是指示或者暗示所指部分具有特定的方位或者依特定得到方位操作，不能理解为对本发明的限制。
优选的，快冷段、层流冷却段和/或精调段的出口位置处设置高温计。利用高温计来检测轧材表面温度。也可以在快冷段、层流冷却段和/或精调段的入口位置、卷取设备入口位置处设置高温计。高温计的数量，本领域技术人员根据实际需要选择，可以设置一个或多个。
优选的，快冷段共设2-4组冷却集管，每组冷却集管长2-3m，每组冷却集管含3-5根上冷却集管和6-10根下冷却集管。
更优选的，快冷段共设3组冷却集管，每组冷却集管长2-3m，每组冷却集管含4根上冷却集管和8根下冷却集管。
更优选的，快冷段长度约8～12米，轧材在快冷段产生约150℃的温降。快冷段的每两根运输辊的间隙中间都布置一根下冷却集管，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管。
轧材在快冷段被急速冷却，导致轧材表面和芯部温差大，根据生产经验，轧材入层流冷却段时表面和芯部的温度梯度达到50～100℃，因此虽然轧材出快冷段时的表面温度达到650～730℃，但其平均温度约为700℃以上。
优选的，层流冷却段共设5-7组冷却集管，每组冷却集管长3-4m，每组冷却集管含5-7根上冷却集管和10-14根下冷却集管。层流冷却段的每两根运输辊的间隙中都布置一根下冷却集管，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管。
更优选的，层流冷却段共设6组冷却集管，每组冷却集管长3-4m，每组冷却集管含6根上冷却集管和12根下冷却集管。
层流段冷却线较长，长度为18-22m，冷却强度较弱，轧材在层流冷却段进行弱冷，其平均温度降低约50℃，并减少轧材表面和芯部的温度梯度至10～20℃。
优选的，精调段共设1-3组冷却集管，每组冷却集管长4-6m，每组冷却集管含2-6根上冷却集管和4-12根下冷却集管。下冷却集管布置在两根运输辊的间隙中，且每两根下冷却集管中间间隔一根运输辊，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管。
更优选的，精调段共设2组冷却集管，每组冷却集管长4-6m，每组冷却集管含4根上冷却集管和8根下冷却集管。
优选的，下冷却集管径向倾斜角度为A，A为2-8度。优选的，A为3-5度。
优选的，轧后冷却中的冷却集管在轧材宽度方向上采用交错布置的方式。更优选的，所述交错布置方式为：冷却集管中的每两个喷管在轧材宽度方向上间隔的距离为b，相邻的3组冷却集管中，第二组冷却集管在第一组冷却集管位置基础上向轧材宽度方向上移动b/2，第三组冷却集管在第二组冷却集管位置基础上向轧材宽度方向上移动-b/2，以此顺序循环交错布置冷却集管。
本发明还提供一种能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，其特征在于，钢材依次经快冷段、层流冷却段、精调段；快冷段长度8～12米，轧材出快冷段时的表面温度达到650～730℃；层流冷却段长度为18-22m，层流冷却段出口位置处轧材表面温度为630～650℃，并减少轧材表面和芯部的温度梯度至10～20℃；轧材在精调段产生10～20℃的温降，卷取温度控制为620～650℃。
本发明还提供一种能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，包括下列步骤：
（1）、快冷段
快冷段共设2-4组冷却集管，每组冷却集管长2-3m，每组冷却集管含3-5根上冷却集管和6-10根下冷却集管下集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，单根上冷却集管的流量范围：140-200m3/h，单根下冷却集管的流量范围：85-150 m3/h。
（2）、层流冷却段
层流冷却段共设5-7组冷却集管，每组冷却集管长3-4m，每组冷却集管含5-7根上冷却集管和10-14根下冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，单根上冷却集管的流量范围：70-100m3/h，单根下冷却集管的流量范围：42-75 m3/h。
（3）、精调段
精调段共设1-3组冷却集管，每组冷却集管长4-6m，每组冷却集管含2-6根上冷却集管和4-12根下冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，
单根上冷却集管的流量范围：70-100m3/h，单根下冷却集管的流量范围：42-75 m3/h。
优选的，步骤（1）中，对快冷段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，冷却集管开启优先级顺序的原则为：
假设该段冷却集管的编号总数量为M，每相邻两个编号对应的冷却集管之间的距离为L，则第一级优先开启的冷却集管为编号 (1+M)/2的冷却集管，其中若(1+M)/2的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为(1+M)/2的值；第二级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/2的冷却集管；第三级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/4的冷却集管，；…………；第n级优先开启的冷却集管是与（n-1）级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/(n+1)的冷却集管，其中若｛（M-1）｝/(n+1)的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为｛（M-1）｝/(n+1)的值；随着优先开启级数的上升，冷却集管的优先开启级级依次降低，并且在同级开启的冷却集管中，按从快冷段进口到出口的顺序，其优先级依次降低。通过控制快冷段冷却集管的开启组数，并配合快冷段出口处的高温检测计来控制快冷出口位置处轧材表面温度为650～730℃。
优选的，步骤（2）中，层流冷却段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，层流冷却段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同。
优选的，步骤（3）中，对精调段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，精调段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同。
对快冷段、层流冷却段、精调段的长度参数、冷却水流量参数进行合适的配置，控制轧材组织为铁素体+珠光体，并尽量减少轧材表面和芯部的组织差异，能解决在极短冷却线工况下由于快速冷却所带来的轧材表面和芯部厚度处组织不一致的问题。
优选的，轧后冷却所有的下冷却集管径向倾斜角度为A：A为3～5°，使下冷却集管冷却水出流沿轧线钢板运行方向倾斜A度。
优选的，快冷段、层流冷却段、精调段冷却强度的比例为4：2：1。
优选的，所述Q355B采用如下表的钢水成份：
本发明的能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，包括下列步骤，详细说明如下：
1、适当提高Q355B热轧宽钢带的成份中的钛含量，利用廉价的钛元素来提高钢材的强度，从而可以减少“轧后水合金所提高钢材的强度”，能减少轧后水冷却喷水量，能缓解在极短冷却线工况下，轧材表面和芯部冷却不均匀的问题。
Q355B采用如下表的钢水成份：
表1：Q355B成份
目前30%钛铁的价格约为9000元/吨，经计算，每提高钢水中0.01%的钛，所增加的合金成本为3.3元/吨钢，成本增加不多；根据生产经验，钢材中每0.01%的钛约能提高屈服强度25Mpa，提高抗拉强度20Mpa，且在钛含量小于0.045%时，钢材中的钛对钢材的韧性和塑性无明显副作用。本申请把Ti控制在不影响韧性和塑性的成份区间的中上限，在成本增加不多的情况下，有效提高钢材的屈服强度和抗拉强度。
虽然国内其他钢厂也有将钢材中的Ti含量设置在0.035～0.050%的报道，但其报道中全是出于降低合金成本的目的才将Ti含量设置在0.035～0.050%的范围内。本申请是出于“减少轧后水冷却喷水量、减少轧后水合金所提高钢材的强度、提高轧材的冷却均匀性”的目的才将钢材中的Ti含量设置在0.035～0.050%的范围内，本申请与公开报道的专利技术的技术目的不同。
因此钢材中每增加0.01%的钛，能提高屈服强度25Mpa,提高抗拉强度20Mpa，每增加0.01%的钛提高的强度约等于卷取温度提高20℃所降低的强度，约能减少轧后约10%的喷水量，将钢水成份中的Ti含量设置在不显著影响钢材韧性和塑性的成份区间中上限，既能极可能的利用廉价的Ti来提高钢材的强度，又不显著的降低钢材的韧性和塑性。
2、对快冷段、层流冷却段、精调段的长度参数、冷却水流量参数进行合适的配置，控制轧材组织为铁素体+珠光体，并尽量减少轧材表面和芯部的组织差异，主要包括：
（1）、冷却线前段为快冷段，快冷段共设2-4组冷却集管，每组冷却集管长2-3m，每组冷却集管含3-5根上冷却集管和6-10根下冷却集管下集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，单根上冷却集管的流量范围：140-200m3/h，单根下冷却集管的流量范围：85-150 m3/h，以运输辊相邻两辊的间距a为单位，快冷段两相邻下冷却集管的间距为a，快冷段的每两根运输辊的间隙中间都布置一根下冷却集管，快冷段两相邻上冷却集管的间距为2a，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管。
在快冷出口位置处设置高温计，利用高温计来检测轧材表面温度，对快冷段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，其冷却集管开启优先级顺序的原则为：尽量使该冷却段内开启的冷却集管均匀分布在该冷却段内，假设该段冷却集管的编号总数量为M，每相邻两个编号对应的冷却集管之间的距离为L，则第一级优先开启的冷却集管为编号 (1+M)/2的冷却集管，其中若(1+M)/2的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为(1+M)/2的值；第二级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/2的冷却集管；第三级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/4的冷却集管，；…………；第n级优先开启的冷却集管是与（n-1）级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/(n+1)的冷却集管，其中若｛（M-1）｝/(n+1)的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为｛（M-1）｝/(n+1)的值；随着优先开启级数的上升，冷却集管的优先开启级级依次降低，并且在同级开启的冷却集管中，按从快冷段进口到出口的顺序，其优先级依次降低。
若对快冷段共从进口到出口的集管分别编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#，并优先级由高到低的顺序为6#→1#→12#→3#→9#→2#→11#→4#→7#→10#→5#→8#。
通过计算得出需要开启的冷却集管数量，并开启优先级靠前的该数量的冷却集管，即如果只需开启5个编号对应的冷却集管，则开启6#、1#、12#、3#、9#冷却集管，如果需开启10个编号对应的冷却集管，则开启6#、1#、12#、3#、9#、2#、11#、4#、7#、10#编号对应的冷却集管。
通过冷却集管优先开启顺序的控制，以达到尽量使冷却水均匀的分布在快冷段的目的。通过控制快冷段冷却集管的开启组数，并配合快冷段出口处的高温检测计来控制快冷出口位置处轧材表面温度为650～730℃。由于在轧后钢材在较快的冷却速度下发生由奥氏体向贝氏体发生相变的温度普遍在600℃以下，因此只要控制轧材表面的温度高于600℃，不出现贝氏体就是理想的目标组织，能达到控制组织为铁素体加珠光体的组织要求。
因此在精轧结束至轧材表面温度冷却至650℃这一阶段采用快冷模式，尽量增加该阶段的冷却强度，减少该阶段冷却所占用的冷却线长度。因此在轧后冷却的前段设计为快冷模式。
快冷段长度约8～12米，轧材在快冷段产生约150℃的温降。
轧材在快冷段被急速冷却，导致轧材表面和芯部温差大，根据生产经验，轧材入层流冷却段时表面和芯部的温度梯度达到50～100℃，因此虽然轧材出快冷段时的表面温度达到650～730℃，但其平均温度约为700℃以上。
（2）、快冷段之后为层流冷却段，层流冷却段共设5-7组冷却集管，每组冷却集管长3-4m，每组冷却集管含5-7根上冷却集管和10-14根下冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，单根上冷却集管的流量范围：70-100m3/h，单根下冷却集管的流量范围：42-75 m3/h. 以运输辊相邻两辊的间距a为单位，层流冷却段两相邻下冷却集管的间距为a，层流冷却段的每两根运输辊的间隙中都布置一根下冷却集管，快冷段两相邻上冷却集管的间距为2a，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管。
在层流出口位置处设置高温计，利用高温计来检测轧材表面温度，层流冷却段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，层流冷却段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同，若从进口到出口的集管分别编号为13#、14#、15#、16#、17#、18#、19#、20#、21#、22#、23#、24#、25#、26#、27#、28#、29#、30#、31#、32#、33#、34#、35#、36#、37#、38#、39#、40#、41#、42#、43#、44#、、45#、46#、47#、48#，则冷却集管优先级由高到低的顺序为30#→13#→48#→21#→39#→17#→25#→35#→44#→19#→22#→27#→32#→37#→42#→46#→15#→18#→20#→23#→29#→22#→31#→33#→36#→38#→40#→43#→45#→47#→14#→16#→24#→26#→28#→34#→41#。
通过冷却集管优先开启顺序的控制，以达到尽量使冷却水均匀的分布在层流冷却段的目的。通过结算得出需要开启的冷却集管数量，并开启优先级靠前的该数量的冷却集管，即如果只需开启5个编号对应的冷却集管，则开启30#、13#、48#、21#、39#冷却集管，如果需开启10个编号对应的冷却集管，则开启30#、13#、48#、21#、39#、17#、25#、35#、44#、19#编号对应的冷却集管。通过控制层流冷却段冷却集管的开启组数，并配合层流冷却段出口处的高温检测计来控制层流冷却段出口位置处轧材表面温度为630～650℃。
层流段冷却线较长，长度约为18-22m，冷却强度较弱，轧材在层流冷却段进行弱冷，其平均温度降低约50℃，并减少轧材表面和芯部的温度梯度至10～20℃.
（3）、冷却线后段为精调段，精调段共设1-3组冷却集管，每组冷却集管长4-6m，每组冷却集管含2-6根上冷却集管和4-12根下冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，单根上冷却集管的流量范围：70-100m3/h，单根下冷却集管的流量范围：42-75 m3/h. 以运输辊相邻两辊的间距a为单位，精调段相邻两下冷却集管的间距为2a，下冷却集管布置在两根运输辊的间隙中，且每两根下冷却集管中间间隔一根运输辊，精调段两相邻上冷却集管的间距为4a，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管。
在卷取设备入口位置处设置高温计，利用高温计来检测轧材表面温度，对精调段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，精调段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同，若从进口到出口的集管分别编号为49#、50#、51#、52#、55#、56#、57#、58#，则冷却集管优先级由高到低的顺序为52#→49#→58#→51#→56#→50#→55#→57#，通过冷却集管优先开启顺序的控制，以达到尽量使冷却水均匀的分布在精调段的目的。通过结算得出需要开启的冷却集管数量，并开启优先级靠前的该数量的冷却集管，即如果只需开启3个编号对应的冷却集管，则开启52#、49#、58#冷却集管，如果需开启5个编号对应的冷却集管，则开启52#、49#、58#、51#、56#。通过控制精调段冷却集管的开启组数，并配合卷取设备入口处的高温检测计来控制卷取温度为620～650℃。
精调段长度约为10m，轧材在精调段产生10～20℃的温降，卷取温度控制为620～650℃，轧材在精调段和卷取后发生铁素体+珠光体转变。
轧后冷却所有的下冷却集管径向倾斜角度为A：A为3～5°，使下冷却集管冷却水出流沿轧线钢板运行方向倾斜A。
快冷段、层流冷却段、精调段冷却强度的比例为4：2：1，利用前段快冷迅速降低轧材温度、利用层流冷却段小幅度的降低轧材温度，并降低轧材表面和芯部的温度梯度，利用精调段精确控制卷曲前轧材温度。
3、为解决轧材宽度方向上冷却不均匀的问题，轧后冷却中的冷却集管在轧材宽度方向上采用交错布置的方式，其布置方式为：冷却集管中的每两个喷管在轧材宽度方向上间隔的距离为b，相邻的3组冷却集管中，第二组冷却集管在第一组冷却集管位置基础上向轧材宽度方向上移动b/2，第三组冷却集管在第二组冷却集管位置基础上向轧材宽度方向上移动-b/2，以此顺序循环交错布置冷却集管。
本发明的优点
1、设计Q355B成份时，采用廉价的钛来提高钢材的强度，经计算，0.01%的钛（成本增加3.3元/吨钢）使钢材提高强度20Mpa，该20Mpa可用于抵消轧材卷取温度提高20℃所带来的强度损失，在少量增加成本的情况下能减少轧后冷却喷水量，能缓解在极短冷却线工况下由于快速冷却所带来的轧材表面和芯部厚度处组织不一致的问题。
2、利用轧材在650℃以上不发生贝氏体相变的原理，精轧结束至轧材表面温度降至650℃这一阶段快速冷却，在这一阶段快速冷却虽然会导致轧材表面和芯部厚度处有较大的温度梯度，但仍然只会发生奥氏体向铁素体的相变，对生成铁素体+珠光体的目标组织无有害影响；在冷却前段尽量快的降低轧材温度，能节省冷却线长度。3、在轧后冷却的快冷段、层流冷却段、精调段均设置冷却集管的优先开启级，在计算出各冷却段的冷却集管开启组数后，能使开启的冷却水均匀的分布在各冷却段，有利于增加冷却的均匀性，有利于轧材表面和芯部厚度处组织一致性；能避免相邻的冷却集管集中开启喷水到轧材上导致轧材表面温度过低，发生贝氏体转变这一现象。
4、使冷却集管在轧材宽度方向上交错布置，后一组冷却集管在前一组冷却集管位置基础上向轧材宽度方向上移动±b/2， b为冷却集管中的每两个喷管在轧材宽度方向上间隔的距离，能提高轧材宽度方向上冷却的均匀性。
附图说明：
图1为轧后冷却设备布置不合理带来轧材横向冷却不均匀的状态图。
图2为本申请提供的轧后冷却设备布置示意图。
图3为本申请提供的快冷段中的一组冷却结构示意图。
图4为本申请提供的层流冷却段中的一组冷却结构示意图。
图5为本申请提供的精调段中的一组冷却结构示意图。
图6为本申请提供的能解决轧材横向冷却不均匀问题的冷却集管布置示意图。
图7为附图3中的B位置处的局部放大图。
其中附图1-7中的编号含义为：1、轧材；2、冷却集管；3、鹅颈管；4、轧材被高强度冷却的区域；5、轧材被弱强度冷却的区域；6、轧机；7、快冷段；8、层流冷却段；9、精调段；10、快冷段出口位置处的高温计；11、层流冷却段出口位置处的高温计；12、卷取机入口位置处的高温计；13、卷取机；14、快冷段的下冷却集管；15、运输辊；16、快冷段的上冷却集管；17、快冷段的鹅颈管；18、层流冷却段的下冷却集管；19、层流冷却段的上冷却集管；20、层流冷却段的鹅颈管；21、精调段的下冷却集管；22、层流冷却段的上冷却集管；23、层流冷却段的鹅颈管。
具体实施方式：
以下配合说明书附图1-6,以具体实施例的方式对一种能适应极短轧后冷却线的热轧Q355B热轧宽钢带生产方法做进一步说明。
实施例1
1、适当提高Q355B热轧宽钢带的成份中的钛含量，利用廉价的钛元素来提高钢材的强度，从而可以减少“轧后水合金所提高钢材的强度”，能减少轧后水冷却喷水量，能缓解在极短冷却线工况下，轧材表面和芯部冷却不均匀的问题。
某炉Q355B铸坯，其成分为：C:0.16%、Si:0.15%、Mn:0.48%、P:0.018、S:0.007、Ti:0.043%生产工艺流程为：铁水预处理－120t转炉冶炼－LF精炼－板坯连铸机—1500mm半连轧宽带轧机。
铁水预处理终点，铁水中的硫控制在0.020%以下，脱硫完毕扒净铁水表面的渣；转炉冶炼的终渣碱度控制在R=3.0-3.5，转炉出钢过程中进行脱氧合金化，当钢水出至1/4时开始均匀加入合金，钢水出至3/4时加完合金，合金对准钢流冲击区加入；LF精炼的终渣碱度控制在2.5以上，LF出站前钢包顶渣必须为白渣，造出白渣后，采用钛铁或钛线进行钛合金化，LF精炼周期不低于35分钟，其中软吹时间不得低于12分钟，软吹要求包内钢液微动，钢水不得裸露；根据目标成份计算Q355B的钢水液相线温度为1518℃，中间包钢水过热度控制在10～25℃，采用中碳钢保护渣，连铸机拉速为1.20m/min，连铸坯厚度为175mm。
2、1500mm半连轧宽带轧机工艺流程为：连铸坯—加热—高压水除鳞—粗轧可逆轧制（单机架往复轧制）—（热卷）—飞剪—精轧（7架精轧机组连轧）—层流冷却—卷取。
某块Q355B铸坯，加热炉内温度控制在1200～1250℃，铸坯在炉时间控制在120min， 铸坯出加热炉后进行5道次的往复式粗轧，粗轧末道次温度：1050℃，然后进行精轧，精轧共7架轧机，精轧终轧温度为：870℃，成品轧材厚度为14mm，终轧速度2.6m/s。
3、对快冷段、层流冷却段、精调段的长度参数、冷却水流量参数进行合适的配置，控制轧材组织为铁素体加珠光体，并尽量减少轧材表面和芯部的组织差异，主要包括：
（1）、如图2所示，轧材1的轧后冷却流程为：轧材1出轧机6后，进入轧后冷却线进行冷却，依次经过快冷段7、层流冷却段8、精调段9冷却，被冷却至650℃，然后进入卷取机进行卷曲。
（2）、如图3所示，轧后冷却线的前段为快冷段7，快冷段共设3组冷却集管，快冷段每组冷却集管长3m，每组冷却集管含4根上冷却集管16和8根下冷却集管14，上冷却集管16布置在运输辊15的正上方，平行于运输辊15设置，单根上冷却集管16包含2根鹅颈管17，单根上冷却集管的流量范围：140m3/h，单根下冷却集管14的流量范围：85 m3/h，以运输辊15相邻两辊的间距a为单位，快冷段两相邻下冷却集管14的间距为a，快冷段的每两根运输辊15的间隙中间都布置一根下冷却集管14，快冷段两相邻上冷却集管16的间距为2a，上冷却集管16布置在每两根下冷却集管14的中间，且每两根下冷却集管14对应一根上冷却集管16。
在快冷出口位置处设置高温计10，利用高温计10来检测轧材1的表面温度，对快冷段7的冷却集管进行编号，并设置冷却集管开启的优先级，其冷却集管开启优先级顺序的原则为：尽量使该冷却段内开启的冷却集管均匀分布在该冷却段内，假设该段冷却集管的编号总数量为M，每相邻两个编号对应的冷却集管之间的距离为L，则第一级优先开启的冷却集管为编号 (1+M)/2的冷却集管，其中若(1+M)/2的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为(1+M)/2的值；第二级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/2的冷却集管；第三级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/4的冷却集管，；…………；第n级优先开启的冷却集管是与（n-1）级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/(n+1)的冷却集管，其中若｛（M-1）｝/(n+1)的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为｛（M-1）｝/(n+1)的值；随着优先开启级数的上升，冷却集管的优先开启级级依次降低，并且在同级开启的冷却集管中，按从快冷段进口到出口的顺序，其优先级依次降低。
每个编号对应一根上冷却集管16和两根下冷却集管14，从进口到出口的集管分别编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#，并设置冷却集管开启的优先级，优先级由高到低的顺序为6#→1#→12#→3#→9#→2#→11#→4#→7#→10#→5#→8#。
轧后冷却模型根据终轧温度、快冷段目标冷却温度、冷却集管流量、轧材厚度、轧材终轧速度计算出需要开启的冷却集管数量，并开启优先级靠前的该数量的冷却集管，即如果只需开启5个编号对应的冷却集管，则开启6#、1#、12#、3#、9#冷却集管，如果需开启10个编号对应的冷却集管，则开启6#、1#、12#、3#、9#、2#、11#、4#、7#、10#编号对应的冷却集管。
通过高温计10实时检测轧材1的表面温度，将检测温度值和目标温度值做对比，通过调整快冷段冷却集管的开启组数，使得检测温度值和目标温度值趋近相同。
通过冷却集管优先开启顺序的控制，以达到尽量使冷却水均匀的分布在快冷段7的目的。通过控制快冷段冷却集管的开启组数，并配合快冷段出口处的高温检测计10来控制快冷出口位置处轧材1的表面温度为650℃。由于在轧后钢材1在较快的冷却速度下发生由奥氏体向贝氏体发生相变的温度普遍在600℃以下，因此只要控制轧材1表面的温度高于600℃，不出现贝氏体就是理想的目标组织，能达到控制组织为铁素体加珠光体的组织要求。
因此在精轧结束至轧材表面温度冷却至650℃这一阶段采用快冷模式，尽量增加该阶段的冷却强度，减少该阶段冷却所占用的冷却线长度。因此在轧后冷却的前段设计为快冷模式。
快冷段7的长度约9米，轧材1在快冷段7产生约150℃的温降。
轧材在快冷段被急速冷却，导致轧材表面和芯部温差大，根据生产经验，轧材入层流冷却段时表面和芯部的温度梯度达到50～100℃，因此虽然轧材出快冷段时的表面温度达到650℃，但其平均温度约为700℃左右。
（3）、如图4所示，快冷段7之后为层流冷却段8，层流冷却段8共设5组冷却集管，每组冷却集管长3m，每组冷却集管含6根上冷却集管19和12根下冷却集管18，上冷却集管19布置在运输辊15的正上方，平行于运输辊15设置，单根上冷却集管19包含2根鹅颈管20，单根上冷却集管19的流量范围：70m3/h，单根下冷却集管18的流量范围：42 m3/h. 以运输辊15相邻两辊的间距a为单位，层流冷却段8两相邻下冷却集管18的间距为a，层流冷却段8的每两根运输辊15的间隙中都布置一根下冷却集管18，快冷段两相邻上冷却集管19的间距为2a，上冷却集管19布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管18对应一根上冷却集管19。
在层流出口位置处设置高温计11，利用高温计11来检测轧材1的表面温度，将层流冷却段冷却集管进行编号，并设置冷却集管开启的优先级，层流冷却段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同，每个编号对应一根上冷却集管19和两根下冷却集管18，从层流冷却段进口到层流冷却段出口的集管分别编号为13#、14#、15#、16#、17#、18#、19#、20#、21#、22#、23#、24#、25#、26#、27#、28#、29#、30#、31#、32#、33#、34#、35#、36#、37#、38#、39#、40#、41#、42#、43#、44#、、45#、46#、47#、48#，并设置冷却集管开启的优先级，优先级由高到低的顺序为30#→13#→48#→21#→39#→17#→25#→ 35#→44#→19#→22#→ 27#→32#→37#→42#→46#→15#→18#→20#→23#→29#→22#→31#→33#→36#→38#→40#→43#→45#→47#→14#→16#→24#→26#→28#→34#→41#。
通过冷却集管优先开启顺序的控制，以达到尽量使冷却水均匀的分布在层流冷却段8的目的。轧后冷却模型根据高温计10检测的层流冷却段进口温度、层流冷却段目标冷却温度、冷却集管流量、轧材厚度、轧材终轧速度计算出需要开启的冷却集管数量，并开启优先级靠前的该数量的冷却集管，即如果只需开启5个编号对应的冷却集管，则开启30#、13#、48#、21#、39#冷却集管，如果需开启10个编号对应的冷却集管，则开启30#、13#、48#、21#、39#、17#、25#、35#、44#、19#编号对应的冷却集管。通过控制层流冷却段8冷却集管的开启组数，并配合层流冷却段出口处的高温检测计11来控制层流冷却出口位置处轧材表面温度为640℃。
通过高温计11实时检测轧材1的表面温度，将检测温度值和目标温度值做对比，通过调整层流冷却段冷却集管的开启组数，使得检测温度值和目标温度值趋近相同。
层流段冷却线8较长，长度约为15m，冷却强度较弱，轧材1在层流冷却段8进行弱冷，其平均温度降低约50℃，并减少轧材1表面和芯部的温度梯度至10～20℃.
（4）、如图5所示，冷却线后段为精调段9，精调段9共设2组冷却集管，每组冷却集管长6m，每组冷却集管含4根上冷却集管22和8根下冷却集管21，上冷却集管22布置在运输辊15的正上方，平行于运输辊15设置，单根上冷却集管22包含2根鹅颈管23，单根上冷却集管22的流量范围：70m3/h，单根下集21管的流量范围：42 m3/h. 以运输辊相邻两辊15的间距a为单位，精调两相邻下冷却集管21的间距为2a，下冷却集管21布置在两根运输辊15的间隙中，且每两根下冷却集管21中间间隔一根运输辊15，快冷段两相邻上冷却集管22的间距为4a，上冷却集管22布置在每两根下冷却集管21的中间，且每两根下冷却集管21对应一根上冷却集管22。
在卷取设备入口位置处设置高温计12，利用高温计12来检测轧材表面温度，精调段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，精调段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同，从进口到出口的集管分别编号为49#、50#、51#、52#、55#、56#、57#、58#，并设置冷却集管开启的优先级，优先级由高到低的顺序为52#→49#→58#→51#→56#→50#→55#→57#，通过冷却集管优先开启顺序的控制，以达到尽量使冷却水均匀的分布在精调段的目的。轧后冷却模型根据高温计11检测的精调段进口温度、卷取温度、冷却集管流量、轧材厚度、轧材终轧速度计算出需要开启的冷却集管数量，并开启优先级靠前的该数量的冷却集管，即如果只需开启3个编号对应的冷却集管，则开启52#、49#、58#冷却集管，如果需开启5个编号对应的冷却集管，则开启52#、49#、58#、51#、56#。通过控制快冷段冷却集管的开启组数，并配合卷取设备入口处的高温检测计12来控制卷取温度为650℃。
通过高温计12实时检测轧材1的表面温度，将检测温度值和目标温度值做对比，通过调整精调段冷却集管的开启组数，使得检测温度值和目标温度值趋近相同。
精调段长度约为10m，轧材在精调段产生10℃的温降，卷取温度控制为650℃，轧材在精调段和卷取后发生铁素体+珠光体转变。
轧后冷却所有的下冷却集管径向倾斜角度为A：A为3°，使下冷却集管冷却水出流沿轧线钢板运行方向倾斜A。
快冷段7、层流冷却段8、精调段9冷却强度的比例为4：2：1，利用快冷段7快冷迅速降低轧材温度、利用层流冷却段8小幅度的降低轧材温度，并降低轧材表面和芯部的温度梯度，利用精调段9精确控制卷取前轧材温度。
4、如图1和图6所示，为解决轧材宽度方向上冷却不均匀的问题，轧后冷却中的冷却集管在轧材1的宽度方向上采用交错布置的方式，其布置方式为：冷却集管2中的每两个喷管3在轧材宽度方向上间隔的距离为b，相邻的3组冷却集管中，第二组冷却集管在第一组冷却集管位置基础上向轧材1的宽度方向上移动b/2，第三组冷却集管在第二组冷却集管位置基础上向轧材1的宽度方向上移动-b/2，以此顺序循环交错布置冷却集管2。
5、检测的轧材力学性能、晶粒度、组织如本申请附表4所示：
表4、实施例中Q355B轧材实测性能
由附表4可看出，轧材性能完全满足国标要求，且晶粒度较细，轧材表面和芯部组织均为铁素体+珠光体，且轧材表面和芯部无组织差异，本申请提供的技术起到了良好的效果。
实施例2
实施例2中与实施例1相同的地方不在赘述。
某块Q355B铸坯，其成分为：C:0.17%、Si:0.12%、Mn:0.50%、P:0.019、S:0.006、Ti:0.045%，粗轧末道次温度：1040℃，精轧终轧温度为：875℃，成品轧材厚度为4mm，终轧速度为8m/s。
如图3所示，轧后冷却线的前段为快冷段7，快冷段共设4组冷却集管，快冷段每组冷却集管长2m，每组冷却集管含3根上冷却集管16和6根下冷却集管14，单根上冷却集管的流量范围： 200m3/h，单根下冷却集管14的流量范围： 150 m3/h。
通过控制快冷段冷却集管的开启组数，并配合快冷段出口处的高温检测计10来控制快冷出口位置处轧材1的表面温度为730℃。
快冷段7的长度约12米，轧材1在快冷段7产生约150℃的温降。
轧材在快冷段被急速冷却，导致轧材表面和芯部温差大，根据生产经验，轧材入层流冷却段时表面和芯部的温度梯度达到50℃，因此虽然轧材出快冷段时的表面温度达到730℃，但其平均温度约为700℃以上。
如图4所示，快冷段7之后为层流冷却段8，层流冷却段8共设5组冷却集管，每组冷却集管长4m，每组冷却集管含7根上冷却集管19和14根下冷却集管18，上冷却集管19布置在运输辊15的正上方，平行于运输辊15设置，单根上冷却集管19包含2根鹅颈管20，单根上冷却集管19的流量范围： 100m3/h，单根下冷却集管18的流量范围： 75 m3/h。
通过控制层流冷却段8冷却集管的开启组数，并配合层流冷却段出口处的高温检测计11来控制层流冷却出口位置处轧材表面温度为650℃。
层流段冷却线8较长，长度约为20m，冷却强度较弱，轧材1在层流冷却段8进行弱冷，其平均温度降低约50℃，并减少轧材1表面和芯部的温度梯度至20℃。
如图5所示，冷却线后段为精调段9，精调段9共设1组冷却集管，每组冷却集管长6m，每组冷却集管含6根上冷却集管22和12根下冷却集管21，上冷却集管上冷却集22布置在运单根上冷却集管22的流量范围： 100m3/h，单根下集21管的流量范围： 75 m3/h。
通过高温计12实时检测轧材1的表面温度，将检测温度值和目标温度值做对比，通过调整精调段冷却集管的开启组数，使得检测温度值和目标温度值趋近相同。
精调段长度约为10m，轧材在精调段产生20℃的温降，卷取温度控制为620℃，轧材在精调段和卷取后发生铁素体+珠光体转变。
轧后冷却所有的下冷却集管径向倾斜角度为A：A为5°，使下冷却集管冷却水出流沿轧线钢板运行方向倾斜A。
为达到使轧材均匀冷却的效果，实施例2也许设置冷却集管开启的优先级，实施例2中的冷却集管开启优先级顺序的原则与实施例1中的冷却集管开启优先级顺序的原则相同。
检测的轧材力学性能、晶粒度、组织如本申请附表5：
表5、实施例中Q355B轧材实测性能

Claims (6)

1.一种能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，其特征在于，轧材依次经快冷段、层流冷却段、精调段；快冷段长度8～12米，轧材出快冷段时的表面温度达到650～730℃；层流冷却段长度为18-22m，层流冷却段出口位置处轧材表面温度为630～650℃，并减少轧材表面和芯部的温度梯度至10～20℃；轧材在精调段产生10～20℃的温降，卷取温度控制为620～650℃；
包括下列步骤：
（1）、快冷段
快冷段共设2-4组冷却集管，每组冷却集管长2-3m，每组冷却集管含3-5根上冷却集管和6-10根下冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，
单根上冷却集管的流量范围：140-200m3/h，单根下冷却集管的流量范围：85-150 m3/h，
（2）、层流冷却段
层流冷却段共设5-7组冷却集管，每组冷却集管长3-4m，每组冷却集管含5-7根上冷却集管和10-14根下冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，
单根上冷却集管的流量范围：70-100m3/h，单根下冷却集管的流量范围：42-75 m3/h；
（3）、精调段
精调段共设1-3组冷却集管，每组冷却集管长4-6m，每组冷却集管含2-6根上冷却集管和4-12根下冷却集管，上冷却集管布置在运输辊的正上方，平行于运输辊设置，
单根上冷却集管的流量范围：70-100m3/h，单根下冷却集管的流量范围：42-75 m3/h；
步骤（1）中，对快冷段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，冷却集管开启优先级顺序的原则为：
假设该段冷却集管的编号总数量为M，每相邻两个编号对应的冷却集管之间的距离为L，则第一级优先开启的冷却集管为编号 (1+M)/2的冷却集管，其中若(1+M)/2的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为(1+M)/2的值；第二级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/2的冷却集管；第三级优先开启的冷却集管是与上一级开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/4的冷却集管；…………；第n级优先开启的冷却集管是与第（n-1）级优先开启的冷却集管的间距为｛（M-1）×L｝/(n+1)的冷却集管，其中若｛（M-1）｝/(n+1)的计算值不是整数，则取与该计算值最接近的整数作为｛（M-1）｝/(n+1)的值；随着优先开启级数的上升，冷却集管的优先开启级依次降低，并且在同级开启的冷却集管中，按从快冷段进口到出口的顺序，其优先级依次降低；通过控制快冷段冷却集管的开启组数，并配合快冷段出口处的高温检测计来控制快冷出口位置处轧材表面温度为650～730℃；
步骤（2）中，对层流冷却段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，层流冷却段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同；
步骤（3）中，对精调段冷却集管进行编号，每个编号对应一根上冷却集管和两根下冷却集管，并设置冷却集管开启的优先级，精调段的冷却集管开启优先级顺序的原则与快冷段的冷却集管开启优先级顺序的原则相同。
2.如权利要求1所述的能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，其特征在于，快冷段、层流冷却段、精调段冷却强度的比例为4：2：1。
3.如权利要求1所述的能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，其特征在于，
快冷段、层流冷却段的每两根运输辊的间隙中间都布置一根下冷却集管，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管；
精调段中，下冷却集管布置在两根运输辊的间隙中，且每两根下冷却集管中间间隔一根运输辊，上冷却集管布置在每两根下冷却集管的中间，且每两根下冷却集管对应一根上冷却集管。
4.如权利要求1-3任一项所述的能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，其特征在于，下冷却集管径向倾斜角度为A，A为2-8度。
5.如权利要求4所述的能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，其特征在于，A为3-5度。
6.如权利要求1-3任一项所述的能适应极短轧后冷却线的热轧宽钢带生产方法，其特征在于，轧后冷却中的冷却集管在轧材宽度方向上采用交错布置的方式，所述交错布置方式为：冷却集管中的每两个喷管在轧材宽度方向上间隔的距离为b，相邻的3组冷却集管中，第二组冷却集管在第一组冷却集管位置基础上向轧材宽度方向上移动b/2，第三组冷却集管在第二组冷却集管位置基础上向轧材宽度方向上移动-b/2，以此顺序循环交错布置冷却集管。
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