CN111589879B - 改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法，主要目的是改善在线冷却工艺厚壁钢管厚度方向上的组织均匀性。本发明的主要技术方案为：该方法通过传送辊道、冷却装置、翻管机构和控制系统实现，所述方法通过控制钢管在传送辊道的直辊道和斜辊道上反复绕行，从而实现通过冷却装置对钢管进行多次冷却，将钢管按照设定的冷却路径冷却至目标温度，实现厚度方向上温度均匀控制，从而提高了钢管厚度方向上的组织均匀性，进而保证了钢管的性能。

Description

改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法

技术领域

本发明涉及热轧无缝钢管生产技术领域，具体而言，涉及一种改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法。

背景技术

控制冷却技术作为热轧钢材组织性能在线调控的有效手段，在热轧带钢、中厚板、型钢等钢铁产品领域已得到非常普遍的工业应用。而在热轧无缝钢管领域受限于钢管圆形断面均匀化控制冷却难题，导致控冷技术在无缝钢管生产中的应用在一定程度上受到制约。目前，针对热轧无缝钢管圆形断面特征以及产线布置特点，已公开了多种形式的在线控制冷却设备及方法。

然而，对于厚壁钢管来说，在冷却过程中，由于钢材固有的冷却传热特性，使得冷却过程中厚度方向的冷速不一致，进而在厚度方向上存在不同程度的温度梯度，使得钢管厚度方向上的组织结构存在差异，进而影响钢管的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法，主要目的是改善在线冷却工艺厚壁钢管厚度方向上的组织均匀性。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法，所述方法通过传送辊道、冷却装置、翻管机构和控制系统实现，所述传送辊道包括设置于定径机后的直辊道和可变角度的斜辊道，所述直辊道和斜辊道上分别设置有多个高温计和热金属检测器；所述冷却装置设置于所述斜辊道上，且其包括多个平行设置的冷却喷水环；所述翻管机构位于所述直辊道和斜辊道之间；所述控制系统分别与所述传送辊道、翻管机构和冷却装置电连接；所述方法包括：

S1、钢管通过定径机后，经直辊道运行至第一热金属检测器时，控制系统根据扎线下发的钢管规格和冷却工艺信息，计算钢管冷却规程,包括冷却道次数、道次温降、道次冷却速度、辊道速度、道次喷环开启组态、流量和供水压力；

S2、当所述钢管运行至第一热金属检测器时，所述控制系统控制第一翻管机构将所述钢管传送至斜辊道，并根据首道次冷却规程设定冷却装置中冷却喷水环的开启组态、流量和水压；

S3、当所述钢管运行至第一高温计时，所述控制系统根据所述钢管的实时温度重新计算并设定当前道次冷却规程，所述钢管以设定速度正向通过所述冷却装置完成一道次冷却，第二高温计检测所述钢管的冷后温度，所述控制系统根据计算温度和测得的冷后温度的偏差进行自学习计算；

S4、当所述钢管运行至第三热金属检测器时停止，所述控制系统控制第二翻管机构将所述钢管传送至所述直辊道，并以设定速度反向运行，直至所述钢管运行至所述第二热金属检测器，所述直辊道停止，所述钢管经所述第一翻管机构再次传送至所述斜辊道并正向运行；

S5、当所述钢管运行至所述第一高温计时，控制系统根据所述钢管的实时温度以及上一道次自学习结果，重新计算并设定当前道次冷却规程，控制系统重新调整冷却装置的水压，所述钢管按照设定速度正向通过所述冷却装置进行冷却；

S6、重复步骤S3、S4和S5，直至完成所述控制系统确定的冷却道次数，冷后终冷温度、返红温度达到目标工艺要求，所述钢管被传送至冷床空冷。

进一步地，所述控制方法能同时控制先后通过所述定径机的两只所述钢管在冷却过程中组织均匀性的改善；

其中，后通过所述定径机的钢管运行至所述第二热金属检测器时，先通过所述定径机的钢管运行至所述第二高温计和第四热金属检测器之间。

进一步地，所述钢管反向运行时的设定速度在1.2-2m/s之间；

当所述钢管的壁厚大于或等于45mm，终冷温度为550-680℃时，所述钢管的冷却速度为5-20℃/s，并且每道次冷却过程中的温降逐次减小，最后一道次温降小于或等于35℃。

进一步地，所述步骤S6中所述控制系统确定冷却道次数包括：

所述控制系统根据所述钢管的壁厚和冷却工艺，确定所述钢管的冷却道次数，所述钢管的冷却道次数为2-5。

进一步地，所述冷却装置的冷却喷水环通过水配管和调节阀组与分流集水管连通；

所述分流集水管与冷却装置平行布置，且所述分流集水管的长度大于所述冷却装置的长度至少1.5m。

进一步地，所述分流集水管连通有多个旁通管路，所述旁通管路上设置有调节阀，所述调节阀用于调节所述旁通管路的开口度大小。

借由上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

本发明实施例提供的技术方案，通过控制钢管在直辊道和斜辊道上反复绕行，从而实现通过冷却装置对钢管进行多次冷却，将钢管按照设定的冷却路径冷却至目标温度，实现钢管厚度方向上温度均匀控制，从而提高了钢管厚度方向上的组织均匀性，进而保证了钢管的性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种在线冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实施例和简化描述，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，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。

本发明实施例提供了一种改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法，可用于改善厚度为45mm以上的厚壁钢管在线冷却后厚度方向上组织均匀性，如图1所示，该方法通过传送辊道、冷却装置3、翻管机构和控制系统实现，传送辊道包括设置于定径机后的直辊道1和可变角度的斜辊道2，直辊道1和斜辊道2上分别设置有多个高温计和热金属检测器；冷却装置3设置于斜辊道2上，且其包括多个平行设置的冷却喷水环；翻管机构位于直辊道1和斜辊道2之间；控制系统分别与传送辊道、翻管机构和冷却装置3电连接。

其中，多个高温计可以包括第一高温计4和第二高温计5，二者设置于斜辊道2处，且依次分别位于冷却装置3的前后；多个热金属检测器可以可包括第一热金属检测器6、第二热金属检测器7、第三热金属检测器8和第四热金属检测器9，且第一热金属检测器6、第二热金属检测器7、第四热金属检测器9设置在直辊道1处，第三热金属检测器8设置在斜辊道2处，且位于第二高温之后；翻管机构包括第一翻管机构10和第二翻管机构11，且第一翻管机构10位于第二热金属检测器7处，第二翻管机构11位于第三热金属检测器8处。其中，上述的钢管在线冷却系统为现有技术，具体地，该系统可以由圆形喷水冷却环组成的环形射流冷却喷水环构成。冷却过程中，控制系统根据工艺需要，控制辊道的运行速度、圆形喷水环开启数量与开启方式，并调节圆形喷水环中冷却水压力和冷却水流量，使钢管以一定的冷速在线控制冷却，冷却效果比较好，且应用范围广泛。

该改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法具体可以包括如下步骤：

S1、钢管通过定径机12后，经直辊道1运行至第一热金属检测器6时，控制系统根据扎线下发的钢管规格和冷却工艺信息，计算钢管冷却规程。

具体地，管坯经穿孔、轧制、定径工序后，进行在线冷却工艺；且该钢管冷却规程可以包括冷却道次数、道次温降、道次冷却速度、辊道速度、道次冷却喷水环的开启组态、流量和供水压力。

S2、当所述钢管运行至第一热金属检测器6时，所述控制系统控制第一翻管机构10将所述钢管传送至斜辊道2，并根据所述首道次冷却规程设定冷却装置3中冷却喷水环的开启组态、流量和水压。

S3、当所述钢管运行至第一高温计4时，所述控制系统根据所述钢管的实时温度重新计算并设定当前道次冷却规程，所述钢管以设定速度正向通过所述冷却装置3完成一道次冷却，第二高温计5检测所述钢管的冷后温度，所述控制系统根据计算温度和测得的冷后温度的偏差进行自学习计算。

S4、完成一次冷却后，所述钢管运行至第三热金属检测器8时停止，所述控制系统控制第二翻管机构11将所述钢管传送至所述直辊道1，并以设定速度反向运行，直至所述钢管运行至所述第二热金属检测器7，所述直辊道1停止，所述钢管经所述第一翻管机构10再次传送至所述斜辊道2并正向运行；并准备进行下一道次冷却。

S5、当所述钢管运行至所述第一高温计4时，控制系统根据所述钢管的实时温度以及上一道次自学习结果，重新计算并设定当前道次冷却规程，控制系统重新调整冷却装置3的水压，并稳定在目标范围内，所述钢管按照设定速度正向通过所述冷却装置3进行冷却。

S6、重复步骤S3、S4和S5，直至完成所述控制系统确定的冷却道次数，冷后终冷温度、返红温度达到目标工艺要求，所述钢管被传送至冷床空冷，具体可以通过第二翻管机构11运送至冷床。

本发明实施例提供的改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法，通过控制钢管在直辊道1和斜辊道2上反复绕行，从而实现通过冷却装置3对钢管进行多次冷却，将钢管按照设定的冷却路径冷却至目标温度，实现钢管厚度方向上温度均匀控制，从而提高了钢管厚度方向上的组织均匀性，进而保证了钢管的性能。

本发明中的控制系统可控制冷却道次数，冷却喷水环的水量、道次冷却速度、辊道速度等工艺参数进行灵活调控，使热轧无缝钢管在线控制冷却过程中温度能够得到精准控制，进一步提高冷却效果，提高产品质量。

在一些示例中，该控制方法能同时控制先后通过定径机12的两只钢管在冷却过程中组织均匀性的改善；其中，后通过所述定径机12的钢管运行至所述第二热金属检测器7时，先通过所述定径机12的钢管运行至所述第二高温计5和第四热金属检测器9之间，从而保证两只钢管在直辊道1和斜辊道2之间的顺利地进行反复绕行运动，进而实现两只钢管厚度方向上组织均匀性的改善。

在一些示例中，钢管反向运行时的设定速度可以在1.2-2m/s之间；当钢管的壁厚大于或等于45mm，即钢管为厚壁钢管，且其终冷温度为550-680℃时，钢管的冷却速度可以为5-20℃/s，并且每道次冷却过程中的温降逐次减小，最后一道次温降小于或等于35℃，从而更好地改善厚壁钢管厚度方向上的组织均匀性。

在一些示例中，前述步骤S6中所述控制系统确定冷却道次数具体可以包括：控制系统根据钢管的壁厚和冷却工艺，确定钢管的冷却道次数，钢管的冷却道次数为2-5。

在一些示例中，冷却装置3的冷却喷水环通过水配管和调节阀组与分流集水管连通；分流集水管与冷却装置3平行布置，且分流集水管的长度大于冷却装置3的长度至少1.5m。

上述实施例中，分流集水管可以为一两端具有盲板的管体结构，其可以通过设置有调节阀的供水管路与冷却喷水环的进水口连通。由于分流集水管在来水时，易在其两端的盲板处形成不稳定的湍流，如果这种湍流进入冷却喷水环内，易导致整个冷却装置3的压力不稳定，为了解决这一技术问题，本发明实施例将分流集水管的长度设置有大于冷却装置3的长度，即二者平行布置时，分流集水管的两端分别超出冷却装置3的两端，从而避免所述的湍流进入冷却喷水环7内，进而保证了冷却装置3的压力稳定性。具体地，分流集水管的长度可以大于冷却装置3的长度至少1.5m。

在一些示例中，在冷却喷水环内设置将其内腔分为进水腔和出水腔的环形隔板，该环形隔板上设置有均布的通流孔，进水腔和出水腔通过通流孔连通，这样的结构设置，能够使得从进水口进入进水腔后，可以经过各个通流孔进行缓冲后再进入出水腔，并通过出水口稳定地喷出，进一步保证了冷却装置36的水压稳定性，从而保证了冷却效果。

在一些示例中，分流集水管连通有多个旁通管路，该旁通管路上设置有调压阀，旁通管路的出口用于与轧沟连通，用于通过调节调节调压阀改变旁通管路的开口大小，以实现分流集水管冷却水压力的调整，保证冷却喷水环出水口的压力稳定。

下面通过具体实施例对本发明进行具体说明。

本实施例用于改善外径456mm，壁厚45mm的Q345B钢管在线冷却后厚度方向上组织均匀性。

S1：管坯经穿孔、轧制、定径工序后，厚度为45mm，温度为1010℃钢管进行在线冷却工艺；钢管运行至第一热金属检测器6时，控制系统接收轧线下发的钢管规格、冷却工艺信息，根据接收到的信息，计算钢管在线冷却规程，3道次冷却，道次温降分别为220、160、20℃；

S2：当钢管运行至第一热金属检测器6时，钢管经第一翻管机构10传送至斜辊道2，控制系统按照计算的首道次冷却规程设定冷却喷环开启组态、流量和压力，通过分流集水管调整旁管路开口度，调整喷环水压至目标值并稳定控制；

S3：钢管在斜辊道2上运行至第一高温计4时，控制系统根据钢管实时温度，重新计算并设定当前道次冷却规程，后钢管按照设定速度正向通过冷却装置3完成一道次冷却，第二高温计5检测冷后钢管温度，自动化控制系统根据计算温度和实际冷后温度的偏差进行自学习计算；

S4：完成一次冷却后，钢管运行至第三热金属检测器8停止，经过第二翻管机构11传送至直辊道1，并以设定速度1.5m/s，此时下一支钢管完成定径工序，进行在线冷却工艺，将定径后的两支钢管按照出定径时间标记为Tube1和Tube2；钢管Tube1运行至HMD2后，经第一翻管机构10再次传送至可变角度斜辊道2，后正向运行准备进行下一道次冷却；

S5：钢管Tube1到达第一高温计4时，自控制系统根据实时温度以及上一道次自学习结果，重新计算并设定当前道次冷却规程，控制系统重新调整分流集水管旁通管路开口度，使喷环水压力稳定在目标值。钢管Tube1按照设定速度正向通过冷却区进行冷却；

S6：钢管Tube1和Tube2按照控制冷却系统计算的工艺规程，重复S3、S4、S5，直至完成设定道次，冷后终冷温度、返红温度达到目标工艺要求，钢管被传送至冷床空冷。

钢管Tube1冷却后组织由铁素体珠光体组成，厚度方向由内壁到外壁硬度分别为159、167、177HB，均匀性良好。钢管屈服强度356MPa，抗拉强度507MPa，延伸率为29.8％。常温冲击功为94.6J。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法，其特征在于，所述方法通过传送辊道、冷却装置、翻管机构和控制系统实现，所述传送辊道包括设置于定径机后的直辊道和可变角度的斜辊道，所述直辊道和斜辊道上分别设置有多个高温计和热金属检测器；所述冷却装置设置于所述斜辊道上，且其包括多个平行设置的冷却喷水环；所述翻管机构位于所述直辊道和斜辊道之间；所述控制系统分别与所述传送辊道、翻管机构和冷却装置电连接；所述方法包括：

S1、钢管通过定径机后，经直辊道运行至第一热金属检测器时，控制系统根据轧线下发的钢管规格和冷却工艺信息，计算钢管冷却规程，包括冷却道次数、道次温降、道次冷却速度、辊道速度、道次喷环开启组态、流量和供水压力；

S2、当所述钢管运行至第一热金属检测器时，所述控制系统控制第一翻管机构将所述钢管传送至斜辊道，并根据首道次冷却规程设定冷却装置中冷却喷水环的开启组态、流量和水压；

S3、当所述钢管运行至第一高温计时，所述控制系统根据所述钢管的实时温度重新计算并设定当前道次冷却规程，所述钢管以设定速度正向通过所述冷却装置完成一道次冷却，第二高温计检测所述钢管的冷后温度，所述控制系统根据计算温度和测得的冷后温度的偏差进行自学习计算；

S4、当所述钢管运行至第三热金属检测器时停止，所述控制系统控制第二翻管机构将所述钢管传送至所述直辊道，并以设定速度反向运行，直至所述钢管运行至所述第二热金属检测器，所述直辊道停止，所述钢管经所述第一翻管机构再次传送至所述斜辊道并正向运行；

S5、当所述钢管运行至所述第一高温计时，控制系统根据所述钢管的实时温度以及上一道次自学习结果，重新计算并设定当前道次冷却规程，控制系统重新调整冷却装置的水压，所述钢管按照设定速度正向通过所述冷却装置进行冷却；

S6、重复步骤S3、S4和S5，直至完成所述控制系统确定的冷却道次数，冷后终冷温度、返红温度达到目标工艺要求，所述钢管被传送至冷床空冷。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述控制方法能同时控制先后通过所述定径机的两只所述钢管在冷却过程中组织均匀性的改善；

其中，后通过所述定径机的钢管运行至所述第二热金属检测器时，先通过所述定径机的钢管运行至所述第二高温计和第四热金属检测器之间。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述钢管反向运行时的设定速度在1.2-2m/s之间；

当所述钢管的壁厚大于或等于45mm，终冷温度为550-680℃时，所述钢管的冷却速度为5-20℃/s，并且每道次冷却过程中的温降逐次减小，最后一道次温降小于或等于35℃。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S6中所述控制系统确定冷却道次数包括：

所述控制系统根据所述钢管的壁厚和冷却工艺，确定所述钢管的冷却道次数，所述钢管的冷却道次数为2-5。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

所述冷却装置的冷却喷水环通过水配管和调节阀组与分流集水管连通；

所述分流集水管与冷却装置平行布置，且所述分流集水管的长度大于所述冷却装置的长度至少1.5m。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

所述分流集水管连通有多个旁通管路，所述旁通管路上设置有调节阀，所述调节阀用于调节所述旁通管路的开口度大小。

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