CN111822527B - 一种模拟热轧后冷却过程的实验装置和方法 - Google Patents

一种模拟热轧后冷却过程的实验装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟热轧后冷却过程的实验装置和方法，属于钢铁热轧冷却处理技术领域，包括由第一箱式加热炉、第二箱式加热炉、第一平台、第二平台、管式加热炉、水枪、红外测温仪、保温砖及耐火砖组成的装置，通过第一箱式加热炉模拟热轧产线终轧温度，通过第一平台模拟第一段冷却，通过管式加热炉模拟第一段冷却后空冷过程，通过第二平台模拟第二段冷却，通过第二箱式加热炉模拟产线带钢卷取后降温过程。本发明装置可以提供快速冷却，冷却终点温度可以低至室温。本装置结构简单，成本低，适用的样品尺寸范围较大。除此之外，一个显著的特点是可以将该装置布置在实验热轧机后，对接实验热轧过程从而直接完成轧后冷却过程。

Description

一种模拟热轧后冷却过程的实验装置和方法
技术领域
本发明属于钢铁热轧冷却处理技术领域，更具体地，涉及一种模拟热轧后冷却过程的实验装置和方法。
背景技术
热轧后的冷却过程对该工序产品的组织和性能至关重要。如何准确并且快捷地在实验室研究中模拟产线冷却过程对于及时分析产线产品质量问题，研究工序参数的影响，或者开发新产品新工艺十分重要。产线轧后冷却装置复杂，针对地是冷却钢带，将产线装置小型化用于冷却实验研究中普遍使用的尺寸较小的钢板并不实用且不经济。
对于模拟热轧后的冷却过程，一种方案是使用模拟冷硬板连退过程的热模拟设备。将钢板加热到热轧终轧温度，然后用高压N2或者N2+H2混合气等气体进行快冷。一般地，对于厚度规格小于2.0mm的薄板，并且冷却终点温度不过低(通常大于250℃)的情况，该设备可以实现冷速大于50k/s的快冷。但是，常规热轧或者短流程产品的厚度范围宽，当板厚超过2.0mm，且需要快速冷却(大于50k/s)时，或者需要快冷到低温(小于200℃)，采用气冷的常规连退过程热模拟设备冷却能力往往不足。
参考专利CN108097726A公开了一种模拟热轧钢板轧后冷却工艺的试验方法。参考专利CN209020960U公开了一种基于热模拟试验机的适用于热轧薄板的辅助冷却装置。上述专利均基于Gleeble系列热模拟设备，相对于常规连退过程热模拟设备，可以实现快速冷却至低温。但是，这两种热模拟设备对样品尺寸均有限制。除此之外，都必须进行制样、装样并且重新加热，因此无法对接实验热轧过程从而直接完成轧后冷却过程。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种模拟热轧后冷却过程的实验装置和方法，适用的样品尺寸范围较大，可以提供快速冷却，冷却终点温度可以低至室温，且可以将该装置布置在实验热轧机后，对接实验热轧过程从而直接完成轧后冷却过程。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模拟热轧后冷却过程的实验装置，包括：第一平台及第二箱式加热炉，所述第一平台位于所述第二箱式加热炉前；
所述第一平台上铺保温砖，用于放置出炉钢板，所述第一平台两边相对于所述第一平台中线对称配置水枪，以模拟热轧后第一段冷却，所述第一平台两边相对于所述第一平台中线对称配置红外测温仪，用于测量钢板温度；
所述第二箱式加热炉，用于放置冷却后的钢板，模拟产线带钢卷取后降温至室温过程。
在一些可选的实施方案中，所述实验装置还包括：位于所述第一平台之前的第一箱式加热炉；
所述第一箱式加热炉，用于加热钢板，模拟热轧产线终轧温度。
在一些可选的实施方案中，所述实验装置还包括：位于所述第一平台和所述第二箱式加热炉之间的管式加热炉及第二平台，其中，所述管式加热炉位于所述第二平台前；
所述管式加热炉，用于模拟第一段冷却后的空冷过程；
所述第二平台上铺保温砖，用于放置从所述管式加热炉中取出的钢板，所述第二平台两边相对于所述第二平台中线对称配置水枪，模拟第二段冷却，所述第二平台两边相对于所述第二平台中线对称配置红外测温仪，用于测量钢板温度。
在一些可选的实施方案中，所述管式加热炉温度设置为不高于第二段冷却初始温度。
在一些可选的实施方案中，所述第一箱式加热炉的最高加热能力不低于800℃。
在一些可选的实施方案中，所述管式加热炉的最高加热能力不低于500℃。
在一些可选的实施方案中，所述第二箱式加热炉的最高加热温度不低于300℃。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于上述模拟热轧后冷却过程的实验装置的实验方法，包括：
(1)将热轧终轧后的高温钢板置于第一平台的中线上，保证钢板距离所述第一平台中线两边的水枪和红外测温仪的距离和角度尽可能相等，采用所述第一平台中线两边的水枪喷水，通过调节流量来控制冷速；
(2)采用所述第一平台中线两边的红外测温仪实时测量钢板温度，当所述第一平台中线两边的红外测温仪的温度平均值达到第一目标温度时，停止喷水；
(3)将经过冷却后的钢板放入第二箱式加热炉中，第二箱式加热炉的初始温度设置为冷却终点温度，关闭第二箱式加热炉电源，钢板随炉温降至室温，模拟产线带钢卷取后降温至室温过程。
在一些可选的实施方案中，在步骤(1)之前，所述方法还包括：
将钢板放入第一箱式加热炉中，加热到第二目标温度，并保温，以模拟热轧产线终轧温度。
在一些可选的实施方案中，在步骤(3)之前，所述方法还包括：
将经过所述第一平台冷却后的钢板放入管式加热炉中的耐火砖上，采用钢杆推动耐火砖，其中，在所述管式加热炉中的运动时间与设置的产线空冷时间相当；
将经过所述管式加热炉加热后的钢板置于第二平台的中线上，采用所述第二平台中线两边的水枪喷水进行第二段冷却，通过调节流量来控制冷速；
采用所述第二平台中线两边的红外测温仪实时测量钢板温度，当所述第二平台中线两边的红外测温仪的温度平均值达到第三目标温度时，停止喷水。
在一些可选的实施方案中，所述方法还包括：
测试钢板在不同冷却条件下的温度随着时间的变化，得到不同水枪流量，不同温度变化区间下的冷速。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提供了一种可以高效模拟热轧后冷却过程的实验装置和方法。装置结构简单，成本低，可以提供快速冷却，冷却终点温度可以低至室温。本装置和方法适用的样品尺寸范围较大，可单独使用，或者配置在实验热轧机后从而直接模拟轧后冷却过程。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种模拟热轧后冷却过程的实验装置示意图；
图2是本发明实施例提供的一种对于热轧后直接冷却到卷取温度的钢种进行冷却过程的实验方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种对于热轧后冷却过程为水冷-空冷-水冷的钢种进行冷却过程的实验方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
如图1所示是本发明实施例提供的一种模拟热轧后冷却过程的实验装置示意图，包括：第一箱式加热炉、第二箱式加热炉、第一平台、第二平台、管式加热炉、水枪、红外测温仪、保温砖及耐火砖；
在本发明实施例中，第一箱式加热炉的最高加热能力不低于800℃，用于加热钢板，模拟热轧产线终轧温度，如果将此装置配置于实验热轧机后，不需要设置第一箱式加热炉，直接将轧后高温钢板置于第一平台上进行冷却。
在本发明实施例中，第一平台上铺保温砖，用于放置出炉钢板，第一平台两边相对于第一平台中线对称配置水枪，模拟热轧后第一段冷却，水枪可调节流量，从而控制冷速，第一平台两边相对于第一平台中线对称配置红外测温仪，用于测量钢板温度。
在本发明实施例中，管式加热炉的最高加热能力不低于500℃，用于模拟第一段冷却后空冷过程。由于实验样品一般是小尺寸钢板，如果直接空冷，相对于产线带钢空冷，相同的时间内温度下降过快。因此，需将高温钢板置于管式加热炉中，降低冷却速率。管式加热炉温度设置为不高于第二段冷却初始温度。相对于箱式加热炉，管式加热炉炉门打开后，由于开口面积小，短时间内温度下降慢，有利于钢板温度缓慢下降，从而模拟产线空冷过程。
在本发明实施例中，第二平台上铺保温砖，用于放置从管式加热炉中取出的钢板。第二平台两边相对于第二平台中线对称配置水枪，模拟第二段冷却。水枪可调节流量，从而控制冷速。第二平台两边相对于第二平台中线对称配置红外测温仪，用于测量钢板温度。
在本发明实施例中，第二箱式加热炉的最高加热温度不低于300℃，用于放置冷却后的钢板，模拟产线带钢卷取后降温至室温过程。
在本发明实施例中，装置组装完成后，需对温度测量控制进行测试，以保证冷却过程中的温度准确控制。将高温钢板置于第一平台或者第二平台的中线位置上，同时开启中线两边水枪并且采用相同的流量进行冷却，红外测温仪测温，两边温差低于20℃即可。否则，调整两边水枪和红外测温仪的位置，务必相对于平台中线对称。
在本发明实施例中，可根据冷却工艺需求，测试钢板在不同冷却条件下的温度随着时间的变化，得到不同水枪流量，不同温度变化区间下的冷速，如表1所示，有利于实验中的水枪流量调节和冷速控制。
表1不同水枪流量和不同温度变化区间下的冷速
Figure BDA0002650563320000061
针对不同钢种热轧后冷却过程来制定具体的实验步骤。如图2所示，对于热轧后直接冷却到卷取温度的钢种，实验步骤为：
S1：不需要设置管式加热炉和第二平台。用火钳将钢板放入第一箱式加热炉中，加热到第二目标温度，保温。如果将该装置配置在实验热轧机后，不需要配置第一箱式加热炉，直接对终轧后的高温钢板进行冷却；
S2：将钢板用火钳取出，置于第一平台的中线上，保证钢板距离第一平台中线两边的水枪和红外测温仪的距离和角度尽可能相等，采用第一平台中线两边的水枪喷水，通过调节流量来控制冷速；
在本发明实施例中，尽可能相等是指在预设的允许范围内即视为相等。
S3：采用第一平台中线两边的红外测温仪实时测量钢板温度，当两个红外测温仪的温度平均值达到第一目标温度时，停止喷水，将钢板放入第二箱式加热炉中，第二箱式加热炉的初始温度设置为第一目标温度，关闭第二箱式加热炉电源，钢板随炉温降至室温，模拟产线带钢卷取后降温至室温过程。
如图3所示，对于热轧后冷却过程为水冷-空冷-水冷的钢种，实验步骤为：
S11：用火钳将钢板放入第一箱式加热炉中，加热到第二目标温度，保温；如果将该装置配置在实验热轧机后，不需要配置第一箱式加热炉，直接对终轧后的高温钢板进行冷却；
S22：将钢板用火钳取出，置于第一平台的中线上，保证第一平台中线两边的钢板距离水枪和红外测温仪的距离和角度尽可能相等，采用第一平台中线两边的水枪喷水，通过调节流量来控制冷速；
S33：采用第一平台中线两边的红外测温仪实时测量钢板温度，当第一平台中线两边的红外测温仪的温度平均值达到第一目标温度时，停止喷水，将钢板放入管式加热炉中的耐火砖上，采用钢杆推动耐火砖，在管式加热炉中的运动时间与设置的产线空冷时间相当；
S44：将钢板推到另一端后，用火钳夹出，置于第二平台的中线上，采用第二平台中线两边的水枪喷水进行第二段冷却，通过调节流量来控制冷速；
S55：采用第二平台中线两边的红外测温仪实时测量钢板温度，当第二平台中线两边的红外测温仪的温度平均值达到第三目标温度时，停止喷水，将钢板放入第二箱式加热炉中，第二箱式加热炉的初始温度设置为第三目标温度，关闭第二箱式加热炉电源，钢板随炉温降至室温，模拟产线带钢卷取后降温至室温过程。
其中，第一目标温度、第二目标温度及第三目标温度的大小可以根据实际需要确定，本发明实施例不做唯一性限定。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟热轧后冷却过程的实验装置，其特征在于，包括：第一平台及第二箱式加热炉，所述第一平台位于所述第二箱式加热炉前；
所述第一平台上铺保温砖，用于放置出炉钢板，所述第一平台两边相对于所述第一平台中线对称配置水枪，以模拟热轧后第一段冷却，所述第一平台两边相对于所述第一平台中线对称配置红外测温仪，用于测量钢板温度；
所述第二箱式加热炉，用于放置冷却后的钢板，模拟产线带钢卷取后降温至室温过程；
所述实验装置还包括：位于所述第一平台和所述第二箱式加热炉之间的管式加热炉及第二平台，其中，所述管式加热炉位于所述第二平台前；
所述管式加热炉，用于模拟第一段冷却后的空冷过程；
所述第二平台上铺保温砖，用于放置从所述管式加热炉中取出的钢板，所述第二平台两边相对于所述第二平台中线对称配置水枪，模拟第二段冷却，所述第二平台两边相对于所述第二平台中线对称配置红外测温仪，用于测量钢板温度。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括：位于所述第一平台之前的第一箱式加热炉；
所述第一箱式加热炉，用于加热钢板，模拟热轧产线终轧温度。
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述管式加热炉温度设置为不高于第二段冷却初始温度。
4.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述第一箱式加热炉的最高加热能力不低于800℃。
5.根据权利要求2或3所述的实验装置，其特征在于，所述管式加热炉的最高加热能力不低于500℃。
6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述第二箱式加热炉的最高加热温度不低于300℃。
7.一种基于权利要求1至6任意一项所述的模拟热轧后冷却过程的实验装置的实验方法，其特征在于，包括：
(1)将终轧后的高温钢板置于第一平台的中线上，保证钢板距离所述第一平台中线两边的水枪和红外测温仪的距离和角度尽可能相等，采用所述第一平台中线两边的水枪喷水，通过调节流量来控制冷速；
(2)采用所述第一平台中线两边的红外测温仪实时测量钢板温度，当所述第一平台中线两边的红外测温仪的温度平均值达到第一目标温度时，停止喷水；
(3)将经过冷却后的钢板放入第二箱式加热炉中，第二箱式加热炉的初始温度设置为冷却终点温度，关闭第二箱式加热炉电源，钢板随炉温降至室温，模拟产线带钢卷取后降温至室温过程；
其中，在步骤(3)之前，所述方法还包括：
将经过所述第一平台冷却后的钢板放入管式加热炉中的耐火砖上，采用钢杆推动耐火砖，其中，在所述管式加热炉中的运动时间与设置的产线空冷时间相当；
将经过所述管式加热炉加热后的钢板置于第二平台的中线上，采用所述第二平台中线两边的水枪喷水进行第二段冷却，通过调节流量来控制冷速；
采用所述第二平台中线两边的红外测温仪实时测量钢板温度，当所述第二平台中线两边的红外测温仪的温度平均值达到第三目标温度时，停止喷水。
8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，在步骤(1)之前，所述方法还包括：
将钢板放入第一箱式加热炉中，加热到第二目标温度，并保温，以模拟热轧产线终轧温度。
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