CN112676340A - 降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置及方法，该装置在正常的轧制设备的基础上，通过在中轧机组和预精轧机组之间设置编组台架，实现棒材的可控速度水平横向移出与移进，在移出与移进过程中棒材均匀旋转以调控冷却速度，实现对棒材的可控速度冷却；通过在冷床上安装带有辅热装置的保温罩，实现对终轧棒材的可控冷却以控制其冷却组织。最终达到降低棒材芯表温差及表面硬度的目的。

Description

降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置及方法

技术领域

本发明属于棒材加工技术领域，具体涉及一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置及方法。

背景技术

随着市场的发展，高品质的棒线材产品的需求也日益增长。国内将Φ50mm以上规格的棒材称为大规格棒材，大规格棒材主要以优质齿轮钢、轴承钢、轴用钢以及合金管坯为主，致力于满足机械、汽车、军工、铁路等行业的快速发展。近年来，随着连铸坯质量的提高、棒材规格的上延以及各种国外大型设备的引用，使得大规格棒材的品质和运用空间得到进一步提升，也正在为风电、石化、深海勘探等重工领域发挥着积极作用。

目前，大规格棒材的生产方式主要为轧制和锻造墩粗。然而使用锻造墩粗的方式生产大规格棒材存在许多不足，不仅无法控制棒材表面质量，而且生产效率低，成材率低。因此，控轧控冷作为一种生产效率高、成材率高、棒材组织均匀性好的生产大规格棒材的生产方式更加受到市场欢迎，广泛用于生产非调质钢、轴承钢、管线用钢、弹黃钢等。

在实际生产中，与小规格棒材轧制生产相比，大规格棒材的尺寸断面大，轧后的冷却速度缓慢，断面温度不均匀现象严重，大部分需要缓慢冷却才能够保证产品最终的性能均匀性。为了快速降低棒材芯部温度，提高生产率，许多轧制方法直接对棒材表面穿水处理，加大穿水用量，快速降低棒材表面温度，从而达到快速降低芯部温度的目的。然而这样却会导致大规格棒材芯表温差增大，增大棒材的热应力和相变应力的不均匀性，导致棒材发生严重弯曲。同时由于棒材表面降温速度较快，还会导致棒材表面硬度升高，造成棒材截面硬度差较大。

目前国内大部分轧钢厂采用的控冷方法是由美国摩根公司和加拿大斯太尔柯钢铁公司共同开发的斯太尔摩控制冷却工艺。该工艺水冷段由强制水冷箱和导管恢复段交替布置构成。强制水冷箱与喷嘴结合喷出的高压冷却水对棒材表面进行强烈冷却，使棒材表面温度急速下降，但是由于大规格棒材截面尺寸较大，棒材的热源性非常大，芯部热量向表面传递不及时，会造成大规格棒材内外温差不均匀，导致棒材内部均匀性非常差。虽然棒材强烈冷却后的导管恢复阶正好可以弥补棒材芯表温差过大的缺陷，然而导管恢复阶段要与穿水过程中的直径、水冷管孔径以及喷嘴匹配，否则会造成棒材内部温度不均匀，造成不可逆转的事故。同时为了防止线棒材表面在导管恢复段发生氧化反应，形成一层氧化铁皮降低换热效果，就在水冷箱出口处安放反向清扫水喷嘴，以及在水冷箱出口处安放反向压缩空气喷嘴防止水箱内的冷却水被线棒材带出，这就大大增加了强制水冷箱与导管恢复段的匹配难度，实施起来较为困难。并且，多次使用冷却水进行强烈冷却，会大幅度提高棒材表面硬度。此外，该工艺使用的冷却设备较多，需要大面积的冷却作业场地，资金投入巨大，这也是此工艺的不足之处。

与斯太尔摩工艺相似的施罗曼控制冷却工艺有时也用于生产实践中。该工艺是在斯太尔摩控制冷却工艺基础上衍生出来的。该冷却工艺地特点是加大了加强了强烈冷却换热能力，使棒材在经过一次水冷就能使温度达到理想的结晶温度，之后直接进行自然风冷，从而节省了导管恢复段的费用，降低了成本。然而对于大规格棒材来说，自然冷却能力较差且冷却速度无法控制。所以，施罗曼控制冷却工艺生产出的大规格棒材在质量上无法得到保障，致使该冷却工艺在轧制淬透性较差的钢种时不常使用。

此外，国内也有许多发明专利用于大规格棒材的控冷工艺。例如，目前一种大规格棒材的控制轧制方法可以较为均匀、高效地冷却中间坯。该方法在正常的轧制过程中另外设置了冷却辊道，使中间坯在轧线辊道外部的冷却辊道上往复运动和空冷。虽然该方法解决了大规格棒材的控制轧制过程中的中间坯温降时间长、轧制生产效率低，以及棒材高温奥氏体组织无法控制的难题，然而，在轧线辊道外部铺设冷却辊道需要占据额外的场地，需要对原本的轧制现场重新规划，除非大规模生产，否则得不偿失。另外，中间坯虽然在冷却辊道上往复运动，但只是随辊道平移，与辊道接触部分降温速度较快，导致接触部分较早发生相变，产生相变应力，同时接触部分硬度也较高。

除此之外，在轧线辊道上方区域加入一种多工位的旋转冷却机构能够更加均匀地冷却中间坯。该方法中的多工位的旋转冷却机构通过提起中间坯后旋转，再将中间坯回置到轧线辊道的方式，使轧件在运动中旋转，均匀冷却至所需温度，进而在后续机组实现控制轧制。虽然该发明能够实现中间坯与环形框的接触面一直处于变换状态的效果，使中间坯均匀冷却，但是每个中间坯的冷却周期为轧制周期的2～4倍，大大影响了轧制线路的节奏，降低了轧制效率。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置，该装置能够降低大规格棒材芯表温差及表面硬度。

本发明的另一目的是提供一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷方法。

技术方案：本发明所述的一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置，包括设置在中轧机组和预精轧机组之间的编组台架、以及设置在精轧机组后的冷床；所述编组台架具有冷却横移辊道，棒材在所述冷却横移辊道上匀速旋转并横向往复移动；所述冷床具有保温罩，所述保温罩上设置有辅热装置。

而对应于上述的降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置，本发明所述的控冷方法所采用的技术方案，包括如下步骤：

(1)轧件经中轧机组轧制后，送入轧制线路外的编组台架上；

(2)轧件跟随冷却横移辊道匀速旋转，并完成自编组台架一侧横移至另一侧再从另一侧横移回来的横向往复移动；控制冷却横移辊道的转速和横向往复移动时间，使得轧件横移回来时正好降温至目标温度；

(3)轧件横移回来后送回轧线辊道，轧制成棒材；

(4)棒材送入冷床空冷，通过保温罩及其辅热装置控制冷却速度。

其中，所述棒材的直径为Φ50-200mm。

具体的，所述步骤(2)中，根据不同钢种、不同组织的需要，调整冷却横移辊道的转速和横向往复移动时间。

所述步骤(4)中，根据不同钢种、不同组织的需要，调整保温罩的位置并利用辅热装置控制冷床的冷却速度。

有益效果：与现有技术相比，该装置在正常的轧制设备的基础上，通过在中轧机组和预精轧机组之间设置编组台架，实现棒材的可控速度水平横向移出与移进，在移出与移进过程中棒材均匀旋转以调控冷却速度，实现对棒材的可控速度冷却；通过在冷床上安装带有辅热装置的保温罩，实现对终轧棒材的可控冷却以控制其冷却组织。最终达到降低棒材芯表温差及表面硬度的目的。编组台架上设置的匀速旋转的冷却辊道，可以一边带动棒材横向移动，一边保证棒材与冷却辊道接触面处于不断变换的状态，达到棒材均匀散热的效果，均匀降低棒材芯表温差。可根据不同的钢种、不同的组织需要，设置不同的冷却辊道转速，控制冷却速度。被横向移除的棒材达到目标温度并移回轧制线路，进入后续轧制机组进行轧制。待精轧结束、棒材进入冷床空冷时，使用保温罩对其进行冷速控制。是否使用保温罩、使用保温罩控制多大的冷速以及是否使用辅热装置，可以根据不同的钢种、不同的组织需要进行灵活设置。使用上述编组台架及冷床上带有辅热装置的保温罩，可以有效降低棒材芯表温差及表面硬度。

附图说明

图1是降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置的生产工艺示意图。

具体实施方式

如图1所示，实施本发明方法的棒材生产线包括加热炉1、高压水除鳞2、粗轧机组3、第一热锯4、中轧机组5、编组台架6、预精轧机组7，第二热锯8、精轧机组9和冷床10。其中，编组台架6具有冷却横移辊道，棒材在冷却横移辊道上匀速旋转并横向往复移动；冷床10具有保温罩，保温罩上设置有辅热装置。

实施例1：控制轧制棒材为42CrMoA，棒材规格为Φ90mm，采用的连铸坯尺寸为320*480mm。

坯料在加热炉1加热，出炉温度为1130℃。经高压水除鳞2后，进入往复式粗轧机组3进行粗轧。粗轧后，经第一热锯4切除头尾后，温度达到1050℃时，轧件进入平立交替中轧机组5进行轧制。完成中轧后，轧件横向移动到编组台架6上进行待温处理。轧件温度达到910℃时被移钢小车送到输出辊道上。轧件空过预精轧机组7，不进行预精轧，经第二热锯8切除头尾后，轧件送到达精轧机组9，此时温度达到850℃，直接精轧机组9进行精轧。精轧完成后，轧件由倍尺飞剪分段后进入冷床10上空冷，盖上保温罩对轧件空冷进行控制，冷却速度为0.25℃/s。缓冷结束后，轧件经砂轮锯锯切定尺，收集打包。

采用上述控冷方法，可以使轧件均匀冷却，轧件芯表温差降至30℃以内，得到的大规格棒材42CrMoA组织均匀，表面硬度低于260HB。

实施例2：控制轧制棒材为SAE4137H，棒材规格为Φ130mm，采用的连铸坯尺寸为320*480mm。

坯料在加热炉1加热，出炉温度为1130℃。经高压水除鳞2后，进入往复式粗轧机组3进行粗轧。轧件经粗轧后，经第一热锯4切除头尾后，轧件温度达到1050℃，轧件进入平立交替中轧机组5进行终轧出成品。轧制完成后，轧件横向移动到编组台架6上进行待温处理。轧件温度达到820℃时，轧件被移钢小车送回到轧制辊道上。轧件空过预精轧机组7，不进行预精轧，直接精轧机组9进行精轧。轧件进入冷床10上，上冷床温度达到760℃，盖上保温罩对轧件温度进行控制，使轧件以0.07℃/s的冷却速度进行缓冷。缓冷结束后，轧件经砂轮锯锯锯切定尺材后，收集打包。

采用上述控冷方法，可以使轧件均匀冷却，轧件芯表温差降至50℃以内，得到的大规格棒材SAE4137H组织均匀，表面硬度低于260HB。

实施例3：控制轧制棒材为20CrMoTiH，棒材规格为Φ60mm，采用的连铸坯尺寸为320*480mm。

中间坯料在加热炉1加热，出炉温度为1130℃。经高压水除磷2后，进入往复式粗轧机组3进行粗轧。轧件经粗轧后，经第一热锯4切除头尾后，轧件温度达到1050℃，轧件进入平立交替中轧机组5进行中轧。完成中轧后，轧件横向移动到编组台架6上进行待温处理。轧件温度达到920℃时，轧件正好被冷却辊道送回到轧制辊道上。温度达到910℃时，轧件被送到预精轧机组7进行预精轧轧制。预精轧结束后，轧件经第二热锯8切除头尾，到达精轧机组9，此时温度达到860℃，进入精轧机组9进行精轧。精轧完成后，轧件进入冷床10上，使用保温罩对轧件温度进行控制，冷却速度为0.35℃/s。冷床控冷结束后，轧件经砂轮锯锯切定尺，收集打包。

采用上述控冷方法，可以使轧件均匀冷却，轧件芯表温差降至20℃以内，得到的大规格棒材20CrMnTiH组织均匀，表面硬度低于210HB。

通过上述实施例可知，本发明存在以下优势：

(1)可在传统的轧制线路上进行改造，并进行批量生产；

(2)采用本发明后，可使棒材在待温阶段实现均匀冷却，减少棒材芯表温差，保障大规格棒材组织的均匀性。

(3)采用本发明后，可精准控制棒材在空冷阶段的冷却速度，得到预期的组织。保温罩配合使用辅热装置可以大幅降低冷却速度，降低轧件的表面硬度。

(4)本发明工艺设计灵活，根据不同的钢种、不同的预期组织，可选择性使用设备、修改工艺流程。

Claims (5)

1.一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置，其特征在于，包括设置在中轧机组(5)和预精轧机组(7)之间的编组台架(6)、以及设置在精轧机组(9)后的冷床(10)；所述编组台架(6)具有冷却横移辊道，棒材在所述冷却横移辊道上匀速旋转并横向往复移动；所述冷床(10)具有保温罩，所述保温罩上设置有辅热装置。

2.一种利用权利要求1所述的降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置的控冷方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)轧件经中轧机组轧制后，送入轧制线路外的编组台架上；

(2)轧件跟随冷却横移辊道匀速旋转，并完成自编组台架一侧横移至另一侧再从另一侧横移回来的横向往复移动；控制冷却横移辊道的转速和横向往复移动时间，使得轧件横移回来时正好降温至目标温度；

(3)轧件横移回来后送回轧线辊道，轧制成棒材；

(4)棒材送入冷床空冷，通过保温罩及其辅热装置控制冷却速度。

3.根据权利要求2所述的控冷方法，其特征在于，所述棒材的直径为Φ50-200mm。

4.根据权利要求2所述的控冷方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据不同钢种、不同组织的需要，调整冷却横移辊道的转速和横向往复移动时间。

5.根据权利要求2所述的控冷方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据不同钢种、不同组织的需要，调整保温罩的位置并利用辅热装置控制冷床的冷却速度。

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