CN114061262A - 一种用于槽钢的控冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于槽钢的控冷方法，属于槽钢冷却工艺技术领域，解决了现有技术中槽钢的断面温度均匀性较差影响成品的性能稳定的问题。该控冷方法包括如下步骤：对轧后槽钢进行气雾冷却；对气雾冷却后的槽钢进行风冷；判断槽钢是否达到冷却的目标温度；若是，则完成对槽钢的冷却；如否，则重复步骤1至步骤2，直至槽钢达到冷却的目标温度；上述槽钢的组分按质量百分比计包括：C 0.10～0.13、Si 0.22～0.24、Mn 1.65～1.70、Nb 0.010～0.04、P≤0.015％和S≤0.015％，其余为Fe，其中，碳当量CEV≤0.4％。该控冷方法可用于槽钢的冷却。

Description

一种用于槽钢的控冷方法

技术领域

本发明属于槽钢冷却工艺技术领域，尤其涉及一种槽钢的控冷装置及控冷方法。

背景技术

现有技术中，对于轧后槽钢的冷却，通常仅采用单一冷却路径，(例如，仅进行喷射冷却或者仅进行水雾冷却)，单一冷却路径不可避免地会在槽钢表面残留冷却水，影响槽钢的断面温度。

采用单一冷却路径冷却后，槽钢的断面温度差较大，通常在80～150℃，对槽钢成品的弯曲度、组织均匀性、性能稳定性造成不利影响，只能通过后续加大矫直力度，来提高合金化成分，进而导致生产成本较高，不利于可持续发展。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于槽钢的控冷方法，解决了现有技术中采用单一冷却路径冷却后槽钢的断面温度差较大的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种用于槽钢的控冷方法，包括如下步骤：

步骤1：对轧后槽钢进行气雾冷却；

步骤2：对气雾冷却后的槽钢进行风冷；

步骤3：判断槽钢是否达到冷却的目标温度；

若是，则完成对槽钢的冷却；

如否，则重复步骤1至步骤2，直至槽钢达到冷却的目标温度。

进一步地，冷却的目标温度为650～680℃。

进一步地，上述控冷方法适用于如下成分的槽钢：

该槽钢的组分按质量百分比计包括：C 0.10～0.13、Si 0.22～0.24、Mn 1.65～1.70、Nb 0.010～0.04、P≤0.015％和S≤0.015％，其余为Fe，其中，碳当量CEV≤0.4％。

进一步地，槽钢的坯料尺寸为130～160mm×130～160mm×8500～9500mm。

进一步地，槽钢的坯料尺寸为150mm×150mm×9000mm。

进一步地，采用上述用于槽钢的控冷方法对上述尺寸和组成的槽钢坯料进行冷却，所获得的槽钢的金相组织包括铁素体和珠光体。

进一步地，上述步骤3中，重复步骤1至步骤2的次数为5～7次。

进一步地，上述用于槽钢的控冷方法的总冷却时间为25～40s。

进一步地，在槽钢进行风冷且各部位温度趋于一致后，需要迅速重复进行下一次的水雾冷却。

进一步地，上述步骤1中，水雾冷却的冷却速度为18～20℃/s，水雾冷却的冷却路径长度为10～12m，水雾冷却的气雾压力为1.2～1.4MPa。

进一步地，上述步骤2中，风冷的冷却速度为4～7℃/s，风冷的冷却路径长度为6～10m，风冷的压缩空气压力为0.6～0.8MPa。

进一步地，上述用于槽钢的控冷方法采用控冷装置，包括喷嘴组件，喷嘴组件包括多个喷嘴组，喷嘴组具有气雾模式和风冷模式，处于气雾模式的喷嘴组与处于风冷模式的喷嘴组交替设置，所述槽钢从第一组喷嘴组至最后一组喷嘴组方向依次经过多个喷嘴组，对槽钢依次交替进行气雾冷却和风冷。

进一步地，上述槽钢的控冷装置还包括台架，喷嘴组件设于台架上。

进一步地，上述喷嘴组件还包括用于安装喷嘴组的安装架，喷嘴组安装于安装架上。

进一步地，安装架为网状结构，包括多个十字件，喷嘴组中的喷嘴设于十字件的交叉点上，十字件包括相互连接的纵向管和横向管，横向管一端的内壁设有横向滑块，横向管的另一端设有横向滑槽，每排十字件中，相邻两个横向管通过相互配合的横向滑块和横向滑槽可滑动固定连接，同样地，纵向管的一端内壁设有纵向滑块，纵向管的另一端设有纵向滑槽，每行十字件中，相邻两个纵向管通过相互配合的纵向滑块和纵向滑槽可滑动固定连接。

进一步地，喷嘴的形状为扇环形，喷嘴上开设沿喷嘴径向设置的喷孔，喷孔的数量为多个，多个喷孔的孔径不同，多个喷孔沿喷嘴的周向设置，喷嘴绕安装架周向可转动。

进一步地，喷嘴上开设三个喷孔，分别为第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔，第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔沿喷嘴的周向布置，第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔的孔径依次增大。

进一步地，上述喷嘴组件还包括转动驱动件，转动驱动件包括驱动电机以及相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，驱动电机的输出轴与第一齿轮连接，第一齿轮固设于安装架上，第二齿轮固设于喷嘴上。

进一步地，上述槽钢的控冷装置还包括分别与喷嘴组连通的供气单元和供水单元，通过控制供气单元和供水单元与喷嘴组的连通或断开，使得喷嘴组处于风冷模式或气雾模式，其中，风冷模式时，喷嘴组仅与供气单元连通，气雾模式时，喷嘴组与供气单元和供水单元同时连通。

进一步地，供气单元包括依次连接的空压机、储气罐、气体截止阀、气体调节阀、气体流量计和分气器，分气器的出气口通过气管与喷嘴连接。

进一步地，供水组件包括依次连接的储水池、水泵、增压泵、液体截止阀、液体调节阀、液体流量计和分水器，分水器的出水口通过水管与喷嘴连接。

进一步地，上述槽钢的控冷装置还包括用于监测槽钢表面温度的红外测温仪和/或用于监测槽钢内部温度的热电偶测温仪。

进一步地，热电偶测温仪的数量为多个，红外测温仪设于槽钢的表面，热电偶测温仪设于槽钢的芯部，红外测温仪和热电偶测温仪的采集频率为每秒50个数据。

进一步地，红外测温仪和热电偶测温仪可以分别测试槽钢的表面和心部的温度，包括槽钢在冷却之前、冷却过程中和冷却停止后全过程的表面和心部的温度。

进一步地，上述控冷装置还包括用于控制喷嘴内气体和/或液体流量的喷嘴控制单元。

进一步地，上述控制系统还包括与喷嘴控制单元、红外测温仪和/或热电偶测温仪连接的显示器，用于显示喷嘴内流体的流量、压力、槽钢表面温度和内部温度等。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明提供的用于槽钢的控冷方法中，采用水雾冷却和风冷相结合，其中，水雾冷却的冷却速度大于风冷的冷却速度，首先对轧后槽钢进行气雾冷却，然后再进行风冷，其中，风冷能够利用压缩空气迅速吹散气雾冷却以后残余在槽钢表面的冷却水，既能够使槽钢的高温区域产生短暂的回温过程，又能够保证低温区域持续降温，减少过度冷却区域，减小槽钢断面温度差。

b)本发明提供的用于槽钢的控冷方法中，由于风冷的冷却速度较小，能够延长微合金在析出最优温度的析出时间，确保槽钢表层不出现淬火回火组织，提高微合金利用效率，并延长碳化物固溶状态，发挥固溶强化作用，改善珠光体组织片层间距和形貌，从而达到提高力学性能，降低合金含量目的。

c)本发明提供的用于槽钢的控冷方法中，对于气雾冷却，其能够对槽钢的表面重点高温区域进行快速冷却，能够有效降低R角等高温区温度，控制晶粒长大，细化槽钢的晶粒。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的用于槽钢的控冷方法的流程图；

图2为本发明提供的用于槽钢的控冷装置的立体图；

图3为本发明提供的用于槽钢的控冷装置中喷嘴的结构示意图；

图4为本发明提供的用于槽钢的控冷装置中安装架的结构示意图；

图5为本发明采用实施例一提供的用于槽钢的控冷方法获得的槽钢的腰部处金相显微组织图；

图6为本发明采用实施例一提供的用于槽钢的控冷方法获得的槽钢的腿部处金相显微组织图。

附图标记：

1-台架；2-喷嘴组件；3-纵向管；4-纵向滑块；5-纵向滑槽；6-横向管；7-横向滑块；8-横向滑槽。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明提供了一种用于槽钢的控冷方法，包括如下步骤：

步骤1：对轧后槽钢进行气雾冷却；

步骤2：对气雾冷却后的槽钢进行风冷；

步骤3：判断槽钢是否达到冷却的目标温度(例如，上冷床目标温度为650～680℃)；

若是，则完成对槽钢的冷却；

如否，则重复步骤1至步骤2，直至槽钢达到冷却的目标温度。

示例性地，上述控冷方法适用于如下成分的槽钢：

该槽钢的组分按质量百分比计包括：C 0.10～0.13、Si 0.22～0.24、Mn 1.65～1.70、Nb 0.010～0.04、P≤0.015％和S≤0.015％，其余为Fe，其中，碳当量CEV≤0.4％。

槽钢的坯料尺寸如下：130～160mm×130～160mm×8500～9500mm，例如，150mm×150mm×9000mm。

需要说明的是，采用上述用于槽钢的控冷方法对上述尺寸和组成的槽钢坯料进行冷却，所获得的槽钢的金相组织包括铁素体和珠光体。

与现有技术相比，本发明提供的用于槽钢的控冷方法，采用水雾冷却和风冷相组合，其中，水雾冷却的冷却速度大于风冷的冷却速度，首先对轧后槽钢进行气雾冷却，然后再进行风冷，其中，风冷能够利用压缩空气迅速吹散气雾冷却以后残余在槽钢表面的冷却水，既能够使槽钢的高温区域产生短暂的回温过程，又能够保证低温区域持续降温，减少过度冷却区域，减小槽钢断面温度差。

同时，由于风冷的冷却速度较小，能够延长微合金在析出最优温度的析出时间，确保槽钢表层不出现淬火回火组织，提高微合金利用效率，并延长碳化物固溶状态，发挥固溶强化作用，改善珠光体组织片层间距和形貌，从而达到提高力学性能，降低合金含量目的。

此外，对于气雾冷却，其能够对槽钢的表面重点高温区域进行快速冷却，能够有效降低R角等高温区温度，控制晶粒长大，细化槽钢的晶粒。

为了保证冷却的总体效果，上述步骤3中，重复步骤1至步骤2的次数为5～7次，基本上保证总冷却时间为25～40s。

需要说明的是，在槽钢进行风冷且各部位温度趋于一致后，需要迅速重复进行下一次的水雾冷却。

为了保证水雾冷却的冷却效果，示例性地，上述步骤1中，水雾冷却的冷却速度为18～20℃/s，水雾冷却的冷却路径长度为10～12m，水雾冷却的气雾压力为1.2～1.4MPa。

同样地，为了保证风冷的冷却效果，示例性地，上述步骤2中，风冷的冷却速度为4～7℃/s，风冷的冷却路径长度为6～10m，风冷的压缩空气压力为0.6～0.8MPa。

示例性地，上述用于槽钢的控冷方法采用控冷装置，参见图2至图4，包括喷嘴组件2，喷嘴组件2包括多个喷嘴组，多个喷嘴组至少位于槽钢的一侧(例如，上侧、下侧、左侧和/或右侧)，喷嘴组具有气雾模式和风冷模式，处于气雾模式的喷嘴组与处于风冷模式的喷嘴组交替设置，槽钢从第一组喷嘴组至最后一组喷嘴组方向依次经过多个喷嘴组，对槽钢依次交替进行气雾冷却和风冷。

为了实现喷嘴组件2的安装，可以理解的是，上述槽钢的控冷装置还包括台架1，喷嘴组件2设于台架1上。

可以理解的是，为了保证喷嘴组的稳定安装，上述喷嘴组件2还包括用于安装喷嘴组的安装架，喷嘴组安装于安装架上。

在实际应用中，考虑到槽钢的型号不同，相邻两组喷嘴组之间的距离以及每个喷嘴组单位面积的喷嘴数量也需要进行适当调整，因此，对于安装架的结构，具体来说，其为网状结构，包括多个十字件，喷嘴组中喷嘴设于十字件的交叉点上，十字件包括相互连接的纵向管3和横向管6，横向管6一端的内壁设有横向滑块7，横向管6的另一端设有横向滑槽8，每排十字件中，相邻两个横向管6通过相互配合的横向滑块7和横向滑槽8可滑动固定连接，同样地，纵向管3的一端内壁设有纵向滑块4，纵向管3的另一端设有纵向滑槽5，每行十字件中，相邻两个纵向管3通过相互配合的纵向滑块4和纵向滑槽5可滑动固定连接。这样，通过调节横向滑块7与横向滑槽8的相对位置，能够调节每排喷嘴的横向距离，通过调节纵向滑块4与纵向滑槽5的相对位置，能够调节每行喷嘴的竖向距离。

在实际应用中，可能会涉及到对喷嘴流体流量大小的调节，因此，喷嘴的形状为扇环形，喷嘴上开设沿喷嘴径向设置的喷孔，喷孔的数量为多个，多个喷孔的孔径不同，多个喷孔沿喷嘴的周向设置，喷嘴绕安装架周向可转动。示例性地，喷嘴上开设三个喷孔，分别为第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔，第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔沿喷嘴的周向布置，第一喷孔、第二喷孔和第三喷孔的孔径依次增大。

可以理解的是，为了实现喷嘴绕安装架周向可转动，上述喷嘴组件2还包括转动驱动件，转动驱动件包括驱动电机以及相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，驱动电机的输出轴与第一齿轮连接，第一齿轮固设于安装架上，第二齿轮固设于喷嘴上。这样，当需要调节压缩空气或气雾的流量大小时，开启驱动电机，驱动电机的输出轴驱动第一齿轮旋转，进而带动第二齿轮旋转，使得喷嘴绕安装架转动。

为了为喷嘴提供冷却水和空气，上述槽钢的控冷装置还包括分别与喷嘴连通的供气单元和供水单元，通过控制供气单元和供水单元与喷嘴的连通或断开，使得喷嘴处于风冷模式或气雾模式，其中，风冷模式时，喷嘴仅与供气单元连通，气雾模式时，喷嘴与供气单元和供水单元同时连通。

对于供气单元的结构，具体来说，其包括依次连接的空压机、储气罐、气体截止阀、气体调节阀、气体流量计和分气器，分气器的出气口通过气管与喷嘴连接。

对于供水组件的结构，具体来说，其包括依次连接的储水池、水泵、增压泵、液体截止阀、液体调节阀、液体流量计和分水器，分水器的出水口通过水管与喷嘴连接。

值得注意的是，在槽钢的冷却过程中，槽钢表面和芯部的温度对冷却后的槽钢的微观组织至关重要，因此，上述槽钢的控冷装置还包括用于监测槽钢表面温度的红外测温仪和/或用于监测槽钢内部温度的热电偶测温仪，其中，热电偶测温仪的数量为多个，红外测温仪设于槽钢的表面，热电偶测温仪设于槽钢的芯部，红外测温仪和热电偶测温仪的采集频率为每秒50个数据。

红外测温仪和热电偶测温仪可以分别测试槽钢的表面和心部的温度，包括槽钢在冷却之前、冷却过程中和冷却停止后全过程的表面和心部的温度，从而获得槽钢表面和心部的温度变化数据，并据此绘制出槽钢在冷却过程中表面和心部的实测冷却曲线。

为了实现上述槽钢的控冷装置中喷嘴模式的自动切换以及流体流量，其还包括用于控制喷嘴内气体和/或液体流量的喷嘴控制单元。这样，通过控制不同供水和供气工艺参数(包括压力和流量等)，调节冷却条件，并自动切换喷嘴所处的模式。

为了保证在槽钢的冷却过程中能够直观了解槽钢的冷却过程，上述控制系统还包括与喷嘴控制单元、红外测温仪和/或热电偶测温仪连接的显示器，用于显示喷嘴内流体的流量、压力、槽钢表面温度和内部温度等。

实施例一

本实施例的槽钢的坯料尺寸为150mm×150mm×9000mm，其成分按重量百分比(wt％)，包括：C 0.12、Si 0.24、Mn 1.65、Nb 0.010、P≤0.015％和S≤0.015％，其余为Fe，其中，碳当量CEV≤0.4％。

步骤1中处于气雾模式的喷嘴组的长度(即气雾冷却的冷却路径长度)为7m，处于气雾模式的喷嘴组中喷嘴的数量为210个，步骤2中处于风冷模式的喷嘴的长度(即风冷的冷却路径长度)为3m，处于风冷模式的喷嘴组中喷嘴的数量为90个；一共布置6组，也就是说，步骤1和步骤2的重复次数为2次，水雾冷却速度为18℃/s，气雾压力为1.3MPa，风冷冷却速度为5℃/s，压缩空气压力为0.7MPa，总冷却时间约为28s，上冷床目标温度控制在660℃。

冷却后的槽钢性能：屈服强度R_el：409MPa，抗拉强度R_m：565MPa，拉伸比A：26％，晶粒度为10级，槽钢R角与腿部温度差为44℃，整体温度场均匀分布。

对冷却后的槽钢进行金相显微组织，参见图5至图6，从图5和图6可以看出，冷却后的槽钢在腰部处和腿部处的金相组织均为铁素体和珠光体，未出现淬火回火组织，晶粒度为10级，无异常组织，且腿部与腰部组织均匀度高，整体晶粒度一致，能够达到生产要求。

实施例二

本实施例的槽钢的坯料尺寸为130mm×130mm×8500mm，其成分按重量百分比(wt％)，包括：C 0.13、Si 0.22、Mn 1.70、Nb 0.03、P≤0.015％和S≤0.015％，其余为Fe，其中，碳当量CEV≤0.4％。

步骤1中处于气雾模式的喷嘴的长度(即气雾冷却的冷却路径长度)为5.5m，处于气雾模式的喷嘴组中喷嘴的数量为165个，处于风冷模式的喷嘴的长度(即风冷的冷却路径长度)为2.5m，处于风冷模式的喷嘴组中喷嘴的数量为90个；一共布置8组，也就是说，步骤1和步骤2的重复次数为3次，水雾冷却速度为20℃/s，气雾压力为1.4MPa，风冷冷却速度为6℃/s，压缩空气压力为0.8MPa，总冷却时间约为35s，上冷床目标温度控制在680℃。

冷却后的槽钢性能：屈服强度R_el：420MPa，抗拉强度R_m：570MPa，拉伸比A：30％，晶粒度为10级，槽钢R角与腿部温度差为42℃，整体温度场均匀分布。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于槽钢的控冷方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对轧后槽钢进行气雾冷却；

步骤2：对气雾冷却后的槽钢进行风冷；

步骤3：判断槽钢是否达到冷却的目标温度；

若是，则完成对槽钢的冷却；

如否，则重复步骤1至步骤2，直至槽钢达到冷却的目标温度；

上述槽钢的组分按质量百分比计包括：C 0.10～0.13、Si 0.22～0.24、Mn 1.65～1.70、Nb 0.010～0.04、P≤0.015％和S≤0.015％，其余为Fe，其中，碳当量CEV≤0.4％。

2.根据权利要求1所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述槽钢的坯料尺寸为130～160mm×130～160mm×8500～9500mm。

3.根据权利要求1所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述步骤3中，重复步骤1至步骤2的次数为5～7次。

4.根据权利要求1所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述控冷方法的总冷却时间为25～40s。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述步骤1中，水雾冷却的冷却速度为18～20℃/s，水雾冷却的冷却路径长度为10～12m，水雾冷却的气雾压力为1.2～1.4MPa。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述步骤2中，风冷的冷却速度为4～7℃/s，风冷的冷却路径长度为6～10m，风冷的压缩空气压力为0.6～0.8MPa。

7.根据权利要求1至4所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述控冷方法采用控冷装置，所述控冷装置包括喷嘴组件，喷嘴组件包括多个喷嘴组，喷嘴组具有气雾模式和风冷模式，处于气雾模式的喷嘴组与处于风冷模式的喷嘴组交替设置，所述槽钢从第一组喷嘴组至最后一组喷嘴组方向依次经过多个喷嘴组，对槽钢依次交替进行气雾冷却和风冷。

8.根据权利要求7所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述控冷装置还包括分别与喷嘴组连通的供气单元和供水单元，通过控制供气单元和供水单元与喷嘴组的连通或断开，使得喷嘴组处于风冷模式或气雾模式；

所述喷嘴组处于风冷模式时，所述喷嘴组仅与供气单元连通；

所述喷嘴组处于气雾模式时，所述喷嘴组与供气单元和供水单元同时连通。

9.根据权利要求8所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述供气单元包括依次连接的空压机、储气罐、气体截止阀、气体调节阀、气体流量计和分气器，所述分气器的出气口与喷嘴连接。

10.根据权利要求8所述的用于槽钢的控冷方法，其特征在于，所述供水组件包括依次连接的储水池、水泵、增压泵、液体截止阀、液体调节阀、液体流量计和分水器，所述分水器的出水口与喷嘴连接。

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