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中厚板轧后控冷技术应用
中厚板轧后控冷技术应用
摘要：叙述了控制冷却技术对钢材组织性能的影响、控制方式、主要设备、工艺、技术应用，并提出了应用控冷技术应注意的几个问题。
关键词：中厚板；控制冷却技术；应用
中图分类号：TF713.2文献标识码：A文章编号：
引言：
生产中厚钢板的控制冷却技术(ACC)自20世纪80年代初在日本首次投入使用以来,由于它在控制产品的组织和性能,提高产品附加
值方面发挥了很大的作用,因而很快在世界范围内被推广应用。目前控制冷却技术已广泛应用于桥梁、建筑、结构、管道、压力容器用钢生产过程成为当代钢铁工业最重要的技术成就之一。
1.控制冷却技术对钢材性能的影响
控制冷却技术是控制轧后钢板的冷却速度从而达到控制钢板组
织性能的目的。控制冷却技术之所以受到重视并得到广泛应用推广,是因为它比经过再加热后的等轴奥氏体加速冷却能产生更大的强化
韧性效果,在进一步细化铁素体的同时使珠光体分布均匀,消除带状
珠光体,并且有可能形成细贝氏体组织。此外在控制冷却过程中阻止或延迟了碳化物过早析出,使其在铁素体中弥散,提高钢板强度而不
损害脆性转化温度。
2.控制冷却的主要方式
目前,中厚板控制冷却方式主要有压力喷射冷却、层流冷却、雾化冷却、喷淋冷却和直接淬火等。
2.1高压喷射冷却
水以一定压力从喷嘴喷出,水流连续呈紊流状态喷射到钢板表面。这种冷却方法穿透性好,一般在水汽膜比较厚的条件下采用。但是,这种冷却方式用水量大、水花飞溅严重、冷却不均匀、水质要求
高、喷嘴易被堵塞而且水的利用率较低。
2.2喷淋冷却
将水加压,由喷嘴喷出的水的流速超过连续喷流,水流破断后形
成的液滴冲击被冷却的钢板表面。这种喷嘴冷却能力强,冷却较为均匀,但是需要很高的水压,冷却能力的调节范围较窄,而且对水质要求高。
2.3层流冷却
水以较低压力从水口自然连续流出,形成平滑水流。水流流到钢板表面后在一段距离内仍保持平滑层流状态,可获得很强的冷却能力,冷却均匀。目前,钢板热轧后的层流冷却一般采用板层流(水幕冷却)和管层流(U形管层流)两种方式。前者用水量大、冷却效果强,但是不易控制和调节;后者对钢板的冷却比较缓和、均匀,冷却区较长。
3. 控冷设备
3.1水源设备。包括车间外高位水箱(容量为200m3)及配套的水泵、冷却塔、过滤器,车间内分流集水管，循环供水。
3.2流量控制装置。每根入水管上装有气动隔膜阀、电动流量调节阀、电磁流量计和手动检修阀,以精确调整各集管水流量。
3.3冷却装置14组上高密直集管装置（粗冷段10组，精冷段4组）、14组下高密喷管装置（粗冷段10组，精冷段4组），直接冷却区域：2500×14000mm。
3.4气动装置。用于对气动控制阀门提供动力,以及用于气吹扫的气源,包括储气罐、气动隔膜阀等。
3.5吹扫机构。在轧后控冷区的入口和出口处安装了压缩空气吹扫机构，以防止钢板表面残留水对钢板的不均冷却,并保证入、出口测温仪的测量精度。
3.6侧喷机构。在轧后控冷区内辊道两侧,装有6个中压水侧吹喷嘴,以打破冷却时钢板表面的蒸气膜,提高层流水的冷却能力,以及通过不同集管组数和侧喷机构的组合,实现不同的冷却工艺要求。
3.7边部遮挡机构。每组上集管均设置1套边部遮挡装置,其作用是使控冷系统对整个钢板横向提供均匀的冷却,防止钢板边部的过度冷却,保证钢板性能的均匀性和板形。
3.8电气仪表。包括红外测温仪、金属检测器、水压计和水温计。
4.轧后控冷工艺
4.1制定控冷工艺的依据
首先，应根据变形奥氏体组织状态、晶粒大小和变形奥氏体的连续冷却转变曲线，确定开冷温度、终冷温度及冷却速度，以保证获得所需要的组织状态。其次，选用的冷却器和水量、水压及流速要具有高效热交换能力，同时又需避免表面冷却过大而出现不希望的组织如表面淬火组织。第三，保证钢板冷却均匀，获得均匀的组织和较好的平直度。第四，适用范围较大，控制调节方便，以适应企业产品大纲的品种及规格。最后，工艺设计时应考虑环保节能、节省水量。
4.2主要控冷工艺参数制定
根据控制冷却设备调节和钢板的组织性能要求，进一步选择和设计控冷工艺参数。主要控冷工艺参数包括：开始冷却温度，冷却速度，各冷却器的水压及水量，控冷辊道速度及冷却时间，开启冷却器组数及组合方式，终冷(返红)温度。其中可控制调节参数包括：开冷温度(终轧温度)，水流密度(各冷却器流量)，上下冷却器水量比，辊道速度(冷却时间)，冷却器开启模式(开启组数、开启方式)。
工艺目标参数包括：钢板的冷却速度，钢板终冷温度，钢板的平直度，钢板纵向、横向及长度方向温度均匀性，钢板的屈服强度、抗拉强度、延伸率及冲击功等性能参数。
5.技术应用
5.1首钢中板厂
控冷方式为密集直管层流,共计28组集管冷却,每组集管由一个上集管和上个下喷管组成,最大流量为8000m3/h。为保证系统最大流量,配置了两个水箱起稳流、稳压和中间过渡作用。由计算机控制,
对横向冷却凸度、各组集管流量、阀门开闭时间、钢板通过速度等工艺参数进行设定并控制,较好地实现了钢板纵向、横向、厚度方向的均匀冷却。有关参数如下。
冷却速度:1.5~50℃/s
辊道间距:1.0m
上下水量比:1∶1.5~3
冷却水温度: ≤38℃
辊道速度:2.5m/s冷却方式:通过式
5.2济钢中板厂
济钢中板厂目前在1号矫直机后有一组水幕冷却装置,在2号冷床前有一组汽雾冷却装置,但由于四辊轧机轧制完成后到水幕冷却装置快速冷却有一段距离,在这段距离则发生晶粒的长大,影响钢板性
能的进一步提高。在四辊轧机后增设计算机自动控制的层流冷却装置,根据轧制品种和厚度规格情况实现从终轧温度开始到奥氏体向铁素
体开始转变温度Ar3范围的冷却。钢板到达汽雾冷却时,相变已经完成,形成了铁素体和珠光体,通过汽雾冷却使固溶在铁素体中的过饱
和碳化物在空冷中不断弥散,使其沉淀强化。通过计算机根据轧制品种规格情况统一控制轧前控冷和轧后控冷,可以精确控制奥氏体晶粒、相变及条件碳化物析出行为,最终可以达到超细晶的室温组织,
实现生产出屈服强度达到600 MPa级的超级钢的目标,并且为中板厂的新产品开发奠定了良好的基础。通过灵活调整三组轧后冷却装置,可以解决四辊双机架轧机年产量达到120万t时冷床面积严重不足的矛盾,改善产品外观质量和工作环境。
6.控制冷却技术在应用中需解决的几个问题
6.1长度方向上冷却的均匀性。钢板轧制过程中一般头部和尾部比中间部分的温度低。在采用恒速输送时,钢板的终止冷却温度从头至尾呈线性降低。为了保证长度方向上温度均匀性,进入控冷区之后应当采用加速轧制的速度制度,但是,速度制度和其他影响控冷因素
的机理复杂,其中有的还具有交叉性,从而造成对最终效果的影响。
6.2上下面冷却的对称性。由于水在上下表面的停留时间和流动状态不同,所以造成上下冷却的不均匀性。如果对此不加以控制,则会造成钢板的翘曲。因此,上下表面的冷却水量有一定的比例。一般下水量与上水量的比约为1.5~2.5,在生产现场中,一般只能凭经验得出上下水量的比例关系,但难于得出一定的函数关系式。
6.3终冷温度测温仪常安装在冷却区外10 m或更远处,检测滞后性大。在横向温度控制中,上水幕有遮蔽措施,下水幕一般没有遮蔽措施,下冷却水回落到钢板表面,给控制带来不利影响。
6.4钢板表面状态、钢板温度的均匀性、钢板的平直度以及冷却速度的合理与否等都会影响控冷的质量。
7．结语
通过控制轧制后钢材的冷却条件,可以控制板材的奥氏体的组织状态、相变温度和碳化物的析出行为,进一步细化铁素体和珠光体,
使组织更加均匀,消除带状珠光体,还可得到少量的细小的粒状贝氏体,从而在不降低板材韧性的同时,提高强度。
参考文献：
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