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对高速线材生产中控轧控冷的分析
高速线材厂焦银
摘要:阐述了控冷控轧的原理，分析了高速线材轧制中的加热温度控制、轧前水冷、精轧机内水冷、精轧机组后水冷、风冷线温控等参数的确定依据。

关键词:高速线材；加热温度；控轧控冷
ANALYSIS OF CONTROLLED ROLLING AND CONTROLLED COOLING IN HIGH一SPEED W1RE PRODUCTION Abstract:The principle of controlled rolling and controlled cooling is stated. It is analyzed how to determine the parameters in high--speed wire rolling such as heating temperature control water cooling before rolling water cooling in finishing rolling mill water cooling behind finishing rolling set and temperature control on wind cooling line. Keywords:high--speed wire production heating temperature control rolling and control cooling.
1.前言
自21世纪80年代以来，高速线材的轧制速度己突破100m/s,由于轧制速度的提高，导致轧件的温升增加，使终轧温度高于1000℃，线材成品表面的氧化铁皮增多、晶粒粗大、钢材的显微组织和机械性能极不均匀。

控制轧制中水冷和轧后的散卷冷却，以便得到组织性能良好的线材;保证轧件的轧制温度，控冷控轧就显得至关重要，因此，合适的控轧控冷参数是轧制生产线水平高低的重要标志之一。

2控轧控冷参数的确定
控制轧制分为以下几个阶段:加热温度控制，精轧前水冷控制，精轧后水冷控制，精轧机组间水冷控制，吐丝温度控制，风冷线的温度控制。

( 1)加热温度的控制。

目前，装备水平较高的高线生产厂己普遍采用了控制轧制技术，为了达到控轧的目的从钢坯出炉就开始控制温度，要求钢坯的加热温度低于常温轧制时的温度，这既能够保证最终产品的质量，同时又能降低钢坯表面的脱碳，节约燃料，降低钢材的生产成木。

青岛钢铁集团的高速线材生产线，其中碳素钢比例较大，加热炉选用步进梁式加热炉，其加热功能完全能满足各钢种的温度要求，经对比分析确定各钢种的开轧温度为:
碳素结构钢:940士20℃
高碳钢:950士20℃
合金结构钢:940士20℃
冷墩钢:940士20℃
焊条钢:940士20℃
弹簧钢:950士20℃
轴承钢:950士20℃
螺纹钢:950士20℃
同时要求钢坯出炉温度均匀，断面温差小于30℃，为缩小轧制过程中钢坯长度方向的温差，钢坯加热时，距头部和尾部2m范围内的温度应高于中间部分30℃。

（2）轧前水冷。

为了控制进入精轧机的轧件温度，在无扭精轧机组前增设水冷箱，降低轧件温度以达到控制轧制的目的。

通过控制水箱内水冷喷嘴的开启度和开启数量，轧件经过水冷箱温降可下降100- 150℃，然后经过一个温度恢复段，使轧件的芯表温度均匀，温差控制在士30℃左右，不影响下一道次的轧制。

青岛钢铁集团高速线材厂经过理论计算和对各高线厂的实际考察设计水冷参数如下：精轧前水箱长度(2组) ，4.7m和3.4m，恢复段长度6.415m和7.445m，正向水冷喷嘴水压500KPa，反向水冷喷嘴水压600 KPa。

( 3)精轧机组内水冷。

为了防止因精轧机组轧制速度高引起的轧件温升，在精轧机组的机架间增设了水冷装置;为了保证轧件的冷却均匀，水冷装置设在轧件圆到椭圆机架间;为达到水冷效果各
高线轧机生产厂家都增大了机组间距(900--1200mm ),其目的是经过机组间的水冷使轧件的温升得以控制，杜绝因轧制温度过高形成的轧件晶粒粗大面引起线材性能下降的缺点。

水冷管的水压应与水冷箱的一致J并同为一闭环温度控制系统，以达到操作简一、有效的目的。

( 4)精轧机组后的水冷。

精轧后水冷是为了控制合适的吐丝温度，控制线材的晶粒度和减少氧化铁皮层。

经过理论分析和实践表明，线材在900℃以下精轧时晶粒度较细，但没有水冷控制的轧制温度在1000℃以上，在此条件下晶粒非常容易发生再结晶和晶粒长大，所以在精轧机出口布置水冷箱，对热轧后的线材进行快速冷却能够阻止奥氏体晶粒长大并控制其晶粒度，从面改变成品线材的组织得到满足用户要求的产品。

线材在水冷段快速冷却到接近A3温度，可以得到细小的奥氏体晶粒，但同时水冷速度不能过快，否则温度降到600℃以下形成表面马氏体或贝氏体组织，线材的性能无法保证。

所以要严格控制水冷箱中水冷喷嘴的开启度。

为了使线材均温，冷却应是间断性的，以便于中心的热量向表面扩散。

根据D. Lews的理论，线材芯部与表面温差的恢复时间比接近1：4，即经过恢复段的时间约为经过水冷段时间的4倍，这就意味着恢复段的长度最少应为水冷长度的4倍以上。

但青岛钢铁集团高速线材厂因受场地条件的限制，很难提供充分的距离只能尽量让间距大些，所设计的精轧机后水冷参数为：水冷箱长度分别为4.7m和3.4m,恢复段长度4.99m和24.12m,水箱最大温降250℃。

（5）TMB轧机后的水冷
吐丝温度对钢材性能影响很大。

斯太尔摩控制冷却的生产经验表明，按照美国A1S1标准分类的低碳钢和中碳钢,在保持其它条件不变的前提下，吐丝温度越高，线材的抗拉强度越低，一般控制在870- 900℃。

为了保证线材性能均匀，一般要求将吐丝温度严格控制在规定范围内，允许波动一般约为士10℃
相变区的冷却速度决定了奥氏体的分解转变温度和时间，它对线材的最终组织形态起决定作用。

对于低碳钢线材主要是以铁素体组织为主，从铁碳相图中可看出，在723℃时，在a铁中碳按重量计算，最大溶解度为0.020﹪。

从终轧温度开始急冷将使碳过饱和地溶于铁素体中。

由于总的含碳量低于0.10﹪,几乎不可能形成珠光体。

过剩
的碳在铁素体中以二种形式存在，即间隙固溶体、在位错而沉淀和在铁素体中呈弥散沉淀。

后两种形式经常同时发生。

在这种情况下，在位错处引起碳从位错附近的铁素体中析出，从而泞致在区域中形成纯铁素体。

在很弱的冷变形时，由于碳在位错上沉淀时产生位错锚定作用，从而降低了拉拔效率，不利于拉拔，为了防止产生这种锚定作用，提高拉拔效率，要使碳在300℃左右迅速形成稳定碳化物，这样可以得到片状渗碳体沉淀组织。

低碳钢轧后快冷到700℃以下生成的氧化铁皮量大大减少，快冷之后空冷到400- 350℃,在之间保持一定时间约1- 2min'，形成稳定而均匀的片状渗碳体。

轧后山于快冷，生成的氧化铁皮以Feo为主。

Fe203只有在700℃以下慢冷时(冷却速度小于40℃/min)才产生。

因此线材在700- 400℃度区间不应采用缓冷，而应保持一定的冷却速度。

在散卷空冷条件下，冷却速度可以达到大于6℃/s。

线材温度低于400℃后采用慢冷。

终轧温度为1040- 1080℃的线材离开轧机后在水冷区立即被急冷到900- 1050，水冷时间控制在0.6s，水冷后温度较高目的是防止线材表而出现淬火组织。

在水冷区控制冷却的目的在于延迟晶粒长大，限制氧化铁皮形成并冷却到接近但又明显高于相变温度的温度。

现在的高速线材厂，一般再精轧机组后设置TMB模块，以提高产品的精度，可以生产帘线钢、胎圈钢丝、钢绞线等产品，在青岛钢铁集团高速线材厂的设计中，再TMB后面设置了第五个水箱，水箱长度3.4m，恢复段长度2.495m，冷却水压力500KPa。

控制终轧温度主要是控制奥氏体晶粒尺寸，一般终轧温度高时，晶粒大。

对于主要用于生产拉拔等用途的低碳软钢、碳素焊条钢等，要求得到低强度、高塑性的粗铁素体组织，终轧温度可相应提高到980-1050℃。

整个轧线的水冷应能通过闭环温度控制系统实现，该控制系统的温度精度要求士5℃，以达到实际轧件温度与理论温度的极度接近，最大限度地实现轧件的温度控制。

图1轧件通过水冷箱时表面和中心的冷却曲线
( 5)风冷线温控。

其目的是进行奥氏体相变控制，得到满足用户的要求的线材性能。

根据不同钢种采用延迟型或标准型冷却两种方式。

高速线材厂产品大纲中轴承钢对风冷线长度要求最严格，风
冷线应按轴承钢的冷却设计，风冷线长度与终轧速度之比应不小于1：1,轧线设计速度为l15m/s风冷线长度应在116 m左右。

具体设计参数为:运输机分为20段，保温罩27组、风机21台。

运输机速度:标准冷却速度为:0. 55- 1.5 m/s
延迟冷却速度为:0.05一0.33m/s.
运输机各段的速度可调以控制线圈间隔;同时可使线圈的搭接点改变，避免形成热点，提高线材冷却的均匀性。

通过全过程的轧制控制，能最大程度地满足用户对线材的质量要求。

3结语
控制冷却和控制轧制技术的发展己成为现代高速线材轧机必备的手段，所以在项目设计阶段应充分考虑产品特点，采用理论与实际相结合的方法，做出详尽的设计，确保水冷装置可靠使用，从面达到控制轧制的目的。

参考文献:
【1】崔忠圻钢铁热处理上海: 上海科技出版社1979
【2】李曼云钢的控制轧制和控制冷却技术手册北京冶金工业出版社1998 【3】乔德庸高速轧机线材生产冶金工业出版社1995
【4】周建男钢铁生产工艺装备新技术冶金工业出版社2004
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