轧钢控制冷却工艺

对控制冷却的认识及其应用

李子鹏

(冶金学院10轧2班07)

摘要：轧钢过程中除了控制轧制外，控制冷却也是非常重要的环节。尤其在中厚板的生产过程中，控制冷却技术充分发挥了不可替代的作用。控制冷却也应用到了实际生产的诸多方面。

关键词：控制冷却；中厚板；性能

1 引言

控冷技术已在我国的生产线上得到成功应用，宝钢2050mm(德国引进)和1580 mm(日本引进)轧制生产线上采用柱状层流冷却方式后,设备运行稳定,卷取温度控制精度提高;武汉钢铁集团公司(简称武钢)1700mm轧机的层流冷却装置是80年代从日本引进的,武钢将控冷模型改进移植到新一代计算机中,不仅得到了本厂的实践验证,而且在太原钢铁(集团)有限公司(简称太钢)和梅山钢铁公司得到推广。

2 控制冷却的特点

冷却方式概括起来主要有压力喷射冷却、层流冷却、水幕冷却、雾化冷却、喷淋冷却、板湍流冷却、水-气喷雾加速冷却以及直接淬火等几种。各种冷却方式有其各自的优点和缺点。采用哪种冷却方式应根据具体工艺环境和限定条件来确定[1]。

3 中厚板生产中的控制冷却

3.1我国中厚板控制冷却的现状

随着欧洲和日本80年代研制应用水幕的热潮，我国也紧随其后。1985年,在鞍山钢铁集团有限公司(简称鞍钢)半连轧厂建成了国内第1套水幕冷却装置。但由于此套装置的冷却区长度不足,冷却能力不够,冷却不均匀,达不到产品质量的要求,因此,该厂在1995年的改造过程中将水幕装置改为柱状层流装置。90年代,重庆钢铁公司第五钢铁厂(简称重钢五厂)的中厚板生产线采用了控制轧制+可控的水幕冷却装置,邯郸钢铁集团有限公司(简称邯钢)、柳州钢铁厂(简称柳钢)和新余钢铁有限责任公司(简称新余钢厂)等也装备了水幕冷却装置,但都未能正常使用。近几年,酒泉钢铁集团有限公司(简称酒钢)的气雾冷却、济南钢铁集团有限公司(简称济钢)的水幕冷却以及鞍钢的高密集管层流冷却等都应用成功,实现了应有的经济效益,而且目前首都钢铁集团有限公司(简称首钢)、南京钢铁股份有限公司(简称南钢)中板厂正在进行的改造项目中,都引进了控轧控冷技术。

3.2钢板长度方向上的均匀冷却

为使钢板长度方向冷却均匀,在板长允许的条件下,应采用同时冷却方式。如果钢板长度接近或大于冷却装置长度,就应采用连续冷却方式。采用同时冷却方式时,如果冲击区纵向间距较大,应选用较高的摆动速度,反之则改用较低的摆动速度。采用连续冷却方式时,为了沿钢板长度方向获得一致的终冷温度,并尽量减小板长方向开始冷却的温差,可以选择如下措施:进入控冷区后,钢板以匀加速运动方式通过冷却装置,使钢板在整个长度方向上冷却的终止温度均匀;使钢板以匀速运动方式通过冷却装置,但要逐渐减少冷却装置的喷水量。由于冷却水量的调节对钢板温度变化非常敏感,一般不易采用这种控制方式;由于钢板头部和尾部的温度低于板身温度,可以根据钢板的位置,对头部和尾部对应的区段采取减少水量或遮蔽措施;也可以根据钢板头尾位置使相应冷却段延迟开启或超前关闭,使头尾部的终冷温度和其它部位一致;为了克服冷却区之外的附加冷却,可在冷却装置的入口和出口端设置截水辊或吹扫机构[2]。

3.3钢板厚度方向上的均匀冷却

钢板厚度方向的均匀冷却包括两层含义:一是指钢板表面与其心部的冷却均匀;二是指钢板上、下表面的冷却均匀。前者用温度梯度来衡量,后者用温度对称程度描述。钢板冷却后的温度梯度是由冷却速度和板厚决定的,为使其控制在一定范围内,应根据钢板的材质、厚度以及对产品性能的要求选择适宜的冷却速度,并在冷却过程中适时调低冷却速度,这既可以缩小断面温度差,又有利于减小钢板变形。由于水在钢板上、下表面的停留时间和流动状态不同,所以造成钢板上、下表面冷却的不均匀性。如:冷却水以加速运动方式冲击钢板上表面,而以减速运动方式冲击钢板下表面。冲击钢板表面后,冷却水在其上下表面的流动状态又有很大差别,上表面冷却水产生的二次冷却效果远大于下表面。因此,对于上、下表面的冷却水量应当分段进行控制,设计时上、下冷却系统采用不同的水量(一般上水量与下水量之比约为1.5～2.5),可在线调整这一流量比。

3.4控制冷却对钢材性能的影响

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[3]。

3.5关于冷却方式

高温钢板经过空冷阶段进入水冷区,开始接触冷却水时,瞬间表面温度急剧下降,在厚度方向产生较大温度梯度,随着冷却的继续,温度梯度逐渐减小。有资料表明,钢板愈厚,愈要降低冷却速率才能使钢板端面温度梯度变小,增大钢板的淬透性,减小钢板表面和中心部硬度差。对不同厚度、材质的钢板,要达到理想的冷却

速率,必须要求冷却装置能够提供可变的喷水强度。因此冷却系统可设置以下三种可选冷却方式:(1)连续冷却方式:执行此方式时,工作集管呈连续分布状态,流量均匀分布;(2)连续冷却方式:执行此方式时,工作集管呈连续分布状态,但集管流量分布不均匀;(3)间断冷却:执行此方式时,根据冷却规程要求,集管进行分段喷水,各段集管流量可以不相同[4]。

3.6控制冷却所得粒状贝氏体的长大机制

贝氏体转变机制的研究一直是固态相变中争论的热点问题,存在扩散型相变、切变型相变及类平衡切变长大3种不同的相变学说。本文通过对微合金化低碳贝氏体型非调质钢控制冷却后所得粒状贝氏体的TEM显微组织形貌观察,探讨低碳贝氏体非调质粒状贝氏体的长大机制。粒状贝氏体中板条状的铁素体亚单元清晰可见,长条状铁素体与母相具有平直边界,这表明它可能属于共格或部分共格界面。片条状铁素体通常不跨越母相奥氏体晶界。由于晶界两侧奥氏体的晶体学位向关系不同,铁素体不可能与两侧奥氏体同时保持共格关系,长大必然在晶界处停止,故易于显示母相晶界。观察发现,粒状贝氏体铁素体与奥氏体间近似K-S 关系,从而奥氏体的(111)面自然就成为铁素体的宽面或惯习面。在与岛状组织相接触的铁素体宽面上可观察到小台阶,台阶宽面与惯习面平行,铁素体靠台阶阶面上存在的部分非共格界面的侧向迁移进行长大。

4.结束语

控制冷却技术是一个多影响因素并存的复杂过程。为了更有效地指导生产,增加效益,有必要进行更深入的研究,从而更充分地挖掘钢材的潜力,大幅度提高钢材的综合性能。

参考文献：

[1] 蔡晓晖.控制冷却方式和设备的发展.

[2] 魏士政.中厚板控制冷却技术.

[3] 孙决定.控制冷却技术在中厚板生产中的应用.

[4] 魏士政.控制冷却技术在实际生产中的应用.