控制冷却几种方法及其发展

控制冷却几种方法及其发展

陈鑫

材料成型及控制工程12级学号1133010199

[摘要]:控制冷却作为一种实用而有效的技术日益受到人们的重视,本文分析了当前控制冷却方式的性能及适用范围, 对控制轧制和控制冷却的基础理论、概念、分类情况进行了介绍并对相应的控制技术做了简要介绍,.重点介绍层流冷却和水幕冷却及其控制系统存在的难点并指出今后控制冷却发展的主要趋势。掌握这些情况对于中厚板厂选择合适的冷却方式和控冷系统的改造有一定参考作用.

[关键词]:控制冷却;层流冷却;热轧钢筋;组织性能;控制轧制;中厚板;发展

（Material forming and control engineering）

Abstract: The control cooling, as a kind of practical and effective technology, is important. This article analyzed the cooling mode, equipments, application scope and introduced simply the corresponding control technology, then pointed out the leading trend in the future. he papergives an introduction to the basic theory and concept, classification of rolling control and cooling controlaswell as their application in rod and wire production.

Key words: controlled cooling,laminar cooling, hot rolled rebar, microstructure and property, rolling control cooling control, medium and heavy plate, development

前言控制轧制和控制冷却工艺是现代钢铁工业最大的技术成就之一,ASTM和JIS已经把这一工艺收入标准之中,命名为TMCP(Thermo- MechanicalControl Process)。所谓控制轧制和控制冷却技术,就是在一定的钢材化学成分的情况下,通过对轧制温度、压下量和轧后冷却过程参数的控制,可以细化钢材显微组织、显著改善和提高钢材的性能,获得具有良好综合性能的钢铁材料。控制冷却是控制轧后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的。由于热轧变形作用,促使变形奥氏体向铁素体转变温度的提高,相变后的铁素体晶粒容易长大,造成力学性能降低。为了细化铁素体晶粒,减少珠光体片层间距,阻止碳化物在高温下析出,以提高强化效果而采用控制冷却工艺。轧后快速冷却可使厚板强度提高而不减弱韧性,并因含碳量或合金元素的减少而改善可塑性和焊接性能。由于加速冷却对于晶粒细化和组织强化的作用对于一些钢材,控轧控冷可以取消常规轧制工艺的轧后再加热热处理工

艺,从而简化了生产工艺,提高生产效率,并且可以节约能源和昂贵的合金元素,具有很大的社会效益和经济效益控制冷却工艺在提高产品的力学性能的同时,还可以改善车间的工作条件,减少冷床面积。本文介绍了中厚板控制冷却技术的发展概况,并对各种冷却方式作分析、比较,对中厚板厂选择适合的控制冷却方式具有借鉴作用。控制冷却方式控制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—气喷雾法加速冷却、直接淬火等几种冷却方式。各种冷却方式都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确定。资料表明,近些年来,中厚板轧机轧后在线加速冷却方式大多数采用柱状层流冷却和水幕冷却方式,同时也相继采用了喷雾冷却(水—气喷雾)、高密度管层流冷和直接淬火制冷却.

1冷却方式

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。

1.1喷射冷却

喷射冷却的优点是穿透性好,可以喷射到需要冷却的部位。同时,通过改变喷嘴配置、喷嘴孔的尺寸、水压等可对喷射水量(冷却能力)进行控制。常采用的喷嘴有扇形喷嘴和带芯子的全圆锥喷嘴两种。当喷嘴孔小时,常发生堵塞。为防止喷孔堵塞,已开发了无芯子的全圆锥喷嘴及喷雾喷嘴。因其用同一喷嘴可控制的冷却能力范围较窄,只有通过调整水的压力来控制冷却能力。

1.2喷雾冷却

由于连铸的二次冷却带空间狭小,主要采用喷雾冷却。高速空气流使水滴与铸坯均匀接触,并能排除拉辊与铸坯间的滞留水,使铸坯的冷却不均得到改善。

层流冷却

由于层流冷却的虹吸管数量很多,排列又很密,钢板表面上的水层随时可以更新,并且沿输出辊道每隔一段距离设置一定数量的侧喷头,可将滞留钢板表面的水冲掉,所以层流冷却的冷却效果很好。两集管间距约为300～ 500 mm,因此钢板在横向上冷却不均匀。该层流冷却系统设备庞大复杂,难于维护,而且冷却区较长,导致控制滞后现象严重(约为秒级)。

1984年,日本专利报道了一种层流冷却装置,其喷嘴的流量可调,因而冷速可调。该装置对提高带钢的组织性能级别有很好的效果。不需添加或少添加合金元素即可达到提高钢板强度和韧性的目的,从而节省了合金元素,可用普通碳素钢代替某些低合金钢,有利于大幅度提高产品质量,得到优质、高韧性、低屈服强度比的钢板。

高密度管层流冷却是在普通管层流冷却的基础上对其进行改造,利用其结构简单,易于形成稳定的层流状态等优点,增加U形管的密度,并结合生产特点,对其在宽度方向上的排列方式进行调整,使其能对各种宽度的产品进行均匀冷却。由于其单根上集管密度增加,使冷却能力提高;通过增加侧喷装置和控制集管组数可以使钢板在各集管间形成自回火区,从而控制钢板的组织性能及表面质量;喷嘴采用直径大于10 mm的圆管,不易堵塞,便于维修和管理。通过对普通管层流、高密度管层流和水幕冷却进行比较得知,高密度管层流的冷却能力与水幕冷却相当,而其设备结构、设备维护及投资却比较低。

1.3水幕冷却