热轧板带钢控冷-20110721-41页-bd

热轧板带材控制冷却装备的发展及应用 Prof.唐荻 北 京 科 技 大 学1.概述资源消耗尺寸精度组织性能板形表面质量生产效率经济效益控冷技术关乎冶金厂经济效益的五个层面。组织控制：1)奥氏体晶粒大小2)相变组织F / P/ B / MA / M2. 板带控冷装备的发展第三代第二代第一代1980s 2000s指标指标：冷却速度、冷却均匀性、可靠性国内控制冷却技术2. 板带控冷装备的发展 第一代 (1980s) 喷淋冷却 水流密度300l/minm2 压力 0.20-0.50MPa 倾斜喷射或垂直喷射。 特点： 设备及控制方式简单 钢板冷却速率低 相变强化效果不明显2. 板带控冷装备的发展 第二代 (1980s) 层流喷射冷却技术（Laminar jet）p日本住友金属 DAC （水幕冷却）p日本 JFE的 OLAC技术（普通柱状层流） 特点：p水流密度：p 380-700 l/minm2p压力p 0.06-0.15MPa2. 板带控冷装备的发展 第二代 (1990s) 改进型层流冷却技术(Modified laminar jet )p加密柱状层流技术pSMS-ACC 气 -水混合冷却pCLECIM公司的ADCO 特点：p水流密度：p600-1200 l/minm2p压力p水冷： 0.08-0.20MPap气雾： 0.50MPa2. 板带控冷装备的发展 第三代 (2000s) 新型强化冷却技术 （Intensive cooling） 代表：p D欧洲开发的 UFC（ Ultra Fast Cooling）p VAI的 MULPIC技术p JFE公司的 Super OLACp NSC的 IC(Intensive Cooling)技术p POSCO的 HDC（ High Density Cooling） 特点：p 水流密度：p 1760-3600 l/minm2p 压力p 0.40-0.80MPap 喷射方式p 直喷p 斜喷p 直喷 /斜喷组合2. 板带控冷装备的发展Laminar CoolingConventional Accelerated CoolingSpray CoolingMist Cooling3G Cooling DeviceSmall LargeCooling rate K/SThermal DistortionNon-uniformity in MicrostructureGood SmallBad LargeReliabilityTemperature Deviation Theoreiticallimit2. 板带控冷装备的发展 带钢新型 强化冷却装置强化冷却设备 Carlam 超快冷设备 国内控制冷却技术u 1989年前，部分厂家采用普通集管层流或喷淋冷却。u 1989年，北京科技大学和钢铁研究总院与重钢五厂联合研制了国内首套 水幕冷却装置 。到 2005年为止，国内再也没有新建一套水幕冷却装置，早前建设的水幕层流冷却装置逐渐被淘汰。u 1999年，鞍山钢铁公司与北京科技大学联合开发了新型 加密柱状层流冷却技术及装备。上集管采用高密度 U形集管形式，下集管采用直喷管形式，可实现在线加速冷却。u 2009年以来，国内先后开发了 超密度冲击射流冷却技术 SUPIC（Super Intensive Impinging Cooling - SUPIC）和 ADCOS-PM。国内控制冷却技术 喷淋冷却201020001970 1980 1990水幕层流普通层流加密层流2020冷速均匀性喷射强化冷却集管层流长久的生命力是一个有趣的现象，也值得我们冶金工作者思考。3. 新型控制冷却装备的技术特征 传统冷却装置的缺点 冷却速率低 冷却策略缺乏 工艺适应性不强 新型控冷装备特征 多功能特征 高冷却速率 均匀冷却及板形控制Laminar CoolingConventional Accelerated CoolingSpray CoolingMist Cooling3G Cooling DeviceSmall LargeCooling rate K/SThermal DistortionNon-uniformity in MicrostructureGood SmallBad LargeReliabilityTemperature Deviation Theoreiticallimit3.1 多功能特征 适应连续快冷、连续快冷 +适中冷却、两段冷却、后段快冷等要求强冷段 粗冷段 强冷段 精冷段强冷段 粗冷段 精冷段 强冷段3.1 多功能特征 基本功能 加速冷却 AC(Accelerated Cooling)、 间断淬火 IDQ(Interrupt Direct Quenching)、 分段冷却 (DC-Dual stage Cooling)、 直接淬火 DQ ( Direct Quenching)、 直接淬火碳分配 DQP (Direct Quenching & Partitioning)等功能 在适应普碳钢、低碳钢生产的同时，还能用于生产热轧双相钢、 TRIP钢、贝氏体钢、马氏体钢、复相钢等高强度钢。3.2 高冷却速率 增加水流密度 提高流量，能够提高对流换热系数。 增加喷水压力 射流冲击区钢板表面流动边界层和热边界层大为减薄，大大提高了热质传递效率。其换热能力与射流速度以及冲击压力密切相关。 水流密度 l/min.m2： 喷淋冷却： 300 普通层流： 300-600 水幕层流： 430-900 加密层流： 600-1200 高密射流： 750-2200 缝隙射流： Max.3600 气雾冷却：？ 喷水压力 MPa： 层流： 0.06-0.15 射流： 0.25-0.803.2 高冷却速率 改变水流分布 水喷射的驻点附近是核沸腾冷却区，增加直接喷射点和冲击区面积，减少过渡冷却区和沸腾冷却区面积，可以提高换热效率。 改变流动状态 以一定的角度将高流量水喷射到板面，依靠帖服钢板表面高速水流冲刷，抑制蒸汽膜的形成和驻留，有效增加核沸腾冷却区面积。 普通层流 水幕层流 加密层流 超密层流3.2 高冷却速率 中薄板冷却速率3.2 高冷却速率 中厚板冷却速率3.3 均匀冷却及板形控制温度温度高强钢高强钢应力应力相变相变123456钢卷冷却轧后层流冷却3.3 均匀冷却及板形控制 Q3454mm X8017.5mm3.3 均匀冷却及板形控制 边部遮蔽技术 头尾避让技术无张力时带头带尾跑偏边部遮蔽不均3.3 均匀冷却及板形控制 对称冷却技术 (厚向 ) 约束分水技术HT00.50.54. 新控冷装备应用 国内开发的 SUPIC技术、 ADCOS-PM技术 SUPIC-L ： 冷却速度比常规加密层流提高 30%， 20mm厚度冷却速率能够达到 42 /s 开发 DQT型高强度钢 Q550-Q800和高强容器板 N610E SUPIC-H： 冷却速度达到 62 /s。4. 新控冷装备应用 SUPIC-L重钢 1780mm热轧带钢强化冷却装置 不同冷却系统的带钢冷却速率对比 4. 新控冷装备应用力学性能 低冷却速率 中间冷却速率 高冷却速率屈服强度 /MPa 421 455 483抗拉强度 /MPa 504 552 573伸长率 / % 26 26 23冲击功 /J 21 121 108 1224 116 102 120-7 77 94 91-18 83 86 88-29 37 49 80低碳 Nb-V钢在不同的冷却速度和终冷温度条件下，屈服强度提高约 60-70MPa， 伸长率略有下降，低温冲击性能改善。4. 新控冷装备应用 POSCO对低碳钢进行超快冷后，抗拉强度大幅度提高。Rm提高 42MPa 到 484MPa Rm提高 73MPa 到 515MPaHDC模式 1 HDC模式 2HDC High Density Cooling 常 规 工 艺 ： Rm= 442MPaPFAFPF5. 值得思考的几个问题 5.1 冷却速度问题 5.2 运行可靠性问题 5.3 效益与成本问题5.1 冷却速度问题 控制冷却提高强度的途径： 改变组织类型 细化晶粒 ：在组织类型一样的条件下，减小铁素体晶粒直径、珠光体片层间距、贝氏体板宽度等 。常规工艺UFC工艺5.1 冷却速度问题 C-Mn钢 冷却速率 1000Cs-1，冷却前停留时间接近 0s，晶粒尺寸在 1-2m，停留时间 0.5 s，相变后晶粒尺寸约 3m。 带钢和中厚板生产中，