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精品文档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：250014000mm。 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:1.550/s 辊道间距:1.0m 上下水量比:11.53 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1.52.5,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