CN102248012B - 用于线材热轧过程的冷却装置和冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线材热轧过程的冷却装置和冷却方法，冷却装置包括第一雾冷却装置、第二雾化冷却装置和风机冷却装置，冷却方法包括两次雾化冷却和一次风机冷却，在冷却过程中，精确控制雾化冷却的强度和冷却速度，从而提高线材的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷却装置和冷却方法，具体涉及一种用于线材热轧过程的冷却装置和冷却方法。
背景技术
控制冷却对线材的组织、力学性能有着重要影响。线材是金属制品的原料，需要进行拉拔等深度加工，这就要求线材具有一定的拉拔强度和较好的延伸性能。
由于热轧变形的作用，促使变形奥氏体向铁素体转变温度Ar3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，减小珠光体片层间距，阻止碳化物在高温下析出，以提高析出强化效果而采用控制冷却工艺。在上世纪中叶，线材控制冷却技术Loopro法的发明，使人们对钢线材的金相组织、力学性能的研究奠定了基础。生产实践表明，通过控制线材的终轧温度和冷却速度，可得到理想的金相组织和力学性能。
随着线材生产速度的提高，控制冷却已成为线材生产的重要组成部分，各种新的控冷方法不断出现。控制冷却主要通过两个方面来实现：一是控制线材结水冷后的吐丝温度，二是控制线材在风冷辊道上的冷却速度。但现有技术中的冷却方式存在冷却速度慢，能源消耗大，得到的产品质量差等问题。
发明内容
本发明提供一种用于线材热轧过程的冷却装置和冷却方法，可以使高温线材在冷却过程中，快速降温至室温，且降温幅度比较大，提高金相组织的级别，增加线材的综合性能。
一种用于线材热轧过程的冷却装置：包括第一雾化冷却装置、第二雾化冷却装置和风机冷却装置。
其中所述第一雾化冷却装置和第二雾化冷却装置均包括喷淋杆、雾化冷却喷嘴、流量控制器、供水装置、供气装置、多级离心泵、电机、测温仪、控制PLC(可编程逻辑控制器)；所述雾化冷却喷嘴包括水腔、气腔、水气混合腔、喷头、进水管、进气管，所述气腔位于水气混合腔正下方，通过第一通孔连通，所述水腔位于水气混合腔侧面，通过第二通孔连通；喷头与水气混合腔通过第三通孔连接；所述雾化冷却喷嘴通过进水管与供水装置连接；所述雾化冷却喷嘴通过进气管与供气装置连接；所述流量控制器用于调节喷嘴喷出的水雾的流量、速度和角度；所述测温仪用于测量冷却过程中线材的温度；所述控制器和测温仪连接控制PLC，测温仪将测量的温度输入至控制PLC中，控制PLC将测量结果返回至流量控制器，用于调节从喷嘴喷出的水雾的流量、速度和角度。
其中测温仪优选使用红外测温仪。
本发明还提供一种采用上述冷却装置对热轧过程的线材进行冷却的方法。
热轧过程中线材的冷却方法包括：一级雾化冷却、二级雾化冷却和风机冷却。
其具体操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为100-1000mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为20-50°，冷却喷嘴的喷射水压为5-20MPa，喷射的水流量为400-800升/小时，压缩气体流量为1.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在2-40℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为200-1100mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-70°，冷却喷嘴的喷射水压为10-30MPa，喷射的水流量为500-900升/小时，压缩气体流量为1.5-3.0升/分钟，线材的冷却速度在1-30℃/秒；
(3)采用风机冷却装置对线材进行吹气冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在1-10℃/秒。
作为优选方案：
对热轧过程中线材进行冷却时，其具体操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却时，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为200-800mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为25-45°，冷却喷嘴的喷射水压为5-15MPa，喷射的水流量为450-750升/小时，压缩气体流量为1.5-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在5-30℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却时，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为250-900mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-65°，冷却喷嘴的喷射水压为10-25MPa，喷射的水流量为550-750升/小时，压缩气体流量为1.5-2.5升/分钟，线材的冷却速度在5-25℃/秒；线材经过两级雾处冷却后，温度降至685℃-700℃之间，得到具有细小硬化奥氏体晶粒的金相组织；
(3)采用风机冷却装置对线材进行风机冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在2-8℃/秒；线材经风机冷却后，得到具有铁素体和珠光体的金相组织。
作为进一步优选方案：
对热轧过程中线材进行冷却时，其具体操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却时，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为500-600mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为30-40°，冷却喷嘴的喷射水压为10-15MPa，喷射的水流量为450-550升/小时，压缩气体流量为2.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在15-25℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却时，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为450-650mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-60°，冷却喷嘴的喷射水压为15-20MPa，喷射的水流量为550-650升/小时，压缩气体流量为2.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度在15-25℃/秒；线材经过两级雾处冷却后，温度降至685℃-695℃之间，得到具有细小硬化奥氏体晶粒的金相组织；
(3)采用风机冷却装置对线材进行风机冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在2-5℃/秒；线材经风机冷却后，得到具有铁素体和珠光体的金相组织。
采用本发明的冷却装置和冷却方法，有利于在线材表面形成较好的氧化膜，保证线材表面的质量，减少氧化皮缺陷的发生，同时，得到具有良好铁素体和珠光体组织的线材，保证了线材的综合性能。
由于线材在再结晶区的连轧过程中可以使奥氏体变形，造成极细的、强烈的硬化，形成大量有缺陷的奥氏体晶粒。对上述奥氏体施以高速冷却的强化冷却，在极短的时间内将线材冷却到相变温度附近，可抑制奥氏体晶粒长大，尽快保持奥氏体的硬化状态，使温度处于相变点附近的硬化奥氏体晶粒在适当的空气冷却条件下，从容地转变为适度晶粒大小的铁素体。
本发明的冷却设备和冷却工艺，利用轧后余热直接进行热处理，通过各种工艺参数的控制，可以大幅提高线材的强度，以及综合性能，是一种集节约能源，减少工序，节约合金元素和降低成本的先进控制工艺。
附图说明
图1是本发明冷却装置的结构示意图；
图2是本发明雾化冷却装置的结构示意图；
图3是本发明雾化冷却喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图和实施例详细描述本发明的实施方式。
如图1所示：
线材热轧过程的冷却装置包括第一雾化冷却装置1、第二雾化冷却装置2和风机冷却装置3，第一雾化冷却装置和第二雾化冷却装置安装在生产线4的上方，可以倾斜设置，也可以水平设置，风机冷却装置安装在生产线下方，且位于第一、第二雾化冷却装置之后。线材6热轧后，由生产线向前行进，依次经过第一雾化冷却装置、第二雾化冷却装置、风机冷却装置。喷淋杆上安装有结构相同的雾化冷却喷嘴7，雾化冷却喷嘴向热轧后的线材喷射水雾5，从而达到快速降温的目的。
如图2所示：
第一雾化冷却装置和第二雾化冷却装置结构相同，均包括雾化冷却喷嘴7，喷淋杆8，流量控制器9，供水装置10，供气装置11，多级离心泵12，电机13，控制PLC14，测温仪15。其中流量控制器用于调节喷嘴喷出的水雾的流量、速度和角度；测温仪用于测量冷却过程中线材的温度；流量控制器和测温仪连接控制PLC，测温仪将测量的线材的温度输入至控制PLC，控制PLC将测量结果返回至流量控制器，用于调节从喷嘴喷出的水雾的流量、速度和角度。其中测温仪选用红外测温仪。
如图3所示：
雾化冷却喷嘴包括水腔16，气腔17，水气混合腔18，进水管19，进气管20，喷头23，其中气腔位于水气混合腔正下方，通过第一通孔21连接，水腔位于水气混合腔侧面，通过第二通孔22连接，喷头与水气混合腔通过第三通孔24连接，雾化冷却喷嘴通过进水管与供水装置连接，雾化冷却喷嘴通过供气管与供气装置连接。
实施例1：
使用上述的冷却装置对线材进行冷却处理的操作步骤为：其操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却，喷淋杆至线材的垂直距离为100-1000mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为20-50°，冷却喷嘴的喷射水压为5-20MPa，喷射的水流量为400-800升/小时，压缩气体流量为1.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在2-40℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却，喷淋杆至线材的垂直距离为200-1100mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-70°，冷却喷嘴的喷射水压为10-30MPa，喷射的水流量为500-900升/小时，压缩气体流量为1.5-3.0升/分钟，线材的冷却速度在1-30℃/秒；
(3)采用风机冷却装置对线材进行吹气冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在1-10℃/秒。
经过三步冷却处理得到的线材，与普通水冷处理的线材相比较，其抗拉强度相对于普通水冷时得到的线材塑性提高5％，抗拉强度得到5％，强度提高4％。
实施例2：
使用上述的冷却装置对线材进行冷却处理的操作步骤为：其操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却，喷淋杆至线材的垂直距离为200-800mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为25-45°，冷却喷嘴的喷射水压为5-15MPa，喷射的水流量为450-750升/小时，压缩气体流量为1.5-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在5-30℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却，喷淋杆至线材的垂直距离为250-900mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-65°，冷却喷嘴的喷射水压为10-25MPa，喷射的水流量为550-750升/小时，压缩气体流量为1.5-2.5升/分钟，线材的冷却速度在5-25℃/秒；
(3)采用风机冷却装置对线材进行吹气冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在2-8℃/秒。
经过三步冷却处理得到的线材，与普通水冷处理的线材相比较，其抗拉强度相对于普通水冷时得到的线材塑性提高6％，抗拉强度得到7％，强度提高4％。
实施例3：
使用上述的冷却装置对线材进行冷却处理的操作步骤为：其操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却，喷淋杆至线材的垂直距离为500-600mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为30-40°，冷却喷嘴的喷射水压为10-15MPa，喷射的水流量为450-550升/小时，压缩气体流量为2.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在15-25℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却，喷淋杆至线材的垂直距离为450-650mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-60°，冷却喷嘴的喷射水压为15-20MPa，喷射的水流量为550-650升/小时，压缩气体流量为2.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度在15-25℃/秒；
(3)采用风机冷却装置对线材进行吹气冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在2-5℃/秒，最好选为3℃/秒。
经过三步冷却处理得到的线材，与普通水冷处理的线材相比较，其抗拉强度相对于普通水冷时得到的线材塑性提高8％，抗拉强度得到7％，强度提高5％。
现有技术中对线材处理时，一般得到的组织晶粒大小不均匀，且比较粗大，而对上述三个实施例得到的线材组织进行分析，得到的铁素体晶粒较为均匀、晶粒尺寸较小，从实验结果看出，线材的塑性、抗拉强度均得到了提高，而该发明中的冷却设备和冷却工艺适用性强，不但可用于线材，同样也可以用于板材等钢铁产品，使用时耗水量减少30％左右，为钢铁厂的稳定生产、降低成本、提高产品竞争力做出了极大的改善。
Claims (3)
1.一种用于线材热轧过程的冷却方法，其采用的冷却装置包括：第一雾化冷却装置、第二雾化冷却装置和风机冷却装置，所述第一雾化冷却装置和第二雾化冷却装置均包括雾化冷却喷嘴、喷淋杆、流量控制器、供水装置、供气装置、多级离心泵、电机、控制PLC、测温仪；其中所述雾化冷却喷嘴包括水腔、气腔、水气混合腔、进水管、进气管、喷头，所述气腔位于水气混合腔正下方，通过第一通孔连通；所述水腔位于水气混合腔侧面，通过第二通孔连通；喷头与水气混合腔通过第三通孔连接；所述雾化冷却喷嘴通过进水管与供水装置连接；所述雾化冷却喷嘴通过进气管与供气装置连接；所述流量控制器用于调节喷嘴喷出的水雾的流量、速度和角度；所述测温仪用于测量冷却过程中线材的温度；所述流量控制器和测温仪连接控制PLC，测温仪将测量的温度输入至控制PLC中，控制PLC将测量结果返回至流量控制器，用于调节从喷嘴喷出的水雾的流量、速度和角度；
其操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为100-1000mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为20-50°，冷却喷嘴的喷射水压为5-20MPa，喷射的水流量为400-800升/小时，压缩气体流量为1.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在2-40℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为200-1100mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-70°，冷却喷嘴的喷射水压为10-30MPa，喷射的水流量为500-900升/小时，压缩气体流量为1.5-3.0升/分钟，线材的冷却速度在1-30℃/秒；
(3)采用风机冷却装置对线材进行吹气冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在1-10℃/秒。
2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于：其操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为200-800mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为25-45°，冷却喷嘴的喷射水压为5-15MPa，喷射的水流量为450-750升/小时，压缩气体流量为1.5-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在5-30℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为250-900mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-65°，冷却喷嘴的喷射水压为10-25MPa，喷射的水流量为550-750升/小时，压缩气体流量为1.5-2.5升/分钟，线材的冷却速度在5-25℃/秒；
(3)采用风机冷却装置对线材进行吹气冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在2-8℃/秒。
3.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于：其操作步骤为：
(1)采用第一雾化冷却装置对线材进行第一次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为500-600mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为30-40°，冷却喷嘴的喷射水压为10-15MPa，喷射的水流量为450-550升/小时，压缩气体流量为2.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度控制在15-25℃/秒；
(2)采用第二雾化冷却装置对线材进行第二次雾化冷却，雾化冷却喷嘴至线材的垂直距离为450-650mm，喷淋杆上的喷嘴射出的水雾与线材前进方向的夹角为50-60°，冷却喷嘴的喷射水压为15-20MPa，喷射的水流量为550-650升/小时，压缩气体流量为2.0-2.5升/分钟，线材的冷却速度在15-25℃/秒；
(3)采用风机冷却装置对线材进行吹气冷却，冷却风机设置在线材下方，从下方向上方吹入冷却空气，控制风机的风速，使线材的冷却速度控制在2-5℃/秒。
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| GR01 | Patent grant |