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CN116037645A - 一种热轧直条长材轧后控制冷却方法 - Google Patents

一种热轧直条长材轧后控制冷却方法 Download PDF

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CN116037645A CN202211474059.5A CN202211474059A CN116037645A CN 116037645 A CN116037645 A CN 116037645A CN 202211474059 A CN202211474059 A CN 202211474059A CN 116037645 A CN116037645 A CN 116037645A
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余伟
李泽超
张希良
陈雨来
程磊
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陈凯
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Abstract

本发明涉及一种热态直条长材的控制冷却方法，属于金属材料加工领域。热态直条长材经过输送辊道进入冷床，在冷床长度方向分段布置风机，风机出口高速空气自上而下对输送辊道及冷床一定宽度区域上的直条长材进行强制冷却，直条长材在冷床上输送时做前进运动和转动，通过调整各风机的输出风速或风量控制热态直条长材全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制直条长材的冷却速度和风冷终止温度。本发明有利于热态直条长材的均匀、快速冷却，得到均匀细小的理想组织，提升长材的力学性能，降低钢材带状组织级别，降低中高碳钢的脱碳层厚度。

Description

一种热轧直条长材轧后控制冷却方法
技术领域
本发明属于材料加工工程技术，是一种热轧直条长材的轧后控制冷却方法，具体涉及直条长材在轧后冷床上输送过程风冷的方法。
背景技术
目前，棒材轧后冷却方式主要为穿水冷却，即成品轧件从精轧机轧出后立即穿过水冷装置进行强行冷却，通过强烈冷却控制变形奥氏体的组织状态，通常有套管式和紊流管式两种形式。使用穿水冷却作为轧后冷却方式主要有以下四点不足：
1)在水冷过程中，由于冷却水与轧件接触时反应非常剧烈，导致轧件表面冷却速率过大，棒材径向方向形成较大的温度梯度，造成表面与芯部冷却不均匀。
2)棒材在轧后穿水冷却的过程中表面冷速过大，冷却后易出现回火马氏体和氧化铁皮，组织性能不稳定，影响棒材的实际使用。
3)热轧棒材多要求近平衡态的金相组织，主要为铁素体加珠光体，且无有害的表面缺陷。如热轧钢筋作为建筑用钢，要求具有优良的冷弯加工性能以及明显的屈服点，但是水冷过程中会产生贝氏体等组织，使棒材韧性下降且屈服点消失。
4)水冷时对水压要求较高，需要提供足够的功率增强水压，生产成本提高。
目前，以斯太尔摩工艺为代表的强制风冷工艺已在线材生产中得到了成熟的应用。在棒材的生产中，通过强制风冷工艺，可有效解决冷却不均匀且冷却过程不易控制的问题。
中国专利CN206351176U设计的一种用于热轧高强度钢筋的分段阶梯型冷却装置，包括两个冷却区即分段阶梯型冷却区和快冷区，钢筋依次穿过分段阶梯型冷却区和快冷区同时由配套集成系统来进行各个工艺参数的调节和控制。优点在于，达到改善表面氧化铁皮的形貌、结构和完整性，实现在销售周期内延缓生锈和改善显微组织结构的目标。虽然达到了控制冷却的目的，但因仍然使用水冷，产品表面容易产生异常组织，影响最终的产品性能。
中国专利CN211538997U设计出一种热轧螺纹钢筋剪切区用冷却装置，通过进水口及压缩空气进口分别为上、下进水管及上、下进气管输入冷却水及压缩空气，冷却水和压缩空气在上、下雾化喷嘴内混合形成雾化水，并分别从上、下雾化喷嘴中喷出，对从上、下喷嘴框梁之间通过的待剪切螺纹钢筋进行冷却。通过气水分别控制，气水混合效果好、调节范围大，冷却强度大于纯水喷嘴，冷却机理优于纯水冷却。但是这种方法无法有效控制螺纹钢筋的冷却速度和终冷温度，有一定的局限性。
中国发明专利申请CN103191936A提出的一种包括导入口、导入口固定座、穿钢冷风管、导出口、导出口固定座、进风管的轧制钢筋在线冷控装置，其布置位置在轧线输送辊道，冷却介质是压缩空气，通过特殊设计空气喷头在输送辊道上对钢材进行强制冷却却。以及中国实用新型专利CN211707731U设计出一种棒线材轧制用缓冷装置，都使用了风冷的冷却方法。后者包括横梁和钢筋，横梁上端设置有风冷喷嘴和导管，轧制后的钢筋从风冷喷嘴的左端依次穿过，通过设置多个风冷喷嘴，钢筋在风冷喷嘴的作用下实现了风冷降温，加速了热量的散失，用水量少，节能环保，又强化了冷却效果，很好的保证了冷却质量，具有良好的经济效益和社会效益。但是这两种装置都无法同时对多根钢筋进行冷却，不适合钢筋的大规模生产，影响生产效率。
中国实用新型专利申请CN211060461U，设计出一种包括底板的内部套接有曲面铜管的钢筋风冷运转设备，通过设置的U形铜管与曲面铜管的叠加以及多层风扇结构，能够在使用过程中提供更快的散热效果，并且风扇设置于内侧，通过三层风扇的设计，在散热速度更快的情况下能够降低一定的转速，进一步降低了风扇的噪音产生，在实际使用过程中，能实现工作状态下人耳无法听见风扇的工作，具备一定的有益效果。该专利申请不涉及对钢筋的冷却方法和冷却效果。
本发明设计出一种热轧直条长材轧后控制冷却方法，直条长材在通过轧机后到达输送辊道，采用风机风口由上而下对输送辊道及冷床一定区域上的直条长材进行强制风冷。直条长材在冷床上输送过程中发生前进和旋转运动，通过强制风冷调控棒材的冷却速度和终冷温度，得到均匀适宜的组织，从而改善棒材的综合性能，降低生产成本，实现热轧直条长材轧后的均匀、快速冷却。
发明内容
本发明提供一种热态直条长材的控制冷却方法，目的在于使热态直条长材快速、均匀冷却，细化晶粒，得到组织均匀、性能优异的产品的同时，降低生产成本，提升经济效益。
一种热态直条长材的控制冷却方法，其特征在于：在冷床长度方向分段布置风机，根据直条长材的温度和室温组织性能要求，通过调整强制风冷过程中风机的风速和风量以及冷床输送的平均速度来控制直条长材在冷床上的冷却速度和终冷温度以及热轧直条长材全长温度均匀性。
进一步地，如上所述控制冷却方法具体步骤如下：
(1)热态直条长材经过输送辊道输入到冷床，直条长材在冷床上输送过程中发生前进和转动；
(2)在冷床长度方向分段布置风机，采用风机由上而下对输送辊道及冷床一定区域上的直条长材进行强制风冷；
(3)通过调整辊道速度，并控制每台风机的风量、开启的风机数量及风量分配来达到一定的冷却速率
(4)当热态直条长材达到合适的终冷温度时，关闭风机，直条长材随着辊道运输进行空冷。
热态直条长材控制冷却采用强制风冷工艺还存在诸多优点：
1)提高直条长材在冷床上的冷却速度，缩短棒材冷却的时间；
2)提高直条长材冷却速度，可以细化奥氏体晶粒，提高铁素体晶粒度级别，改善热轧直条长材的力学性能；
3)根据需要在相同力学性能条件下，降低钢材的合金含量及合金成本；
4)降低中高碳钢直条长材轧后冷却过程的脱碳层厚度；
5)降低热轧或正火直条长材珠光体带状级别；
6)防止水冷、雾冷过程直条长材表面产生异常组织；
7)降低大规格直条长材的定尺剪切温度，防止长材头尾弯曲。
附图说明
图1是本发明的冷床强制风冷方法设备布置示意图。
其中：1-输送辊道，2-风机，3-风道，4-出风口，5-热轧直条长材，6-冷床。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1：热轧直条带肋钢筋生产。
热轧生产线规格φ12-32mm，钢筋经过单根轧制或切分轧制后，根据需要确定是否通过轧后水冷装置，再经输送辊道将直条钢筋输送进入冷床，冷床为齿条式步进冷床可实现钢筋的横移并转动。
在入口端的的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面。对于无高架平台的生产线，风机与冷床布置同一基础平台(图1)。对于高架平台生产线，风机与冷床布置同一基础平台，也可风机在平台下方布置。风机的出口的风经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对输送辊道及冷床一定宽度区域上的直条长材进行强制风冷。
根据钢筋规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制热轧直条长材全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制直条长材的风冷速度和风冷终止温度，钢筋的强制风冷冷却速度范围达到4～12℃/s，钢筋的强制风冷终冷温度根据需要力学性能控制在550～750℃。
采用轧后强制风冷后，1不同规格钢筋达到600℃所需要的时间较自然空冷可大幅度缩短冷却时间，直径22-32mm规格钢筋的定尺剪切温度降低110～200℃，热轧直条钢筋的屈服和抗拉强度可提高30-70MPa，断后伸长率几乎不变。如果要得到相近的力学性能，采用轧后强制风冷生产直条螺纹钢筋，可降低钢中的Si、Mn、Cr合金元素或Nb、V、Ti微合金元素含量，降低合金成本。
实施例2：大中型棒材生产线
大中型棒材热轧生产线轧后强制风冷方法，适用生产棒材规格范围φ30-200mm，棒材经过粗轧、中轧和精轧、分段剪切后，经输送辊道将大中型棒材输送进入冷床，冷床为步进式可实现棒材横移和翻转。
在冷床入口端的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面。风机出口高速空气经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对冷床一定宽度区域上的大中型棒材进行强制风冷。根据大中型棒材规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制大中型棒材全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制的风冷速度和风冷终止温度，风速范围2～6m/s，棒材强制风冷的终冷温度根据需要可控制550～750℃。
采用轧后强制风冷后，大中型棒材高温停留时间大幅度缩短，中高碳钢类型棒材的表层脱碳厚度可降低20-30％，珠光体带状组织级别可降低0.5-1级，奥氏体晶粒度可提高0.5级左右，铁素体晶粒度可提高0.5-1级，还可以根据需要调整棒材的金相组织类型。
实施例3：钢管热轧或正火热处理生产线。
热轧或正火热处理钢管生产线轧后强制风冷方法，适应的生产热轧无缝钢管外径规格范围φ32～φ550mm。经过穿孔、轧管或和定减径后的热轧无缝钢管或正火出炉后的高温热态无缝钢管，经输送辊道输送进入冷床，冷床为步进式或正向/反向链式，可实现热轧无缝钢管的横移和转动。
在冷床入口端的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面。风机出口高速空气经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对冷床一定宽度区域上的热轧无缝钢管进行强制风冷。根据热轧无缝钢管规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制热轧无缝钢管全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制的风冷速度和风冷终止温度，风速范围2～12m/s，热轧无缝钢管强制风冷的终冷温度根据工艺需要进行调节。
采用强制风冷后，热轧或正火无缝钢管高温停留时间大幅度缩短，中高碳钢类型热轧无缝钢管的表层脱碳厚度可降低20-30％；中碳钢的珠光体带状组织级别可降低0.5-1级；钢管的奥氏体晶粒度可提高0.5级左右，铁素体晶粒度可提高0.5-1级。还可以根据需要调整热轧无缝钢管的金相组织类型，铁素体-珠光体型低合金钢无缝管管根据不同壁厚的力学性能可提高10-50MPa，延伸率几乎不变。
实施例4：热轧型钢生产线
热轧型钢生产线轧后强制风冷方法，适应的生产各种规格钢轨、工字钢、槽钢、角钢，经过粗轧、精轧后，热轧钢轨、型钢经输送辊道输送进入冷床，冷床为步进式，可实现热轧钢轨、型钢的横移。
在冷床入口端的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面。风机出口高速空气经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对冷床一定宽度区域上的热轧钢轨、型钢进行强制风冷。根据热轧钢轨、型钢规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制热轧钢轨、型钢全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制的风冷速度和风冷终止温度，风速范围2～6m/s，热轧钢轨、型钢强制风冷的终冷温度根据工艺需要进行调节。
采用轧后强制风冷后，热轧钢轨、型钢高温停留时间大幅度缩短，高碳钢钢轨的表层脱碳厚度可降低20-30％。对热轧工字钢、H型钢、槽钢和角钢轧后强制风冷后，钢的奥氏体晶粒度可提高0.5级左右，铁素体晶粒度可提高0.5-1级，型钢的力学性能可提高15-40MPa，延伸率几乎不变。

Claims (6)

1.一种热态直条长材的控制冷却方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)热态直条长材经过经过输送辊道进入冷床，直条长材在冷床上输送过程中发生前进和转动；
(2)在冷床长度方向分段布置风机，风机出风口高速空气自上而下对输送辊道及冷床一定宽度区域上的热态直条长材进行强制风冷；
(3)通过调整各风机的输出风速或风量控制热态直条长材全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制直条长材的冷却速度和风冷终止温度；
(4)当热态直条长材达到合适的终冷温度时，将进入冷床的空冷区进行自然空冷。
2.根据权利要求1所述的热态直条长材控制冷却方法，其特征在于，热态直条长材包括：热轧直条钢筋，小、中及大规格热轧或正火热处理棒材，热轧或正火热处理无缝管钢管，其他外形的热轧型钢。
3.根据权利要求2所述的热态直条长材控制冷却方法，其特征在于，对于热轧生产线规格
Figure FDA0003957574940000011
的直条钢筋，钢筋经过单根轧制或切分轧制后，根据需要确定是否通过轧后水冷装置，再经输送辊道将直条钢筋输送进入冷床，冷床为齿条式步进冷床可实现钢筋的横移并转动；
在入口端的的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面；对于无高架平台的生产线，风机与冷床布置同一基础平台；对于高架平台生产线，风机与冷床可以布置在同一基础平台，也可风机在平台下方布置；风机的出口的风经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对输送辊道及冷床一定宽度区域上的直条长材进行强制风冷；
根据钢筋规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制热轧直条长材全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制直条长材的风冷速度和风冷终止温度，钢筋的强制风冷冷却速度范围达到4～12℃/s，钢筋的强制风冷终冷温度根据需要力学性能控制在550～750℃。
4.根据权利要求2所述的热态直条长材控制冷却方法，其特征在于，对于大中型棒材热轧生产线轧后强制风冷方法，适用生产棒材规格范围
Figure FDA0003957574940000012
棒材经过粗轧、中轧和精轧、分段剪切后，经输送辊道将大中型棒材输送进入冷床，冷床为步进式可实现棒材横移和翻转；
在冷床入口端的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面，风机出口高速空气经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对冷床一定宽度区域上的大中型棒材进行强制风冷，根据大中型棒材规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制大中型棒材全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制的风冷速度和风冷终止温度，风速范围2～6m/s，棒材强制风冷的终冷温度根据需要可控制550～750℃。
5.根据权利要求2所述的热态直条长材控制冷却方法，其特征在于，对于热轧或正火热处理钢管生产线轧后强制风冷方法，适应的生产热轧无缝钢管外径规格范围
Figure FDA0003957574940000021
经过穿孔、轧管或和定减径后的热轧无缝钢管或正火出炉后的高温热态无缝钢管，经输送辊道输送进入冷床，冷床为步进式或正向/反向链式，可实现热轧无缝钢管的横移和转动；
在冷床入口端的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面；风机出口高速空气经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对冷床一定宽度区域上的热轧无缝钢管进行强制风冷；根据热轧无缝钢管规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制热轧无缝钢管全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制的风冷速度和风冷终止温度，风速范围2～12m/s，热轧无缝钢管强制风冷的终冷温度根据工艺需要进行调节。
6.根据权利要求2所述的热态直条长材控制冷却方法，其特征在于，对于热轧型钢生产线轧后强制风冷方法，适应的生产各种规格钢轨、工字钢、槽钢、角钢，经过粗轧、精轧后，热轧钢轨、型钢经输送辊道输送进入冷床，冷床为步进式，可实现热轧钢轨、型钢的横移；
在冷床入口端的长度方向分段布置风机，风机位于冷床侧面；风机出口高速空气经过风道均匀分配至出风口，出风口由上而下对冷床一定宽度区域上的热轧钢轨、型钢进行强制风冷；根据热轧钢轨、型钢规格和轧线生产节奏，设定和调整各风机的输出风速或风量，控制热轧钢轨、型钢全长温度均匀性，通过调整风机的风速或风量和冷床的输送频率控制的风冷速度和风冷终止温度，风速范围2～6m/s，热轧钢轨、型钢强制风冷的终冷温度根据工艺需要进行调节。
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