CN113042539B - 一种用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，包括层流冷却工序、带钢卷取工序，还包括强制风冷工序，强制风冷工序由设置在层流冷却工序与第一卷取机之间的风机一区，和设置在第一卷取机、第二卷取机之间的风机二区组成，风机一区设置4‑6台轴流风机，风机二区设置2‑3台轴流风机，各轴流风机位于辊道下方，对运行在其上部的带钢进行强制风冷，各台轴流风机设有强制风宽度调整装置，根据不同规格带钢调整强制风宽度调整装置的侧挡板开口宽度和风量。本发明通过强制风冷及调整风道内的侧挡板开口宽度，可实现对带钢宽度方向上冷却速状态的调整，控制带钢表面氧化铁皮构造，降低氧化铁皮厚度；改善并消除带钢中部和边部的色差。

Description

一种用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法
技术领域
本发明涉及一种轧钢技术，特别是一种用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法。
背景技术
常规热轧带钢生产冷却工艺流程如图4所示。层流冷却19是热轧带钢厂布置在精轧机组18和卷取之间的控冷装置，主要由上喷装置、下喷装置、侧喷装置和控制阀组等组成，通过水冷来控制带钢的温度，目的是保证带钢的组织和性能。自第一套层流冷却***应用于热轧带钢生产以来，轧后控制冷却技术得到迅速发展：一是工艺技术的发展，体现在冷却工艺和层流冷却装置的进步；二是控制技术的发展，体现在控制模型、控制策略的进步。出现的先进的技术如在普通层流冷却的基础上增加了加强型层流冷却段；层流冷却装置采用细化精调段，可以实现单独控制一排鹅颈管，使热轧带钢卷曲温度控制在±2℃；层流冷却装置采用水塔供水加机旁高位水箱的结构方式，稳定了喷嘴处压力，达到了提高冷却效率和冷却效果的目的。近年来尽管轧后冷却技术得到长足的发展，但层流冷却仍是目前的主要冷却手段。国内外在层流冷却对带钢长度和厚度方向的温度分布进行了大量的工作，得到了各种冷却模型。但这些模型通常都假设带钢宽度方向温度分布均匀。在实际生产过程中带钢在宽度方向上存在边部温度低、中部温度高的情况，层流冷却使温度不均匀性进一步增大，在带钢厚度方向上，层流冷却使上表面的温降幅度大于下表面。带钢越厚，上下表面温差越大。这种带钢宽度和厚度温度分布的不均匀导致带钢微观组织的不均匀分布，同时会导致带钢硬度、氧化铁皮厚度等分布不均，还会导致带钢表面存在色差、带钢内部残余应力加大。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的问题，提供一种用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，所述方法改变传统层流冷却来实现带钢冷却的工艺方法，以层流冷却+强制风冷的模式实现对带钢组织的精细控制。
本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
一种用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，包括层流冷却工序、带钢卷取工序，带钢卷取工序顺序设置第一卷取机、第二卷取机，还包括强制风冷工序，强制风冷工序由设置在层流冷却工序与第一卷取机之间的风机一区，和设置在第一卷取机、第二卷取机之间的风机二区组成，风机一区设置4-6台轴流风机，风机二区设置2-3台轴流风机，各轴流风机位于辊道下方，对运行在其上部的带钢进行强制风冷，各台轴流风机设有强制风宽度调整装置，根据不同规格带钢调整强制风宽度调整装置的侧挡板开口宽度和风量。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，对于厚度尺寸≤5mm的带钢，带钢层流冷却后经风机一区强制风冷，并经第一卷取机卷取；对于厚度尺寸＞5mm的带钢，带钢层流冷却后经风机一区及风机二区强制风冷，经第二卷取机卷取。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，对于厚度尺寸≤5mm的带钢强制风冷工序控制参数如下：
侧挡板开口宽度：D＝(0.085×Wstrip)×10-10 (公式1)
公式1中：D为侧挡板开口宽度，单位mm；
Wstrip为带钢公称宽度，单位mm；
单台轴流风机风量：F＝(Tstrip×Vfinish×D)×100 (公式2)
公式2中：F为风机风量，单位m3/h；
Tstrip：带钢公称厚度，单位mm；
Vfinish：带钢终轧速度，单位m/h；
D：侧挡板开口宽度，单位mm；
对于厚度尺寸＞5.0mm的带钢，强制风冷工艺控制参数如下：
侧挡板开口宽度：D＝(0.065×Wstrip)×10-10 (公式3)
公式3中：D：侧挡板开口宽度，单位mm；
Wstrip：带钢公称宽度，单位mm；
单台轴流风机风量：F＝(Tstrip×vfinish×D)×100 (公式4)
公式4中：F：风机风量，单位m3/h；
Tstrip：带钢公称厚度，单位mm；
vfinish：带钢终轧速度，单位m/h；
D：侧挡板开口宽度，单位mm。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，对于厚度尺寸≤5mm的带钢层流冷却工序采用每组间隔1排冷却水管的稀疏冷却模式；对于厚度尺寸＞5mm的带钢层流冷却工序采用密集冷却+每组间隔1排冷却水管的稀疏冷却模式。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，所述强制风宽度调整装置设置在辊道下部的地沟中，所述调整装置包括两块可调侧挡板、两块固定侧挡板、风机箱体和调整机构，风机箱体固定在地沟底部，轴流风机位于风机箱体内，风机箱体两侧封闭，风机箱体上口经连接板连接固定侧板，固定侧板经伸缩挡板连接可调侧板，两块可调侧板的顶部设有滚轮；地沟顶部两侧地基处分别设置支撑架，两支撑架间设有导轨，滚轮位于导轨上，各滚轮分别经连接杆连接固定块，固定块连接调整机构。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，调整机构设有电机、减速器、带轮和皮带，两个带轮分别安装在各支撑架上，电机经减速器传动连接主动带轮，皮带套装在两个带轮上，两连接块分别固接在皮带上侧边和皮带下侧边。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，两调整侧板的最大间距与带钢宽度匹配，两调整侧板的最小间距为带钢宽度尺寸的0.5-0.6倍。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，导轨上安装刻度尺。
上述用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，轴流风机距带钢的距离为1.3-1.8米。
本发明基于长期现场生产经验，在不断摸索、反复试验的基础上，提出了一种层流冷却+强制风冷的冷却方法，从而实现了对带钢长度、宽度和厚度方向上的组织精细调整和控制；对于薄规格带钢(≤5mm)，通过适当关闭层流水和开启风机，可改善层流冷却冷速过大的问题；对于厚规格带钢(＞5mm)，通过开启风机可增强冷却效果，弥补层流冷却***冷却能力不足的问题；改善并消除带钢经层流冷却后上表面温度低、下表面温度高的现象。本发明通过强制风冷并调整风道内的侧挡板开口宽度，可实现对带钢宽度方向上冷却速状态的调整，控制带钢表面氧化铁皮构造，降低氧化铁皮厚度；改善并消除带钢中部和边部的色差；丰富了带钢轧后控制冷却的调整手段，使带钢组织和性能更为均匀化。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明方法的工艺过程示意图；
图2是轴流风机和强制风宽度调整装置结构示意图；
图3是图2的侧视图；
图4是现有带钢轧制的冷却工艺示意图；
图5、图6是本发明实施例1带钢宽度方向1/4处和1/8处组织的金相图；
图7、图8是对比例1带钢宽度方向1/4处和1/8处组织的金相图；
图9是本发明实施例2带钢色差图；
图10是对比例2带钢色差图。
图中各标号为：1、带钢，2、输送辊，3、固定块，4、连接杆，5、皮带，6、带轮，7、导轨，8、支撑架，9、可调侧挡板，10、伸缩挡板，11、固定侧挡板，12、轴流风机，13、风机箱体，14、滚轮，15、减速器，16、电机，17、刻度尺，18、精轧机组，19、层流冷却工序，20、风机一区，21、第一卷取机，22、风机二区，23、第二卷取机。
具体实施方式
本发明根据对不同规格的带钢产品长期质量跟踪检测发现具有如下规律：较薄规格的带钢轧制速度快，层流冷却过程降温速度快，带钢两边部温降明显大于带钢中间部位的温降，在宽度方向上组织晶粒度存在明显差异。较厚规格的带钢轧制速度慢，在层流冷却过程降温速度慢，带钢在宽度方向、厚度方向上组织均存在明显差异，色差问题严重。针对上述问题，本发明在传统层流冷却的基础是设置了强制风冷工序。参看图1，强制风冷工序由设置在层流冷却工序19与第一卷取机21之间的风机一区20，和设置在第一卷取机21、第二卷取机23之间的风机二区22组成。风机一区设置4-6台轴流风机，风机二区设置2-3台轴流风机，各轴流风机位于辊道下方。由精轧机组18送出的带钢1首先由进入层流冷却工序19冷却，随之进入强制风冷工序，由轴流风机吹出的风流由下至上吹向运行的带钢。各台轴流风机设有强制风宽度调整装置，根据不同规格带钢调整强制风宽度调整装置的侧挡板开口宽度和风量。其中，对于厚度尺寸≤5mm的带钢，带钢层流冷却后经风机一区强制风冷，并经第一卷取机卷取；对于厚度尺寸＞5mm的带钢，带钢层流冷却后经风机一区及风机二区强制风冷，增加强制风冷的冷却力度，再经第二卷取机卷取。
对于厚度尺寸≤5mm的带钢强制风冷工序控制参数如下：
侧挡板开口宽度：D＝(0.085×Wstrip)×10-10 (公式1)
公式1中：D为侧挡板开口宽度，单位mm；
Wstrip为带钢公称宽度，单位mm；
单台轴流风机风量：F＝(Tstrip×Vfinish×D)×100 (公式2)
公式2中：F为风机风量，单位m3/h；
Tstrip：带钢公称厚度，单位mm；
Vfinish：带钢终轧速度，单位m/h；
D：侧挡板开口宽度，单位mm；
对于厚度尺寸＞5.0mm的带钢，强制风冷工艺控制参数如下：
侧挡板开口宽度：D＝(0.065×Wstrip)×10-10 (公式3)
公式3中：D：侧挡板开口宽度，单位mm；
Wstrip：带钢公称宽度，单位mm；
单台轴流风机风量：F＝(Tstrip×vfinish×D)×100 (公式4)
公式4中：F：风机风量，单位m3/h；
Tstrip：带钢公称厚度，单位mm；
vfinish：带钢终轧速度，单位m/h；
D：侧挡板开口宽度，单位mm。
参看图2、图3，为了灵活调整强制风冷工序轴流风机吹出的风流宽度，本发明设置了强制风宽度调整装置。所述强制风宽度调整装置设置在输送辊2下部的地沟中，其构成包括两块可调侧挡板9、两块固定侧挡板11、风机箱体13和调整机构。风机箱体固定在地沟下部，轴流风机12位于风机箱体内。风机箱体两侧封闭，风机箱体上口经连接板连接固定侧板11，固定侧板经伸缩挡板10连接可调侧板9，两块可调侧板的顶部设有滚轮14；地沟顶部两侧地基处分别设置支撑架8，两支撑架间设有导轨7，滚轮14位于导轨上，可沿导轨运行。各滚轮分别经连接杆4连接固定块3，固定块连接调整机构。调整机构设有电机16、减速器15、带轮6和皮带5，皮带选用同步齿形带。两个带轮分别安装在各支撑架上，电机经减速器传动连接主动带轮，皮带套装在两个带轮上，两连接块分别固接在皮带上侧边和皮带下侧边。电机为双向电机。电机转动，带动主动带轮旋转，皮带和从动带轮随动，位于皮带上、下侧边的两固定块或同向运动、或反向运动，固定块带动滚轮沿导轨运动，滚轮带动可调侧板水平运动，从而改变两块侧板之间的距离，以满足不同规格带钢的冷却要求。导轨上安装刻度尺17，以便于两块侧板之间距离的精确调整。轴流风机距带钢的垂直距离为1.3-1.8米。两调整侧板的最大间距应与带钢宽度匹配，两调整侧板的最小间距为带钢宽度尺寸的0.5-0.6倍。
以下给出具体的实施例和对比例：
实施例1：1250mm带钢生产线轧制DC04钢种，带钢厚度3.0mm，宽度1050mm，终轧温度890℃，终轧速度600m/min，层流冷却采用每组间隔1排冷却水管的稀疏冷却模式，控制卷取温度600℃，带钢层流冷却后进入风机一区强制风冷，然后进入第一卷取机卷取。风机基本参数：最大风量19000m3/h，最大风压700Pa，直径700mm，轴距1.8m(相邻风机之间的距离)。侧挡板开口度宽带D和风机风量F参数确定如下：
D＝(0.085×Wstrip)×10-10
＝(0.085×1050)×10-10
＝882.5(mm)
F＝(Tstrip×vfinish×D)×100
＝(3.0×600×882.5)×100×10-6×60
＝9531(m3/h)
检测结果显示带钢宽度方向1/4与1/8处组织晶粒度等级相同，金相组织分别如图5、图6所示。1/4处下屈服强度254MPa，抗拉强度330MPa，断后伸长率48.5％。1/8处下屈服强度255MPa，抗拉强度328MPa，断后伸长率49％。1/4与1/8处下屈服强度相差1MPa，抗拉强度相差2MPa，断后伸长率相差0.5％。
对比例1：1250mm带钢生产线轧制DC04钢种，厚度3.0mm，宽度1050mm，终轧温度890℃，终轧速度600m/min，层流冷却采用稀疏冷却模式，控制卷取温度600℃，层流采用稀疏冷却模式，未采用风冷工艺。
检测结果显示带钢宽度方向1/4与1/8处组织晶粒度等级相差2.0级，如图7、图8所示。1/4处下屈服强度258MPa，抗拉强度331MPa，断后伸长率48.5％。1/8处下屈服强度276MPa，抗拉强度362MPa，断后伸长率44.5％。1/4与1/8处下屈服强度相差18MPa，抗拉强度相差31MPa，断后伸长率相差4％。
实施例2：1780mm带钢生产线轧制汽车大梁钢700L钢种，厚度8.0mm，宽度1500mm，终轧温度850℃，终轧速度200m/min。层流冷却采用密集冷却+每组间隔1排冷却水管的稀疏冷却模式，控制卷取温度650℃。带钢层流冷却后进入风机一区、风机二区强制风冷，然后进入第二卷取机卷取。风机基本参数：最大风量19000m3/h，最大风压700Pa，轴距1.8m。侧挡板开口宽D和风机风量F参数确定如下：
D＝(0.065×Wstrip)×10-10
＝(0.065×1500)×10-10
＝965(mm)
F＝(Tstrip×vfinish×D)×100
＝(8×200×965)×100×10-6×60
＝9264(m3/h)
实施例2可以看出带钢色差得以明显改善，如图9所示。
对比例2：1780带钢生产线轧制汽车大梁钢700L钢种，厚度8.0mm，宽度1500mm，终轧温度850℃，终轧速度200m/min，层流冷却采用集中+稀疏冷却模式，控制卷取温度650℃，未采用风冷工艺。
对比例生产的带钢中部与边部存在明显色差，如图10所示。

Claims (7)

1.一种用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，包括层流冷却工序、带钢卷取工序，带钢卷取工序顺序设置第一卷取机、第二卷取机，其特征在于：还包括强制风冷工序，强制风冷工序由设置在层流冷却工序与第一卷取机之间的风机一区，和设置在第一卷取机、第二卷取机之间的风机二区组成，风机一区设置4-6台轴流风机，风机二区设置2-3台轴流风机，各轴流风机位于辊道下方，对运行在其上部的带钢进行强制风冷，各台轴流风机设有强制风宽度调整装置，根据不同规格带钢调整强制风宽度调整装置的侧挡板开口宽度和风量；
对于厚度尺寸≤5mm的带钢，带钢层流冷却后经风机一区强制风冷，并经第一卷取机卷取；对于厚度尺寸＞5mm的带钢，带钢层流冷却后经风机一区及风机二区强制风冷，经第二卷取机卷取；
对于厚度尺寸≤5mm的带钢强制风冷工序控制参数如下：
侧挡板开口宽度：D=（0.085×Wstrip）×10-10 （公式1）
公式1中：D为侧挡板开口宽度，单位mm；
Wstrip为带钢公称宽度，单位mm；
单台轴流风机风量：F=（Tstrip×Vfinish×D）×100 （公式2）
公式2中：F为风机风量，单位m3/h ；
Tstrip：带钢公称厚度，单位mm；
Vfinish：带钢终轧速度，单位m/h；
D：侧挡板开口宽度，单位mm；
对于厚度尺寸＞5.0mm的带钢，强制风冷工艺控制参数如下：
侧挡板开口宽度：D=（0.065×Wstrip）×10-10 （公式3）
公式3中：D：侧挡板开口宽度，单位mm；
Wstrip：带钢公称宽度，单位mm；
单台轴流风机风量：F=（Tstrip×vfinish×D）×100 （公式4）
公式4中：F：风机风量，单位m3/h ；
Tstrip：带钢公称厚度，单位mm；
vfinish：带钢终轧速度，单位m/h；
D：侧挡板开口宽度，单位mm。
2.根据权利要求1所述的用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，其特征在于：对于厚度尺寸≤5mm的带钢层流冷却工序采用每组间隔1排冷却水管的稀疏冷却模式；对于厚度尺寸＞5mm的带钢层流冷却工序采用密集冷却+每组间隔1排冷却水管的稀疏冷却模式。
3.根据权利要求2所述的用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，其特征在于：所述强制风宽度调整装置设置在辊道下部的地沟中，所述调整装置包括两块可调侧挡板、两块固定侧挡板、风机箱体和调整机构，风机箱体固定在地沟底部，轴流风机位于风机箱体内，风机箱体两侧封闭，风机箱体上口经连接板连接固定侧板，固定侧板经伸缩挡板连接可调侧板，两块可调侧板的顶部设有滚轮；地沟顶部两侧地基处分别设置支撑架，两支撑架间设有导轨，滚轮位于导轨上，各滚轮分别经连接杆连接固定块，固定块连接调整机构。
4.根据权利要求3所述的用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，其特征在于：调整机构设有电机、减速器、带轮和皮带，两个带轮分别安装在各支撑架上，电机经减速器传动连接主动带轮，皮带套装在两个带轮上，两固定块分别固接在皮带上侧边和皮带下侧边。
5.根据权利要求4所述的用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，其特征在于：两调整侧板的最大间距与带钢宽度匹配，两调整侧板的最小间距为带钢宽度尺寸的0.5-0.6倍。
6.根据权利要求5所述的用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，其特征在于：导轨上安装刻度尺。
7.根据权利要求6所述的用于热轧带钢微观组织精细控制的冷却方法，其特征在于：轴流风机距带钢的距离为1.3-1.8米。
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