1、棒材軋后控制冷卻技術莊重文學獎(遼寧科技大學)摘要 首鋼經過十多年開發和應用的棒材軋后控制冷卻工藝設備, 成功地運用于國內外五個棒材廠, 其核心部件“ 圓環噴射式冷卻器” 具有冷卻能力強, 熱交換率高, 水力輸送軋件順暢等特點, 省去了水冷線中控制復雜、易發生故障的夾送輥。水冷線和輸送輥道平行座落在同一移動式的臺車上, 生產中可根據工藝要求互相快速切換。可滿足單線與雙線切分軋制工藝要求和實現多品種規格的控制冷卻, 冷卻后的軋件條形平直, 性能均勻。關鍵詞 控制軋制: 拄制冷卻: 奧氏體: 淬火Abstract：Shougang after after 10 years of developme

2、nt and application of bar rolling and control cooling process equipment, successfully applied to five domestic and abroad bar factory, is one of the key components in the "ring jet cooler has the strong cooling capacity, high heat exchange rate, hydraulic conveying workpiece smoothly and so on

3、the characteristic, eliminating the need for water line control complex and prone to failure of pinch rolls. The water line and the conveying roller is located in parallel to the same mobile trolley type, the production can be quickly switched each other according to the process requirements. Can me

4、et the single line and double line slitting rolling technology requirements and achieve more kinds of controlled cooling, cooling after rolling strip flatness uniform performanceKey Words：Control: rolling control cooling: Austenitic quenching 1引言伴隨著國內鋼鐵企業的蓬勃發展, 線棒材生產高速化連續化高產化的發展趨勢不可避免, 棒材的控制冷卻技術作為提高

5、鋼材性能保證鋼材質量的一種必要手段, 也越來越廣泛的應用到棒材生產過程中。萊鋼鍛壓廠型鋼車間是一條生產爭2 規格以上螺紋鋼圓鋼的半連軋生產線, 采用15 0 方坯經15 道次軋制成材, 由于軋件變形量大流程短, 終軋溫度高于開軋溫度為控制終軋溫度, 于98 年在軋后設置浸水式穿水冷卻器, 經過7 年的應用和摸索, 現已發展到第三代穿水冷卻器, 既分段式低壓高效穿水冷卻裝置, 并形成了一套成熟的控制冷卻工藝。2文獻綜述2.1軋后余熱處理設備的組成及特點首鋼從70 年代后期開始研究螺紋鋼筋軋后余熱處理工藝設備, 于1 98 1年底首次應用于首鋼小型廠連軋機生產線, 此后進行了多次改進, 技術日趨成

6、熟。分別于1 9 9 1年為印尼瑪士達制鋼有限公司新建棒材車間、1 9 9 3年為首鋼新建的中小型廠設計了軋后余熱處理設備, 1 9 9 4年初配合首鋼小型廠成品飛剪改造對原有冷卻線進行了較大的改造, 1 9 9 5年又為承德鋼鐵公司連軋廠和小型廠現有軋機配套設計了兩套軋后余熱處理設備上述設備投入運行后, 至今均在正常使用, 有關工藝設備參數見表1 。現以首鋼小型廠和中小型廠為主, 介紹軋后余熱處理設備的組成及特點鋼筋熱軋后溫度為1 0 0 0 一1 1 50 , 迅速水冷既減少氧化鐵皮生成量, 又抑制晶粒長大, 其表面發生了馬氏體轉變, 芯部仍保持奧氏體組織。水冷后,表面升溫, 發生回火索氏

7、體轉變, 芯部發生a 十p 轉變, 使鋼筋既有較高的強度, 又具有良好的冷彎性能。表面升溫后的溫度通常為5 50 一7 0 , 不可太低和太高。不同規格、不同軋制速度的鋼筋對冷卻水量的要求不同。由于是在線處理,其布置效率必須與軋機和冷床能力相匹配。 對設備的技術要求是:( 1) 冷卻能力滿足各種規格需要, 能在一定范圍內調整;( 2) 水冷線是可移動式的, 具有冷卻和輸送功能;( 3) 水冷線和輸出輥道能對單線軋件、雙線切分軋件冷卻和輸送;(4 ) 產品冷卻后條形平直, 能順利上冷床, 力學性能均勻。.2.2設備組成軋后余熱處理設備包括供水系統、測量控制系統和在線冷卻系統供水系統由中壓水泵、儲

8、水罐( 池)輸水管路、閥門、冷卻水循環系統及濾水器組成。測量控制系統包括水量檢測、壓力檢測、水溫檢測、自回火溫度和終軋溫度檢測等。在線冷卻系統由水箱線、輸出輥道線、輸送導槽線、水箱閥門組換線移動臺車及臺車橫移裝置組成。2.3 設備布置形式首鋼小型廠首鋼小型廠的鋼筋軋后余熱處理設備是1 9 81 年研究開發的, 在1 9 94 年改造前, 冷卻水箱固定在輸出輥道的一側, 偏軋制線, 軋件進出水箱發生兩次彎曲, 變換產品規格要換冷卻器, 拆卸費時且安裝精度不高。1 9 9 4年初小型廠新上一臺成品飛剪, 同時對冷卻線進行了改造: 冷卻線改造為可移動式, 水箱和輸出輥道分成前12 m 后s m 平行

9、布置在兩臺移動臺車上, 水箱與供水管之間用高壓軟管連接, 換線臺車由電動推拉桿控制, 生產時根據軋制工藝及產品性能要求將不同的冷卻線推入到主軋線上, 軋件出成品軋機由成品飛剪分段剪切后, 經水箱線冷卻到一定溫度或經輥道線, 再經冷床輸入輥道輸送到冷床由于切分軋件經成品飛剪剪切后兩根軋件不易分開, 所以兩根軋件由一根冷卻水管冷卻,擬6 ( 切) 和筍25 m m 共用一個規格冷卻器, 必20( 切) 和必32 m m 共用一個規格冷卻器, 水箱內布置成雙線, 更換產品規格時只需移動臺車, 使更換規格更為快捷, 只需2一5 m i n 即可首鋼中小型廠1 9 9 4年建成投產, 軋制規格粼。 40

10、 m m, 其中筍10 20 m m 采用切分軋制。在設計軋后余熱處理工藝設備時, 考慮到成品飛剪強度和小規格產品軋制速度高剪切后穿水生產難度較大等因素, 故將水冷段設計成兩個區域, 即成品軋機至成品飛剪之間為12 m稱為主軋區水冷段, 成品飛剪后16 m 稱為精整區水冷段在主軋區水冷段設計了單線水箱線、雙線水箱線和導槽線, 三條線平行布置在一臺換線移動臺車上; 在精整區水冷段設計了單線水箱線和輥道線, 布置在兩個s m 臺車上,冷卻段長度可以靈活調整, 滿足不同產品規格性能要求。當軋件毛筍14 m m 時, 軋件出成品軋機經主軋區水冷段雙線水箱冷卻后由成品飛剪剪切, 再經精整區水冷段輥道線送

11、至冷床, 當軋件) 戶16 m m 時,軋件出成品軋機后先經主軋區水冷段預冷到一定溫度, 飛剪剪切后, 經精整區水冷, 再經冷床輸入輥道送至冷床。切分軋件在主軋區水冷段兩根分別冷卻, 在精整區水冷段兩根軋件在同一根水管里冷卻對于不需水冷的軋件, 經主軋區水冷段的導槽線輸送, 飛剪剪切后再經精整區水冷段的輥道線輸送至冷床。從兩廠設備布置形式比較看, 中小型廠分區布置從工藝上既滿足了大規格的冷卻, 又降低了小規格穿水生產的難度。2.4 冷卻裝置特點冷卻裝置包括冷卻器和截水器。冷卻器為圓環噴射式( 已獲得中國專利) 其特點是: 冷卻能力強,冷卻均勻,水力輸送軋件, 滿足連軋機軋制速度快的工藝要求,

12、冷卻器的噴水環縫能靈活調節, 控制冷卻水的流量, 冷卻器內腔為直通式, 軋件可順利通過, 不會因憋鋼而使軋件在冷卻器內彎曲, 每套冷卻器的冷卻水管由若干節組成, 每節之間為內外錐體聯接, 裝卸方便, 便于事故處理。截水器由機械截水器和反水器組成, 從冷卻水管沖出的冷卻水先由機械截水器打散起到泄壓緩沖作用, 再由從反水器中反向噴出的水將冷卻水截住, 防止軋件將冷卻水帶入冷床輸入輥道3 生產應用以三種規格為例對生產結果進行分析, 有關工藝參數見表23.1 力學性能分析生產檢驗數據統計分析見表3 。從表3統計結果看出:( 1) 三種規格的鋼筋性能經過軋后控冷全部符合英國B S 4 4 4 9一8 標

13、準的各項規定, 且離差值較小, 表明該項工藝穩定可靠;( 2 ) 歸5 m m 鋼筋的氏較小規格的偏低, 其原因既有終軋溫度偏高, 又有目前供水能力受限制等因素。3.2 勻質性分析生產中對各規格隨機取整爐勻質樣進行勻質檢驗, 見表4從表4 統計分析看出:( 1) 鋼筋的整爐勻質性很好, 離差小, 表明冷卻裝置的工藝穩定性強, 水冷工藝參數合理;( 2 ) 隨著幾的上升, 離散度S 增大, 當氏< 50 0M P a 時,S < l o M P a , 當。s> 5 7 0 M P a 時,S > 3 0M P a 。因此, 。, 控制在中限( 5 50 M P a) 最

14、為適宜, 此時,S + 25 均落在標準范圍內, 即氏土55 = 4 7 0 6 35 M aP, 可保證在標準規定的化學成分范圍內, 鋼筋性能百分之百的合格, 而整爐勻質性又好。4 控軋控冷的難點從理論上來說, 通過控軋控冷我們能得到我們想要的任何組織、性能的鋼材, 實際上我們能做到的只是設盡可能多的得到我們想要的組織, 以提高鋼材的性能其難點在于需控制因素太多對控制軋制的控制要素如: 熱制度、變形制度和溫度制度, 控制相對比較易容一點兒對控制冷卻的控制較難, 首先從奧氏體到所需組織相完成時間太短, 只有幾秒, 在這很短的時間內, 若冷卻能力不夠、或不能把整個軋件冷透, 相應部分將轉變為其它

15、不需要的組織, 這部分就很難提高鋼材的性能其次每一批次的同牌號鋼材很難做到成份完全一致, 因為碳及其它合金元素的微小變化, 冷卻曲線就有可能發生很大的偏移, 這時再用相同的控冷方法, 得到的就不一定是想要的鋼材組織了。其它因素如棒材的終軋溫度終軋出口速度冷卻水量、水溫、冷卻段長度及布置, 棒材的品種規格等, 所有這些因素都要綜合考慮, 精確控制冷卻制度才能得到好的效果, 所以要把這些因素考慮在內, 生成數學模型、編程、實現計算機控制確實不易。在棒材生產中的由于軋件相對較小, 控制冷卻相比較板帶材來說還是容易一些。5 常見問題的處理5.1 倍尺軋件 甩尾” 過大的問題處理當倍尺軋件“ 甩尾”過大

16、時, 尾部不易被拉人裙板, 從而阻礙下支倍尺軋件的運動, 造成堆跑鋼事故。分析有以下原因: 一是延時長度偏大; 二是裙板分界處動裙板中位偏高, 軋件尾部經裙板從輥道上脫離困難, 使“ 甩尾” 顯得較大; 三是當變頻輥道磨損嚴重時, 小規格軋件( 中16 m m, 中18 m m ) 不易脫離輥道, 使“ 甩尾” 顯得較大四是當裙板的液壓壓力高時, 動裙板中位偏高。針對上述原因, 采取縮短延時長度, 降低裙板中位系數, 適當提高變頻輥道系數( 或更換磨損嚴重的變頻輥道), 降低裙板的液壓壓力, 就可能避免上述工藝故障和堆跑鋼事故5.2 倍尺軋件“ 下扎頭” 的問題處理當前段倍尺軋件尾部完全通過裙

17、板的分界線( 處于“ 過頭” 狀態)裙板還處于低位時, 后段倍尺軋件頭部也進人裙板( 下扎頭” 現象), 造成堆跑鋼事故分析有以下原因: 一是延時長度偏小; 二是裙板分界處動裙板中位偏低, 軋件頭部竄入裙板; 三是彎曲的軋件頭部越過裙板中位, 進人裙板; 四是當裙板的液壓壓力低時, 動裙板中位偏低。五是前后段倍尺軋件在輥道上拉不開距離( 最后一段短倍尺軋件易發生)針對上述原因, 采取增加延時長度, 提高裙板中位系數, 提高倍尺飛剪剪切系數, 提高裙板的液壓壓力,就可能避免上述工藝故障和堆跑鋼事故5.3 倍尺軋件在冷床上位置的調整一般情況, 倍尺軋件在冷床上的位置主要通過調整延時長度就能完成。延

18、時長度變大, 則軋件在冷床上位置靠近冷床前端, 反之則靠近冷床后端。對于小規格產品( 如中16 m n l 、中18 m m ), 當正常生產一段時間后,裙板變熱, 摩擦系數變小, 軋件易跑向冷床后端。此時, 想通過調整延時長度調整軋件在冷床上位置時, 必須注意軋件尾部是否正常上鋼如果調整工藝參數( 增大延時長度, 減小裙板中位系數, 減小三段變頻輥道系數) 其中一項或幾項都沒有明顯效果時, 可以考慮降低裙板溫度。如果裙板和變頻輥道磨損嚴重時, 可以考慮摘一段靜裙板。6 結論( 1) 本技術研究開發的圓環噴射式冷卻器冷卻能力強, 水力輸送軋件, 故障率極低, 單、雙線軋件均可使用, 結構簡單合理, 調節方便, 使用可靠。（2 ) 采用本工藝設備生產的鋼筋冷卻均勻, 條形平直, 整爐整支的力學性能勻質性好,2 0M n is 鋼筋力學性能均達到B S 4 4 4 9一8 標準。(3 ) 采用移動式冷卻線可根據生產工藝產品性能要求靈活快速地改變作業線, 節省了生產準備時間, 降低了勞動強度, 提高了軋機作業率。 參考文獻（小四黑，居中）（1） 小指軍夫, 控制軋制控制冷卻一改善鋼材材質的軋制技術發展, 李伏桃, 陳巋譯, 冶 金工業出版社,20 2, 北京（2） 徐匡