熱軋層流冷卻的冷卻策略研究

冉瑞生

摘 要：熱軋層流冷卻是決定帶鋼組織性能的重要工藝環節，而冷卻策略是決定帶鋼組織性能的重要工藝制度。文章對熱軋層流冷卻的冷卻策略進行了研究，從冷卻模式、冷卻速度和目標卷取溫度幾個方面進行了系統的分析。

關鍵詞：熱軋帶鋼；冷卻策略；工藝制度；冷卻模式

在熱軋帶鋼生產中，層流冷卻是重要的工藝環節，其控制的卷取溫度決定了成品帶鋼的加工性能，力學性能和物理性能，所以熱軋生產必須對層流冷卻系統進行嚴格控制和管理。

為了達到帶鋼的組織性能要求，層流冷卻必須制定冷卻工藝制度，即冷卻策略，主要包括冷卻模式、冷卻速度和目標卷取溫度。由于冷卻策略在層流冷卻中的重要作用，很多研究者對此進行了研究[1-4]。本文從冷卻模式、冷卻速度和目標卷取溫度幾個方面進行了研究，介紹了我們提供的冷卻模式，以及我們最近開發的兩段式冷卻模式，并對冷卻速度和目標卷取溫度進行了分析。

1 層流冷卻系統簡介

層流冷卻裝置布置在精軋機之后，卷取機之前的輸出輥道上、下方。根據冷卻集管水量的大小分為粗冷段和精冷段。粗冷段集管的水量大，冷卻能力強，帶鋼冷卻主要集中在粗冷段；精冷段集管的水量較小，冷卻能力較弱，主要是用于控制卷取溫度的精度。在第一個冷卻區段的入口、最后一個冷卻區段的出口、以及相鄰兩個冷卻區段之間均設有側噴，用于除去帶鋼上表面的積水。在精軋末機架的出口裝有測厚儀，測量帶鋼終軋時的實際厚度。在精軋末機架的出口、粗冷段和精冷段之間，以及精冷段之后分別裝有高溫計，分別測量相應位置的實際溫度。層流冷卻的常規設備布置圖如圖1所示，其中中間高溫計在某些熱軋廠未布置。

圖1 層流冷卻設備的常規布置形式

2 層流冷卻的冷卻策略

層流冷卻的冷卻策略是帶鋼冷卻的工藝制度，主要包括帶鋼的冷卻模式、冷卻速度和目標卷取溫度，是影響熱軋最終產品組織性能的重要因素。本文主要就冷卻模式、冷卻速度和目標卷取溫度進行分析和研究。

2.1 冷卻模式

冷卻模式是指層流冷卻閥門的開啟順序和方向，決定了帶鋼從精軋機出來后，經過水冷區和空冷區的先后。因為粗冷段的冷卻能力較強，發生組織性能的轉變主要是在粗冷段，而精冷段主要用于控制卷取溫度的精度。所以對于冷卻模式，我們主要是對粗冷段而言。根據熱軋生產的特點和要求，我們提供了早冷模式、晚冷模式和空冷模式，以及我們最近開發的兩段式冷卻模式。

2.1.1 早冷模式

早冷模式是在帶鋼離開精軋機末機架后在粗冷段以一定的冷卻速度經過水冷，然后經過空冷，最后由精冷段的水冷進行微調的冷卻模式。在這種冷卻模式下，閥門開啟時從精軋機出口開始，朝著卷取機的方向開啟；閥門關閉時朝著精軋機出口方向關閉。其冷卻路徑如圖2 所示。

2.1.2 晚冷模式

晚冷模式是在帶鋼離開精軋機末機架后在粗冷段先經過空冷，再以一定的冷卻速度經過水冷，最后由精冷段的水冷進行微調的冷卻模式。在這種冷卻模式下，閥門開啟時從卷取機方向開始，朝著精軋機出口方向開啟；閥門關閉時朝著卷取機的方向關閉。其冷卻路徑如圖3所示。

2.1.3 兩段式冷卻

近年來，一些熱軋廠需要生產一些品種鋼，常規的早冷和晚冷模式已不再滿足要求。為此，我們開發了兩段式冷卻模式，并應用到生產現場。兩段式冷卻是帶鋼從精軋機出來后，在粗冷段經過水冷→空冷→再水冷→再空冷，最后經過精冷段適當水冷微調的冷卻模式。兩段式冷卻的兩段水冷區可以具有不同的冷卻速度，以滿足冷卻工藝對產品組織性能的特殊要求；并且兩段水冷區之間的空冷時間可調節。兩段式冷卻的冷卻路徑如圖4所示。

2.1.4 空冷模式

在精軋機組和卷取機之間，不采用水冷，而使帶鋼在空氣中通過輻射和對流自然冷卻。此模式適用于一些薄規格帶鋼或僅需自然冷卻的帶鋼。

2.2 冷卻速度

冷卻速度是針對水冷而言，是指帶鋼在一定的冷卻時間里達到多大的溫降，溫降越大，冷卻速度越大；反之越小。冷卻速度是決定帶鋼組織性能的重要因素之一。一般說來，某個鋼種和規格的冷卻速度目標值由工藝專業在生產前確定。

在層流冷卻系統中，通過配置不同的噴水模式，即閥門開啟的稀疏程度來控制帶鋼的冷卻速度。對于常規熱軋生產，我們一般配置5種基本噴水模式。這里，以一組冷卻集管有4個閥門為例，常規的噴水模式有4/4模式，3/4模式，2/4模式，1/4模式和空冷模式。4/4模式表示每4個閥門里打開4個閥門，上、下集管對稱打開。其他的噴水模式以此類推。

在同一種噴水模式下，不同的帶鋼厚度和帶鋼運行速度會有不同的冷卻速度。層流冷卻模型會根據精軋出口溫度、帶鋼速度和帶鋼厚度等因素，自動選擇一種噴水模式，以盡可能地接近目標冷卻速度，從而滿足工藝要求。

2.3 目標卷取溫度

目標卷取溫度也是決定帶鋼組織性能的重要因素之一。一般說來，目標卷取溫度由工藝專業根據訂單要求，以及熱軋廠工藝和設備特點在生產前事先制定好的。各個鋼種和規格制定一定的目標卷取溫度。表1是某熱軋廠的具有代表性的鋼種和規格的目標卷取溫度：

3 結束語

熱軋層流冷卻的冷卻策略是熱軋生產的重要工藝制度，是決定帶鋼組織性能的主要因素，本文從冷卻模式、冷卻速度和目標卷取溫度幾個方面進行了研究。

參考文獻

[1]霍向東，柳得櫓，孫賢文，等.CSP層流冷卻工藝對低碳鋼組織和性能的影響[J].鋼鐵，2003，38（8）：30-34.

[2]成小軍，賈友生，李志超，等.卷取溫度對Ti-IF鋼板組織及性能的影響[J].金屬熱處理，2012，37（6）：85-88.

[3]齊亮，申幫坡，胡義鋒，等.卷取溫度對釩管線鋼組織和性能的影響研究[J].熱加工工藝，2012，41（10）：23-25.

[4]呂長寶.SS400厚規格帶鋼力學性能的控制[J].軋鋼，2008，25（4）：12-15.