中間坯冷卻工藝（IC）在單機架爐卷產線的應用

蔡茗宇，王 永，蔡瑞濤，劉朝振，賈保禎

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

1 前言

山東鋼鐵集團日照有限公司中厚板廠（簡稱山鋼日照公司中厚板廠）3500爐卷產線于2019年4月投產，生產5～80 mm 厚度規格鋼板。20～80 mm厚度規格鋼板通常采用控軋工藝生產，中間坯需要待溫至一定溫度以下才能進入精軋道次軋制，這種傳統的控軋工藝待溫時間較長，嚴重影響了軋機機時產量［1-3］。若采用批軋方式生產，需要對坯料長度進行限制，對生產計劃要求較高，在時序控制上存在較多的不確定性因素。同時，經過了粗大變形量的軋制，晶粒內部儲存了大量的畸變能，中間坯在再結晶區待溫過程中，高溫的影響及畸變能的釋放會使晶粒會進一步長大［4-6］。隨后，中間坯進入部分再結晶區待溫，由于組織具有遺傳性，長大的晶粒對整個精軋過程的工藝效果造成直接影響［7-8］。因此，在中厚板采用控制軋制工藝時，需要控制待溫過程中中間坯晶粒的長大。為此，山鋼日照公司中厚板廠開發了中間坯冷卻（IC）工藝，在大幅度提高生產效率的同時，有效提高了鋼板的力學性能。

2 工藝控制

中間坯冷卻工藝主要應用布置于軋機之后的超快冷設備，設備參數：組數4（縫隙）+30（高密）；水壓0.2～0.5 MPa；使用高度20～600 mm；冷卻模式為通過式/擺動式。

2.1 工藝流程

中間坯冷卻（IC）工藝是坯料軋至中間坯厚度，由輥道輸送至超快冷設備，采用通過式或擺動式冷卻后輸送回機前，在機前進行短時間擺動，隨后進行精軋道次軋制，避免了中間坯在機前進行長時間待溫。中間坯冷卻（IC）工藝如圖1所示。

圖1 中間坯冷卻（IC）工藝流程

在進行第一道次軋制前，超快冷模型通過軋機的PDI 信息獲得中間坯厚度、中間坯長度、精軋開軋目標溫度以及需要的中間坯冷卻溫度。當軋至中間坯厚度后，中間坯以3 m/s 被輸送至超快冷進行冷卻。由Tb高溫計掃描出頭中尾溫度發送給模型用于計算加速度；模型根據T1高溫計檢測出的溫度進行預計算，計算出預計需要開啟的組數、水量、輥道速度、加速度；中間坯運行至T2高溫計，模型進行修正計算，確定最終的組數和水量。冷卻結束后，中間坯返回軋機前，由T0高溫計進行溫度檢測，檢測出的溫度發送至自學習模型進行計算修正，以提高溫度命中率。

2.2 問題及解決辦法

（1）中間坯頭尾過冷。由于中間坯冷卻需要開啟的組數較多、水量較大，在進行中間坯冷卻時，超快冷沒有物料跟蹤，出現了頭尾過冷的現象，與身段溫差接近80 ℃。將軋機對中間坯頭尾的跟蹤位置發送給超快冷，超快冷進行頭尾遮蔽控制，有效解決了頭尾過冷的現象。

（2）中間坯咬鋼沖擊過大。由于中間坯厚度較大，中間坯冷卻后，表面與心部存在較大溫差，雖然中間坯表面有足夠的返紅溫度，但對軋機的沖擊依然很大。在軋機模型中增加ASC功能，利用粗軋階段的高溫特性，在粗軋的最后一道對頭部進行變厚度軋制，將頭部厚度減薄3～5 mm，從而保證精軋第一道次順利咬入。

3 中間坯冷卻工藝的應用試驗

3.1 中間坯冷卻工藝試驗

不同厚度和冷卻溫度的中間坯冷卻工藝試驗數據如表1 所示。3#鋼采用中間坯冷卻工藝，4#鋼采用傳統控軋工藝，待溫時間前者少于后者235 s，這說明此工藝能夠大幅度減少待溫時間。從表1可以看出，當中間坯厚度相同時（1#和2#鋼），精軋溫度和終軋溫度均隨中間坯冷卻溫度的降低而降低，中間坯待溫時間隨中間坯冷卻溫度的降低而減少。當中間坯厚度不同時（2#和3#鋼），中間坯厚度越厚，待溫時間則越長。這說明中間坯厚度越厚，冷卻后的中間坯表面與心部溫差越大，反而造成返溫后的表面溫度要明顯高于精軋開始溫度，待溫時間增加。因此，在滿足性能的條件下，選擇合適的中間坯厚度和中間坯冷卻目標溫度，才能達到最佳的生產效率。

表1 中間坯冷卻工藝試驗（成品厚度30 mm）

3.2 中間坯冷卻工藝性能試驗

投用與不投用中間坯冷卻工藝的鋼板性能如表2所示。使用中間坯冷卻工藝的3#鋼，屈服強度和抗拉強度高于4#鋼；-20 ℃沖擊韌性相近。從3#和4#鋼1/4處金相組織可以看出，3#鋼的晶粒較4#鋼細，珠光體組分比4#鋼多（如圖2所示）。這說明中間坯冷卻工藝將中間坯直接冷卻至精軋開軋溫度附近，減少了待溫時間，抑制了奧氏體晶粒長大，為精軋過程及之后的控冷提供了良好的組織基礎。

表2 不同工藝的鋼板性能

圖2 3#和4#鋼1/4處金相組織

4 結語

（1）中間坯冷卻工藝可以大幅度縮減中間坯待溫時間，提高生產效率；選擇合適的中間坯厚度和IC溫度，才能達到最佳的生產效率。

（2）開發中間坯冷卻頭尾遮蔽和中間坯ASC功能，有效解決了頭尾過冷和精軋咬鋼沖擊大的問題。

（3）中間坯冷卻工藝抑制奧氏體晶粒長大，為精軋過程及之后的控冷奠定了良好的組織基礎，提高了鋼板的力學性能。