棒材車間穿水冷卻的工藝特點(diǎn)

侯紅杰郝利強(qiáng)李連江尹紅偉

（中鋼集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院石家莊設(shè)計(jì)院，河北石家莊050020）

棒材車間穿水冷卻的工藝特點(diǎn)

侯紅杰郝利強(qiáng)李連江尹紅偉

（中鋼集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院石家莊設(shè)計(jì)院，河北石家莊050020）

控制軋制和控制冷卻是軋鋼生產(chǎn)技術(shù)重要的發(fā)展方向，介紹了魯麗棒材的車間的工藝特點(diǎn)及穿水冷卻在魯麗棒材車間的應(yīng)用。

預(yù)穿水穿水終軋溫度

魯麗集團(tuán)2010年9月新建的螺紋鋼、圓鋼生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。其軋線采用全連軋工藝，產(chǎn)品為Ф10～Ф50 mm熱軋帶肋鋼筋和Ф18～Ф60 mm熱軋圓鋼，最高終軋速度為單線18 m/s。車間主要設(shè)備有步進(jìn)式加熱爐、高壓水除鱗裝置、短應(yīng)力線軋機(jī)、穿水冷卻系統(tǒng)、冷床、850 t冷剪、自動(dòng)打捆機(jī)等。原料為150 mm×150 mm×12 000 mm和180 mm×180 mm× 12 000 mm連鑄坯。本車間穿水冷卻裝置由預(yù)穿水冷卻系統(tǒng)和穿水冷卻系統(tǒng)兩部分組成，分別布置在中、精軋機(jī)組之間和精軋機(jī)組與倍尺飛剪之間。

1 生產(chǎn)工藝

1.1 工藝平面布置（見圖1）

圖1 工藝平面布置圖

1.2 主要設(shè)備性能

（1）加熱爐。加熱爐為側(cè)進(jìn)側(cè)出步進(jìn)梁式加熱爐，額定加熱能力150 t/h，采用汽化冷卻工藝，燃料為高爐煤氣。

（2）軋機(jī)。軋機(jī)主要性能見表1。

（3）飛剪。飛剪主要性能見表2。

（4）精整設(shè)備。冷床為步進(jìn)齒條式，面積108 m× 12.5 m，齒條步距110 mm，上冷床為液壓制動(dòng)板制動(dòng)方式。定尺剪切設(shè)備為850 t固定式冷剪。

表1 軋機(jī)主要性能

表2 飛剪主要性能

2 穿水冷卻裝置的布置和設(shè)備特點(diǎn)

（1）預(yù)穿水冷卻裝置。結(jié)構(gòu)組成：每段預(yù)穿水冷卻裝置由進(jìn)水水箱、二組噴嘴，4段文氏管、回水管及出口偏轉(zhuǎn)箱等組成。系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：每段長(zhǎng)度為2.5 m；數(shù)量為2段；總長(zhǎng)為約6.0 m；進(jìn)水溫度為不大于35℃；出水溫度為小于55℃；供水量為50～150 t/h；最大供水壓力為1.8 MPa。

（2）穿水冷卻裝置。結(jié)構(gòu)組成：每段穿水冷卻裝置由進(jìn)水水箱、二組噴嘴，9段文氏管、回水管及出口偏轉(zhuǎn)箱等組成，每個(gè)通道通常有4段穿水冷卻裝置構(gòu)成，第4段為加阻水器的緩冷段構(gòu)成。系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)：每段長(zhǎng)度為4.1 m；總長(zhǎng)為約16 m；進(jìn)水溫度為不大于35℃；出水溫度為小于55℃；供水量為180～650 t/h；最大供水壓力為1.8 MPa。

穿水冷卻由穿水冷卻裝置、輸送輥道、橫移小車三部分構(gòu)成。穿水冷卻裝置、輸送輥道安裝在一套橫移小車裝置上。生產(chǎn)時(shí)橫移小車進(jìn)行移動(dòng)，滿足單線穿水和二切分穿水、四切穿水的生產(chǎn)要求。

橫移小車設(shè)置相同的5個(gè)穿水冷卻裝置安裝工位，即單線Φ22～Φ28、單線Φ32～Φ50、雙線Φ14～Φ16、雙線Φ18～Φ20、四線Φ10～Φ21。對(duì)于不需穿水的規(guī)格，由旁路輸送輥道通過。

3 穿水冷卻的配置

3.1 冷卻裝置的工藝特點(diǎn)

（1）調(diào)整靈活，調(diào)節(jié)范圍大。由于控制冷卻鋼筋的力學(xué)性能主要是由鋼筋的自回火溫度決定的，通過控制鋼筋的自回火溫度可得到不同要求的力學(xué)性能，而自回火溫度則與終軋溫度軋制速度以及冷卻裝置的冷卻效率有關(guān)。工藝上要求冷卻裝置的冷卻能力調(diào)節(jié)自如，并且要求調(diào)節(jié)的范圍大，以適應(yīng)不同規(guī)格及性能的需要。

（2）冷卻均勻。該冷卻裝置冷卻采用菱形斷面，冷卻水除沿鋼筋長(zhǎng)度方向高速流動(dòng)外，由于截面變化，造成壓力的變化（在垂直鋼筋方向上）也有較劇烈的攪動(dòng)。水流的兩種運(yùn)動(dòng)結(jié)合，保證得到較大的冷卻能力，同時(shí)也保證了整個(gè)截面冷卻的均勻性。

（3）冷卻裝置移動(dòng)方便。在軋制生產(chǎn)線上的不同通徑的水冷裝置和輥道并列，根據(jù)需要可由人工任意更換。

3.2 預(yù)穿水冷卻裝置的配置

加熱溫度影響軋前原始奧氏體晶粒的大小，各道次的軋制溫度及終軋溫度影響道次之間及終軋后的奧氏體再結(jié)晶程度及再結(jié)晶后的晶粒大小。奧氏體化溫度低，軋后余熱處理后，鋼筋的力學(xué)性能好。從生產(chǎn)中經(jīng)驗(yàn)中得出：在1 000～700℃之間，終軋溫度每降低100℃，鐵素體晶粒能變細(xì)3～4 μm。而鋼材的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度與鐵素體晶粒尺寸的D-1/2成正比。

相關(guān)資料也表明采用預(yù)穿水軋制,抗拉強(qiáng)度增加25 MPa、屈服強(qiáng)度增加15 MPa。微量的鈮可使未再結(jié)晶溫度提高到軋制可實(shí)現(xiàn)的程度，終軋前穿水又使溫度有所下降，加上終軋較大變形量，使得晶粒被拉長(zhǎng)，在奧氏體向珠光體、鐵素體轉(zhuǎn)變過程中，形核率增加，晶粒細(xì)化［1］。因此，為實(shí)現(xiàn)低溫精軋工藝，在精軋機(jī)組前裝有冷卻段，并留出一定的距離，以使軋件在進(jìn)入最后精軋道次時(shí)有一段均溫過程，確保進(jìn)入精軋機(jī)最后軋制的軋件表面和芯部溫差不大于50℃［2］。

3.3 精軋后穿水冷卻的配置

穿水冷卻工藝技術(shù)在我國小型材生產(chǎn)線上已廣泛應(yīng)用，其機(jī)理是利用鋼筋的軋后余熱進(jìn)行淬火回火式熱處理，即對(duì)奧氏體狀態(tài)下熱軋鋼筋進(jìn)行軋后快速冷卻，使鋼筋表面淬火形成馬氏體，隨后靠其芯部釋放出的余熱進(jìn)行自回火，使馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я＜?xì)小均勻的索氏體，提高強(qiáng)度與塑性。

對(duì)鋼筋熱軋后立即進(jìn)行鋼筋表面激冷，對(duì)Ф12～Ф50 mm的鋼筋，表面冷卻速度可達(dá)800～1 000℃/s。表面終止冷卻溫度控在鋼的Ms點(diǎn)以上。這樣可保證鋼筋表面不產(chǎn)生馬氏體相變。而后鋼筋表面借助內(nèi)部熱量傳導(dǎo)至過冷表面，使表面迅速升溫至Ar1點(diǎn)以上，隨后與鋼筋心部一起進(jìn)入高溫轉(zhuǎn)變區(qū)，形成鐵素體＋珠光體組織。

本工程在精軋機(jī)組后按常規(guī)布置了有效長(zhǎng)度16 m的穿水冷卻器，4個(gè)穿水通道，1個(gè)旁通通道，用于分別滿足不同鋼種不同規(guī)格圓鋼和熱軋鋼筋的需要。

4 應(yīng)用效果

從表3常規(guī)性能指標(biāo)來看，傳統(tǒng)軋制工藝無論是抗拉強(qiáng)度（Rm）、屈服強(qiáng)度（Rel），還是試樣的晶粒度、延伸率（A）都沒有經(jīng)過控軋控冷后的試樣指標(biāo)好，經(jīng)控軋控冷軋制的鋼筋，其抗拉強(qiáng)度提高11.2 MPa，屈服強(qiáng)度提高34.5 MPa，延伸率提高1.1%，晶粒度提高1.1級(jí)；在試驗(yàn)階段，取樣進(jìn)行時(shí)效對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，控軋控冷三級(jí)螺紋鋼隨著時(shí)間的推移，其性能穩(wěn)定；針對(duì)穿水冷卻的細(xì)晶鋼筋經(jīng)過高溫加熱過程會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榇执蟮木Я?，并且成分相?duì)偏低等因素會(huì)造成控軋控冷鋼筋焊接強(qiáng)度偏低，為此進(jìn)行焊接工藝改進(jìn)試驗(yàn)，通過簡(jiǎn)單易行的小能量多道次的焊接方法，使得控軋控冷螺紋鋼焊接性能達(dá)到100%合格［3］。

表3 控軋控冷鋼與傳統(tǒng)工藝鋼性能對(duì)比

5 結(jié)論

（1）通過預(yù)穿水和穿水2段式控軋控冷后的產(chǎn)品性能比傳統(tǒng)軋制明顯提高?？剀埧乩湓嚇优c傳統(tǒng)軋制試樣的性能比較來看，經(jīng)控軋控冷的試樣，其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度都有所提高，而且晶粒尺寸更小，細(xì)化了晶粒，使材質(zhì)的韌性和塑性得到進(jìn)一步改善。

（2）預(yù)穿水設(shè)備和穿水設(shè)備使終軋溫度降低，軋后溫度也驟降，相應(yīng)2號(hào)飛剪、3號(hào)飛剪及精軋機(jī)組負(fù)荷增大，電機(jī)功率也需相應(yīng)提高。［1］張嘉謀.控軋控冷Ⅲ級(jí)螺紋鋼的開發(fā)及性能研究［J］.江西冶金，2007（1）：3.

［2］孫建國.控軋控冷技術(shù)在小型材生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.軋鋼，2004（4）：37.

［3］程知松.棒材生產(chǎn)線及穿水冷卻系統(tǒng)［J］.金屬世界，2010（5）：83.

（編輯：苗運(yùn)平）

Abstract：The controlled rolling and controlled cooling technique is the important development direction of steel rolling.Its application production line was introduced in the Luli small section.

Key words：pre-cooling,cooling system,finish rolling temperature

Character of Cooling System in Bar Rolling Line

HOU Hongjie HAO Liqiang LI LianjiangYIN Hongwei
（SINOSTEELShijiazhuangEngineeringDesign&Research Institute,Shijiazhuang 050020，China）

TG335.12

A

2011－01－25

侯紅杰（1976-），男，在中鋼集團(tuán)石家莊設(shè)計(jì)院從事軋鋼工程設(shè)計(jì)，工程師。Tel：0311-8158252，E-mail：hhj_1976@sina.com

1672-1152（2011）01-0057-03