厚板的层流冷却方法、热连轧生产线及其层流冷却系统

摘要

本发明涉及一种厚板的层流冷却方法、一种热连轧生产线及其层流冷却系统，所述层流冷却方法使用热连轧生产线的层流冷却系统对所述厚板进行层流冷却，所述厚板沿所述热连轧生产线的轧制方向通过所述层流冷却系统，并且，所述层流冷却系统对所述厚板的冷却依次包括第一次冷却、第二次冷却以及第三次冷却，所述第一次冷却和所述第三次冷却的冷却速度大于所述第二次冷却的冷却速度。本发明的厚板的层流冷却方法通过对厚板施行三段式冷却，使得钢板性能沿厚度方向的不均匀性减小，提高厚板物理性能。

说明书

技术领域

本发明涉及轧钢领域，具体地，涉及一种厚板的层流冷却方法、一种热 连轧生产线的层流冷却系统以及一种热连轧生产线。

背景技术

在热连轧带钢的生产过程中，需要对从精轧机中轧制出的带钢进行层流 冷却以将卷取温度控制在适合的范围内，从而保证生产出的带钢的性能。层 流冷却的基本原理是通过控制层流冷却系统的集管开启数量和冷却水流量 等，保证带钢进入卷取机后的卷取温度，从而改善带钢的金相组织及性能。 钢板从精轧机中轧制出后温度较高，在层流冷却系统中的温度变化较大，在 冷却过程中钢板的组织性能等也会发生较大变化，直接影响生产出的带钢的 质量，因此，层流冷却系统的设置形式和控制方法会影响带钢的质量。

例如，采用具有高密度管层流冷却装置的层流冷却系统作为生产宽厚板 的热连轧生产线的层流冷却系统，首先，在该层流冷却系统中，钢板需要从 900℃左右下降至500℃左右，温度变化较大，在此过程中钢板的对热流系数 和热物理参数也将随温度变化而产生变化，其次，冷却水流冲击到钢板表面， 沿钢板的长度方向，在近冲击区一定范围内为冷却水的层流区，较远处为冷 却水的紊流区，在层流区和紊流区之间为过渡区，整个冷却过程经历了不同 的冷却阶段，钢板传热过程是非稳态的。就宽厚板本身而言，其长宽尺寸远 远大于厚度方向的尺寸，而厚度方向的散热量又大于其它两个方向，钢板在 冷却过程中，表面的温度下降比中心部位大的多，在300℃~700℃之间，钢 板与冷却水间的换热系数随钢板温度的下降呈指数形式增大，造成冷却过程 中钢板表面冷却速度不断提高，也使钢板厚度方向温度梯度加大，并且钢板 越厚，冷却速度越大，钢板表面和中心部位的温度差也越大，表层的实际冷 却速度比中心部位的冷却速度大的多，而钢板表面和中心部位的冷却速度差 过大会造成钢板的显微组织沿钢板厚度方向不均，使钢板性能沿厚度方向不 均。对于宽厚板的生产，目前使用快速冷却的方式进行层流冷却，即短时间 内强制性冷却，使得钢板性能沿厚度方向的不均匀性变大，甚至可造成钢板 表面产生非正常组织，影响钢板性能，并且层流冷却系统的冷却长度愈短， 钢板愈厚，这一缺点就愈突出。

因此，层流冷却系统的设置形式以及冷却强度的调整精度等对钢板性能 的保证以及卷取温度的稳定控制都非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种厚板的层流冷却方法，该方法通过对厚板施行 三段式冷却，使得钢板性能沿厚度方向的不均匀性减小，提高厚板物理性能。

本发明的另一个目的是提供一种热连轧生产线的层流冷却系统，该系统 安装有温度测定装置，并且该系统的冷却装置分段安装且可以通过控制单元 分别调控，从而提高了冷却强度的调整精度，有利于保证钢板的性能。

此外，本发明还提供了一种层流冷却系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种厚板的层流冷却方法，该方法使 用热连轧生产线的层流冷却系统对所述厚板进行层流冷却，所述厚板沿所述 热连轧生产线的轧制方向通过所述层流冷却系统，并且，所述层流冷却系统 对所述厚板的冷却依次包括第一次冷却、第二次冷却以及第三次冷却，所述 第一次冷却和所述第三次冷却的冷却速度大于所述第二次冷却的冷却速度。

优选地，所述第一次冷却和所述第三次冷却为水冷，所述第二次冷却为 空冷。

优选地，所述第二次冷却开始时，所述厚板的表面温度为710℃~730℃； 所述第二次冷却结束时，所述厚板的表面温度为660℃~700℃。

优选地，该方法包括在对所述厚板进行所述第二次冷却的过程中对所述 厚板的表面温度进行测定，然后比较测定值与目标温度值，当所述测定值等 于所述目标温度值时，维持当前冷却状态；当所述测定值大于所述目标温度 值时，增大所述第一次快速冷却的冷却速度；当所述测定值小于所述目标温 度值时，减小所述第一次快速冷却的冷却速度。

优选地，在所述第二次冷却进行到1/3至2/3处的位置对所述厚板的表 面温度进行测定，所述目标温度值为700℃~720℃。

优选地，所述厚板的厚度为18mm~45mm。

本发明还提供了一种热连轧生产线的层流冷却系统，该层流冷却系统包 括沿该热连轧生产线的轧制方向依次设置的第一快速冷却段、空冷段和第二 快速冷却段。

优选地，所述第一快速冷却段和所述第二快速冷却段分别包括沿所述热 连轧生产线设置的多个冷却组，所述冷却组包括集管以及调节该集管内冷却 水流量的调节阀，所述空冷段中设置有温度测定装置，该热连轧层流冷却系 统还包括控制所述调节阀的控制单元，所述温度测定装置与所述控制单元电 连接，以将测定值传输至所述控制单元。

优选地，每个所述冷却组均包括多根集管，并且每根所述集管上均设置 有所述调节阀。

优选地，所述控制单元中设定有目标温度值，当所述温度测定装置的测 定值等于所述目标温度值时，所述控制单元控制所述第一快速冷却段的调节 阀维持当前状态；当所述温度测定装置的测定值大于所述目标温度值时，所 述控制单元调节所述第一快速冷却段中的调节阀，以在所述第一快速冷却段 中开启更多的所述调节阀和/或增大所述集管的冷却水流量；当所述温度测定 装置的测定值小于所述目标温度值时，所述控制单元调节所述第一快速冷却 段中的调节阀，以在所述第一快速冷却段中开启更少的所述调节阀和/或减小 所述集管的冷却水流量。

优选地，所述温度测定装置位于所述空冷段沿其长度的1/3至2/3的区 域内，所述目标温度值为700℃~720℃。

优选地，该层流冷却系统包括用于测量热连轧生产线的辊道速度的速度 传感器，该速度传感器与所述控制单元电连接，以将测得的辊道速度传输给 所述控制单元。

本发明还提供了一种热连轧生产线，该热连轧生产线包括所述层流冷却 系统、多台精轧机和卷取机，所述层流冷却系统设置在沿该热连轧生产线的 轧制方向的最后一台精轧机和所述卷取机之间。

根据本发明的厚板的层流冷却方法是对厚板施行三段式冷却，第二次冷 却的冷却速度较小从而使钢板的表面温度和内部温度的差值减小，并且还可 以将第二次冷却设置为空冷，对钢板暂停层流冷却而使钢板自然冷却，使得 厚板的温度在空冷段能够更趋于均匀化，从而使厚板的显微结构沿厚度方向 均匀化，防止厚板表面产生非正常组织，提高厚板的性能。

根据本发明的热连轧生产线的层流冷却系统包括三个冷却段，第一快速 冷却段和第二快速冷却段都包括多个冷却组，并且冷却组的集管中上安装有 调节阀，从而增大了该系统的冷却强度的调整范围；并且，空冷段中还安装 有温度控制装置，从而通过温度的测定值和控制单元可以对该系统的冷却强 度进行调整，以使得厚板处于较好的冷却状态；通过对钢板在整个系统的不 同段的冷却强度的控制，有利于优化钢板的金相组织结构，提高钢板的物理 性能。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：

图1是根据本发明的热连轧生产线的局部结构示意图。

附图标记说明

1第一快速冷却段        2空冷段

3第二快速冷却段        4冷却组

5温度测定装置          6精轧机

7卷取机                8带钢

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。

本发明的厚板的层流冷却方法使用热连轧生产线的层流冷却系统对厚 板进行层流冷却，厚板沿热连轧生产线的轧制方向通过层流冷却系统，并且， 层流冷却系统对厚板的冷却依次包括第一次冷却、第二次冷却以及第三次冷 却，第一次冷却和第三次冷却的冷却速度大于第二次冷却的冷却速度。

根据本发明的厚板的层流冷却方法是对厚板施行三段式冷却，层流冷却 刚开始时，厚板的温度较高，冷却速度较快，厚板的表面和中心部位的温差 会很快增大，因次，在第一次冷却之后增设第二次冷却，第二次冷却的冷却 速度较小，从而使厚板在第二次冷却的过程中表面温度和内部温度的差值逐 渐减小，使得厚板的温度更趋于均匀化，从而使厚板的显微结构沿厚度方向 均匀化，防止厚板表面产生非正常组织，提高厚板的性能。

优选地，第一次冷却和第三次冷却为水冷，第二次冷却为空冷，即在第 一次冷却和第三次冷却中采用冷却水对厚板进行层流冷却，在第二次冷却过 程中仅使厚板自然冷却，在这种情况下，由于厚板在第一次冷却过程中受到 冷却水的强烈冷却使得厚板的表面和中心存在较大的温差，厚板在第二次冷 却的过程中自然冷却，更有利于厚板的中心的热量逐渐向厚板的表面扩散， 因此更有利于厚板的温度趋于均匀化。

优选情况下，第二次冷却开始时，厚板的表面温度为710℃~730℃；第 二次冷却结束时，厚板的表面温度为660℃~700℃，通过控制空冷开始时与 结束时厚板的表面温度来控制空冷的位置和时间，使钢板的晶粒细化、金相 组织转变以及结构均匀性更好。

另外，作为一种优选实施方式，还可以在对厚板进行第二次冷却的过程 中对厚板的表面温度进行测定，然后比较测定值与目标温度值，并通过比较 结果来对冷却状态进行调整。具体地，当测定值等于目标温度值时，维持当 前冷却状态；当测定值大于目标温度值时，增大第一次快速冷却的冷却速度； 当测定值小于目标温度值时，减小第一次快速冷却的冷却速度。通过对冷却 速度的调整能够有效确保生产的厚板处于较好的冷却强度，从而优化厚板的 组织结构和性能。由于第二次冷却的冷却速度小于第一次冷却和第三次冷却 的冷却速度，厚板的温度变化速度也较小，因此，在第二次冷却的过程中对 厚板的表面温度进行检测，这样更有利于对第一次冷却的冷却效果进行检 测，并对第一次冷却和第二次冷却的冷却速度进行相应地调整。

另外，目标温度值是通过厚板的厚度和第一次冷却结束时的温度、辊道 速度以及温度测定点的位置等确定的，对于常见的厚板而言，在第二次冷却 进行到1/3至2/3中的任一位置对厚板的表面温度进行测定，目标温度值优 选为700℃~720℃。

优选地，厚板的厚度为18mm~45mm，本发明的层流冷却方法应用于该 厚度的厚板的生产能够达到较理想的效果。

本发明还提供了一种热连轧生产线的层流冷却系统，该层流冷却系统包 括沿该热连轧生产线的轧制方向依次设置的第一快速冷却段1、空冷段2和 第二快速冷却段3。参加图1，空冷段2是从A1点到A2点的部分。

该热连轧生产线的层流冷却系统包括三个冷却段，对厚板施行三段式冷 却，第一快速冷却段1和第二快速冷却段3采用冷却水对厚板进行冷却，第 二个冷却段为空冷段2，从而使得在第一快速冷却段1中强制快速冷却的厚 板在空冷段2中自然冷却，厚板的表面和中心的温差逐渐减小，厚板的温度 更趋于均匀化，从而使厚板的显微结构沿厚度方向更均匀化，防止厚板表面 产生非正常组织，有利于优化钢板的金相组织结构，提高钢板的物理性能。

优选地，第一快速冷却段1和第二快速冷却段3分别包括沿热连轧生产 线设置的多个冷却组4，冷却组4包括集管以及调节该集管内冷却水流量的 调节阀，空冷段2中设置有温度测定装置5（图1中的温度测定装置5设置 在A点处），该热连轧层流冷却系统还包括控制调节阀的控制单元，温度测 定装置5与控制单元电连接，以将测定值传输至控制单元。通过在第一快速 冷却段1和第二快速冷却段3中均设置多个冷却组4，并且在冷却组4的集 管上安装调节阀，对第一快速冷却段1和第二快速冷却段3中的冷却水流量 进行调节（从而引起冷却速度的变化）；并且，空冷段2中还安装有温度控 制装置，从而通过温度的测定值和控制单元可以对整个层流冷却系统的冷却 强度进行调整，以使得厚板处于较好的冷却状态，有利于优化钢板的组织结 构，提高钢板的物理性能。

其中，空冷段2中也可以安装有可关闭的冷却组4，通常情况下，一个 热连轧生产线往往用于多种型号钢材的生产，在生产厚板时将A1点到A2 点之间的冷却组4关闭即形成了空冷段4，在生产其它钢材时，可以再将A1 点到A2点之间的冷却组4打开。并且，A1点到A2点的长度（即空冷段2 的长度）可以通过所关闭的冷却组4的数量的不同而不同。

作为一种优选实施方式，每个冷却组4均包括多根集管，并且每根集管 上均设置有调节阀，在这种情况下，每根集管均为单阀单控，从而增大了冷 却速度的调整精度，更有利于控制冷却速度。

优选地，控制单元中设定有目标温度值，并通过比较目标温度值和测量 值来对冷却状态进行调整。当温度测定装置5的测定值等于目标温度值时， 控制单元控制第一快速冷却段1的调节阀维持当前状态；当温度测定装置5 的测定值大于目标温度值时，控制单元调节第一快速冷却段1中的调节阀， 以在第一快速冷却段1中开启更多的调节阀和/或增大集管的冷却水流量，从 而增大第一快速冷却段1的冷却速度；当温度测定装置5的测定值小于目标 温度值时，控制单元调节第一快速冷却段1中的调节阀，以在第一快速冷却 段1中开启更少的调节阀和/或减小集管的冷却水流量，从而减小第一快速冷 却段3的冷却速度。通过对冷却速度的调整能够有效确保生产的厚板处于较 好的冷却强度，从而优化厚板的组织结构和性能。由于在空冷段2中厚板的 温度变化速度较小，并且空冷段2中没有冷却组4，不向厚板喷射冷却水， 因此，将温度测定装置5安装在空冷段2中，这样有利于温度测定装置5的 安装以及对厚板温度的测定，并且还有利于对第一快速冷却段1的冷却效果 进行检测，并对第一快速冷却段1和第二快速冷却段3的冷却速度进行相应 地调整。

此外，目标温度值是通过厚板的厚度、第一次冷却结束时温度、辊道速 度以及温度测定点的位置等确定，温度测定装置5优选位于空冷段2沿其长 度的1/3至2/3的区域内，目标温度值优选为700℃~720℃。

并且，优选情况下，该层流冷却系统还可包括用于测量热连轧生产线的 辊道速度的速度传感器，该速度传感器与控制单元电连接，以将测得的辊道 速度传输给控制单元，控制单元获得本次冷却过程中的冷却水流量、集管开 启数量以及辊道速度等与厚板温度变化有关的因素的数值以及厚板的温度 变化情况，以作为对下次的冷却过程进行调节的参考。

本发明还提供了一种热连轧生产线，该热连轧生产线多台精轧机6、卷 取机7以及上述的层流冷却系统，层流冷却系统设置在沿该热连轧生产线的 轧制方向的最后一台精轧机6和卷取机7之间，图1中显示了热连轧生产线 的一部分，其中，在该热连轧生产线的层流冷却系统的前部（B点）和后部 （C点）还分别设置有对终轧温度和卷取温度进行测量的温度测量装置。

根据本发明的厚板的层流冷却方法、层流冷却系统以及热连轧生产线轧 制厚板，能够较准确地调整冷却速度，保证厚板的卷取温度，并能够较均匀 地冷却厚板，尽量减少厚板在冷却过程中产生的变形和残余应力，保证厚板 的性能。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另 外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不 矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。此外，本发明的各种不 同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同 样应当视为本发明所公开的内容。

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

在下述实施例和对比例中：

屈服强度的测定方法：GB/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法。

抗拉强度的测定方法：GB/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法。

延伸率的测定方法：GB/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法。

实施例1-3

使用附图1中的层流冷却系统对20mmQ345B厚板进行层流冷却，理论 卷取温度为590℃，待高温的高温钢坯头部出该热连轧生产线的最后一台精 轧机后，稳定轧制节奏，确保钢坯在精轧机组的终轧温度稳定，该厚板以 3.2m/s的速度沿轧制方法通过层流冷却系统，层流冷却系统对该厚板的冷却 依次包括第一次冷却、第二次冷却以及第三次冷却，第一次冷却和第三次冷 却为水冷，第二次冷却为空冷，分别调节第一次冷却和第三次冷却的冷却速 度，使得第二次冷却开始时（即图1中A1点）厚板的表面温度为T1；第二 次冷却结束时（即图1中A2点）厚板的表面温度为T3，在第二次冷却进行 到A点位置处时（即图1中A点）对厚板的表面温度进行测定，目标温度 值为T2，通过比较目标温度值T2与在A点处实际测得的测量值对A1点前 和A2点后的冷却速度进行调节，最后实际卷取温度为583℃，将制得的厚 板空冷至室温后，测定制得厚板的屈服强度、抗拉强度以及延伸率，结果如 表2所示。表1中显示了实施例1-3中的T1、T2、T3的值以及A点在A1 点和A2点之间的位置。

表1

  T1/℃   T2/℃   T3/℃   A点位置   实施例1   712   700   663   A1点-A2点的1/3处   实施例2   720   710   680   A1点-A2点的1/2处   实施例3   728   720   695   A1点-A2点的2/3处

表2

  屈服强度/MPa   抗拉强度/MPa   延伸率/%   实施例1   382   590   28   实施例2   376   556   29   实施例3   361   538   31

对比例

使用层流冷却系统对20mmQ345B厚板进行层流冷却，理论卷取温度为 590℃，待高温的高温钢坯头部出该热连轧生产线的最后一台精轧机后，稳 定轧制节奏，确保钢坯在精轧机组的终轧温度稳定，该厚板以3.2m/s的速度 沿轧制方法通过层流冷却系统，层流冷却系统对该厚板的冷却依次包括第一 次以及第二次冷却，第一次冷却和第二次冷却均为水冷，分别调节第一次冷 却和第二次冷却的冷却速度，第一次冷却的冷却速度大于第二次冷却的冷却 速度，实际卷取温度为583℃，将制得的厚板空冷至室温后，测定得屈服强 度为365MPa、抗拉强度为592MPa以及延伸率为16.5%。

通过对比实施例与对比例的检测结果可知，使用本发明的层流冷却系统 和层流冷却方法生产的厚板的屈服强度和延伸率均有提高，并且对卷取温度 控制的准确性也提高。