熱軋超快冷卻技術(shù)的分析及應(yīng)用

張利偉

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.145

摘 要：超快冷卻技術(shù)以一種新型控制冷卻技術(shù)的姿態(tài)呈現(xiàn)出來，對于鋼板性能與質(zhì)量方面有著超越性的研究，控制冷卻技術(shù)被大量應(yīng)用在熱軋鋼板的生產(chǎn)實(shí)踐中，其成效俱佳。該文簡述超快冷卻的基本原理、系統(tǒng)布置以及應(yīng)用情況，深入分析超快冷卻技術(shù)對鋼板溫度與性能的限定潛力，探究超快冷卻技術(shù)在熱軋鋼板范疇中的豐厚的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容和寬闊的應(yīng)用空間。

關(guān)鍵詞：控制冷卻技術(shù) 熱軋鋼板 超快冷卻

中圖分類號(hào)：TG335 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0145-02

鑒于控制冷卻技術(shù)的突出優(yōu)勢，其在現(xiàn)代軋鋼技術(shù)層面屢屢被贊同和重視，而且愈來愈多地被廣泛熟練地運(yùn)用?？刂评鋮s技術(shù)通過對軋后冷卻過程中能夠調(diào)控的工藝參量進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)充，以達(dá)到限定鋼板綜合性能的目的，加強(qiáng)性能的均勻穩(wěn)定性。熱軋超快冷卻技術(shù)是提高軋鋼性能的一個(gè)有力的技術(shù)措施。通過進(jìn)一步的深入研究，通過控制冷卻的具體過程能夠有效地改善板材的力學(xué)性能和控制板形。隨著熱軋技術(shù)的不斷更新發(fā)展，要求在熱軋過程中注重超快冷卻技術(shù)的應(yīng)用與研究。

1 超快冷卻技術(shù)的發(fā)展

在國外，最早應(yīng)用超快冷卻系統(tǒng)的是Hoogovens-UGB，緊隨其后的是比利時(shí)的CRM開發(fā)了超快冷卻系統(tǒng)，日本、韓國等在超快冷卻技術(shù)方面的研制開發(fā)都取得了顯著的進(jìn)展，而且很快被熟練地運(yùn)用到熱軋生產(chǎn)線上。

我國自20世紀(jì)70年代擁有了控制冷卻技術(shù)，對其進(jìn)行深入研究并快速運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，但對其研究偏注重冷卻機(jī)理為層流冷卻的傳統(tǒng)控制冷卻的裝置。目前已經(jīng)通過試驗(yàn)，已經(jīng)開發(fā)研制出原型試驗(yàn)裝置、工業(yè)化中的應(yīng)用設(shè)備裝置，已經(jīng)呈現(xiàn)出相關(guān)的技術(shù)和專利，并在熱軋生產(chǎn)線上研制開發(fā)了帶有自身特點(diǎn)的超快冷卻技術(shù)，并且得到了廣泛的應(yīng)用。隨著軋制技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，對控制冷卻技術(shù)提出了更高更嚴(yán)的要求，要求在軋制過程中達(dá)到短時(shí)、快速、準(zhǔn)確地控制溫度，而傳統(tǒng)的層流冷卻、氣霧式冷卻等因?yàn)槔鋮s速度欠缺而無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此，進(jìn)一步開發(fā)研制出了這種新型的超快冷卻系統(tǒng)。超快冷卻的特點(diǎn)相當(dāng)明顯：冷卻的速度相當(dāng)大，有別于常規(guī)的冷卻能力；冷卻水與鋼板的熱交換飽和有效；超快冷卻的冷卻水的噴灑形式為迅速熱交換提供充足的準(zhǔn)備；具備了新型的冷卻設(shè)備，是控制冷卻技術(shù)的強(qiáng)有力的保證。

2 超快冷卻的基本原理

當(dāng)冷卻水噴灑在熱軋板上時(shí)，會(huì)快速形成一層蒸汽膜，冷卻水和熱鋼板的對流熱交換系數(shù)大于蒸汽和熱鋼板的熱傳導(dǎo)系數(shù)，因此，打破蒸汽膜是提高熱交換系數(shù)關(guān)鍵的一點(diǎn)。為達(dá)到迅速冷卻，必須打破蒸汽膜層，讓水充分接觸熱軋板，使鋼板熱量迅速被帶走，而超快冷水壓比較大，對于蒸汽膜層非常容易打破，進(jìn)而使冷卻水與鋼板充分接觸，冷卻速度相當(dāng)可觀，可以達(dá)到100%/S以上。對于超快冷卻的主要環(huán)節(jié)是在冷卻時(shí)蒸汽膜打破的程度，擴(kuò)充冷卻水與紅鋼的直接對流換熱的面積。需要關(guān)注以下關(guān)鍵因素：（1）確保冷卻水的壓力有效提升，以便打破蒸汽膜；（2）嚴(yán)密合理地設(shè)置噴管的分布，促使冷卻水能夠充分地接觸鋼板的表面；（3）保證冷卻水的水量，深入探究超快冷卻的模型控制精度，一定做到冷卻的均勻性，同時(shí)更要確保板形的質(zhì)量。

3 超快冷卻的控制路徑

通過對控制冷卻路徑方面的研究，以得到多樣功能的相變組織和不同性能的材料，利用成分設(shè)計(jì)，達(dá)到柔性化生產(chǎn)的目的，在冷卻路徑的限定層面，把相變強(qiáng)化作為根本，再配合使用細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等多種手段用以輔助，來增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，完善綜合性能，進(jìn)而充實(shí)人們對材料方面的嚴(yán)格要求。

4 超快冷卻的系統(tǒng)布置

由于超快冷卻技術(shù)有效縮短冷卻區(qū)長度，因此，依據(jù)不同的規(guī)格和性能可以生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼材和研發(fā)新的鋼種，對冷卻速度進(jìn)行嚴(yán)格的把控，冷卻系統(tǒng)可采用各種組合的冷卻路徑，滿足超快冷卻系統(tǒng)在熱軋生產(chǎn)線上的系統(tǒng)布置。超快冷卻系統(tǒng)的冷卻區(qū)一般是5～10 m左右，為層冷區(qū)的1/10，因?yàn)槔鋮s區(qū)短，冷卻壓力大，因此，對于超快冷卻系統(tǒng)的布置控制要求非常精確。在冷卻的環(huán)節(jié)中，散熱能力如果不足，將會(huì)出現(xiàn)冷卻過后會(huì)有一部分奧氏體轉(zhuǎn)變成鐵素體的現(xiàn)象，晶粒尺寸相對較大，因此，需要將超快冷卻布置在精軋機(jī)和層冷之間，可以促使快速冷卻，進(jìn)而使鐵素體晶粒得到細(xì)致化。而散熱能力如果過于強(qiáng)大，又會(huì)出現(xiàn)一部分奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致材料的塑性縮短，所以，超快冷卻需要布置在卷取機(jī)和層冷之間，使貝氏體的轉(zhuǎn)變量及時(shí)得到限定，進(jìn)而在含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后迅速冷卻。對于超快冷卻系統(tǒng)的布置一定要注意溫度的限定。超快冷卻系統(tǒng)布置在保溫輥道和精軋機(jī)之間，能快速降低中間過渡的溫度，使精軋前的待溫時(shí)間有效縮短，而超快冷卻系統(tǒng)布置在保溫輥道和粗軋機(jī)之間，等待軋件在超快冷卻后會(huì)存在一段均溫的時(shí)間，這樣，可以充分地減小精軋的表面與內(nèi)部的溫度落差。在具體的實(shí)踐操作過程中，依據(jù)不同鋼板的規(guī)格、性能及工藝的限定要求，可以實(shí)行組合式的超快冷卻的工藝設(shè)計(jì)。

5 超快冷卻的應(yīng)用

通過超快速冷卻設(shè)備這種富有超越性的新一代控制冷卻技術(shù)，能夠有效地使晶粒細(xì)化、組織結(jié)構(gòu)強(qiáng)化而達(dá)到鋼板性能的提高，通過豐富的工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容和前沿的科學(xué)技術(shù)，將超快冷卻很好地應(yīng)用在熱軋生產(chǎn)過程中。在熱軋環(huán)節(jié)中，必須對各環(huán)節(jié)的溫度嚴(yán)格限定、精確控制，可以合理地將超快冷卻系統(tǒng)運(yùn)用于中間坯冷卻、機(jī)架間和軋后冷卻，對于雙相鋼冷卻，一般會(huì)要求與層流冷卻組合運(yùn)用，以達(dá)到更好的效果，有效地施展各自的獨(dú)特優(yōu)勢，進(jìn)而卓有成效地應(yīng)用于實(shí)踐生產(chǎn)中。

6 結(jié)語

熱軋超快冷卻技術(shù)應(yīng)用多樣化高超的強(qiáng)化功能，突破性地實(shí)現(xiàn)了低成本、高效率的生產(chǎn)，給熱軋工藝的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。由于超快冷卻的速度大，對于超快冷卻條件下冷卻的均勻性和板形問題需要深入研究，重視冷卻產(chǎn)品的質(zhì)量和力學(xué)性能，這樣，針對熱軋產(chǎn)品在綠色節(jié)能、低碳減排、成本降低和增加產(chǎn)品的附加值方面有潛在的價(jià)值，在冷卻設(shè)備和模型控制系統(tǒng)全面到位的情況下，超快冷卻技術(shù)能夠大范圍地調(diào)控軋制的模式、冷卻的速度、冷卻的溫度以及冷卻的路徑，充分地展示超快冷卻的技術(shù)優(yōu)勢，使產(chǎn)品的性能質(zhì)量發(fā)揮出巨大的價(jià)值，因此，應(yīng)致力于打破技術(shù)及工藝的束縛，使超快冷卻技術(shù)能夠逐漸被廣泛推廣運(yùn)用，有效地呈現(xiàn)材料性能的高超性、百般性，進(jìn)而不斷提升產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力度，增加產(chǎn)品的附加值，使超快冷卻技術(shù)成為鋼鐵工業(yè)科學(xué)向前邁進(jìn)的有效的技術(shù)力量保障。

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