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  • 高速線材軋后控制冷卻工藝的分析(二)
      發布時間:2023年11月25日 點擊數:

      2、高線軋后控冷工藝的特點

      高線在精軋機(或減定徑機組)后至吐絲機間的水冷也稱為軋后一次水冷,目的是使軋件從終軋溫度快速冷卻到所需的吐絲溫度,控制線材奧氏體的晶粒度和減少氧化鐵皮的產生。最高軋件速度達112m/s,通常設置2~3個水箱,采用閉環自動溫控系統來控制溫度波動,目前采用引進關鍵設備和水冷模型可以將吐絲溫度差值控制在10℃左右。通過一次水冷可使線材溫度急劇降到750~920℃,使軋制后形成的細晶奧氏體組織經急冷后保留下來,為相變提供合適的金相組織和溫度條件,也避免了線材在高溫狀態的停留,減少了二次氧化鐵皮的生成。同時考慮到控制線材芯表溫差,水箱間(后)設有均溫導槽。國內大部分高線軋后控冷工藝的一次水冷工藝基本類似,主要的區別體現在二次風冷上,下面主要就此部分做重點分析。

      2.1 斯太爾摩控制冷卻工藝

      斯太爾摩輥式風冷運輸線作為主要的二次控制冷卻設備,經過多年發展,在國內得到普遍應用,斯太爾摩風冷運輸線冷卻工藝靈活,可以滿足大部分線材的不同冷卻速率的要求。斯太爾摩風冷運輸線常用的控制冷卻方式有標準型和延遲型兩種,標準型為在輥道輸送的散卷冷卻運輸線下設若干個風機對運輸線上的線圈進行強制風冷,通過調整輥道速度來控制線圈間距,并控制每臺風機的風量、開啟的風機數量及風量分配來達到一定的冷卻速率,以獲取要求的產品金相組織。一般標準型的技術參數為:散卷線圈運行速度0.4~2.0m/s,冷卻速率5.0~15.0℃/s,適合高碳鋼生產。延遲型為在標準型基礎上增加保溫罩,側墻、底板、保溫罩增加絕熱材料。蓋上保溫罩,停止送風,線圈在輸送機上緩慢運行,在此緩慢冷卻過程中完成相變以滿足緩冷鋼種的冷卻要求。保溫罩打開、強制送風即可按標準型生產,因此適用范圍比標準型更廣,國內普遍應用的都是延遲 型。通常延遲型的技術參數為:散卷線圈運行速度0.1~2.0m/s,冷卻速率為0.4~15.0℃/s,可處理低碳鋼、冷鐓鋼、高碳鋼等,都是由1個高度可調的輸入段(約4.0m)、一個輸出段(約5.2m)及若干個冷卻段組成(每段約9.3m)。

      為適應優質高線的生產需求,應用最廣的延遲型斯太爾摩控制冷卻工藝和設備也在不斷改進,從早期鏈式發展到輥道式,風量分配、風機數量、風量也不斷得到改進,從形式上主要分“摩根型”、“阿希洛型”、“西馬克型”、“達涅利型”。但隨著摩根公司在風冷線上不斷創新及其專利控制,“摩根型”逐漸成為市場主流,國內風冷線主要是“摩根型”、國內移植轉化型和少量的“達涅利型”,風機布置分為傾斜式和垂直向上型。“達涅利型”主要是垂直型,“摩根型”主要是傾斜式,國內移植轉化型中傾斜式和垂直型都有,最近“摩根型”也有了垂直布置設計的。從國內各代表企業代表鋼種的實際應用情況來看,高線軋后控制冷卻工藝呈現以下發展趨勢:

     ?。ǎ保┸埡罂乩溟]環控制,吐絲機溫度逐漸降低。引進的優質高線生產線均采用全線閉環冷卻系統,如寶鋼高線、邢鋼5#線、興澄特鋼高線、南鋼高線、青鋼高線等,同時吐絲溫度逐步降低,產品性能和均勻性得到提升。

     ?。ǎ玻╋L冷線總長度趨于加長,保溫段加長。風冷線長度從70m,逐步到寶鋼高線103m,再到邢鋼5#線113m,最近新建高線提升到了130m以上。風冷線對鋼種的適應性不斷提升,適用規格和范圍更廣。

     ?。ǎ常╋L機臺數和風量風壓都有增加。風機從早期的6臺,風量小于9萬,風壓2.0kpa逐步演變到寶鋼高線的14臺風機,風量15.4萬m³/h,風壓3.0kpa,前5段冷卻段每段2臺風機,后面6段每段1臺風機,每段3個保溫罩。邢鋼5#線有14臺風機,前6臺風機風量提升到19.4萬m³/h,后8臺風量15.4萬m³/h。青鋼高線更是將風機風量提升到26萬m³/h,風機數量達到18臺。最近也有新設計高線將冷卻段的風機從每段2臺增加到3臺。

     ?。ǎ矗┘哟罄鋮s速率,考慮冷氣、水霧等提高換熱效率的輔助冷卻方法。為提高冷卻速率,有企業開始嘗試采用降低風溫、水霧冷卻等方式來提高冷卻速率,國內鞍鋼也做過類似改進。

      2.2 DLP高速線材控冷工藝

      DLP工藝是20世紀末日本君津制鐵所和新日鐵公司開發的一種高速線材控制冷卻工藝。早期為替代鉛淬火處理,以節省工時,節約能源,減少鉛塵和鉛煙對人體與環境的污染,提出了鹽浴處理工藝,后來新日鐵在此方向取得突破,開發出了DLP新工藝。DLP工藝是在線材吐絲機后利用線材軋制后的余熱來進行鹽浴處理,以得到與鉛淬火基本相同的組織及性能。線材經吐絲成卷后在800~850℃進入1#鹽浴槽約60s,鹽浴槽中盤條移動速度約為20m/min,采用電加熱方式熔融 NaNO3和 KNO3混合鹽,線材在槽內迅速冷卻到約500℃,以避免奧氏體在高溫區轉變為粗大的珠光體,然后進入2#鹽浴槽,在550℃的溫度下完成奧氏體-索氏體轉變后進入清洗線,用溫水沖洗掉殘留在其表面的殘鹽,最后集卷成盤。

      通過DLP工藝的等溫轉變過程使線材索氏體比例最大化,一般可達95~98%,而斯太爾摩控冷一般只有80%~92%。在性能方面以及性能的波動性方面,DLP盤條都與鉛淬火盤條接近而優于斯太爾摩控冷盤條。檢測及研究表明,DLP線材的顯微組織是細小的珠光體-索氏體組織,抗拉強度、斷面收縮率和扭轉次數與經鉛淬火拉拔的鋼絲基本相同,與傳統的斯太爾摩法處理的線材相比,具有強度高、韌性好、性能離散性小等優點,見圖3。DLP線材特別適合用來制造預應力鋼絲、預應力鋼絞線、彈簧鋼絲、制繩鋼絲等產品。

      2.3 EDC高速線材控冷工藝

      EDC工藝是指熱軋線材先經水冷吐絲后散卷浸入熱水槽中冷卻的在線控制冷卻工藝,即散卷熱水浴工藝。EDC工藝和DLP工藝類似,只是采用熱水做為冷卻介質,最早的EDC工藝采用輸送輥道升降擺動來控制線材盤卷從熱水中通過,通過水淬達到高的冷卻速率以提高索氏體化率,調整輥道角度和速度控制盤卷的冷卻速率。設備形式上改進為水平可移動框架式布置,將風冷輥道和EDC設施整體移動互換,兼顧斯太爾摩風冷和EDC工藝的優點來滿足多鋼種的控冷工藝要求。EDC工藝主要是在線強韌化處理,國內在鞍鋼高線有實際應用。

      2.4 在線固溶熱處理工藝

      在線固溶熱處理工藝主要針對不銹鋼熱處理,主要有3類:

      (1)在成卷時或成卷后直接水淬,設備簡單,生產成本低,但不能控制最終晶粒度,只能處理奧氏體不銹鋼,只能滿足部分產品質量標準;

      (2)在輥式隧道退火爐中在線固溶處理,熱軋線材經吐絲成連續散卷后在隧道爐保溫約5min后水冷,設備投資高,可控制最終晶粒度,能處理奧氏體、鐵素體不銹鋼,產品質量和傳統離線固溶處理相當;

      (3)在吐絲后熱卷進入退火爐(包括罩式爐、環型爐等)中在線固溶處理,設備投資大,可控制最終晶粒度,能處理所有不銹鋼,也適用于冷鐓鋼產品在線退火,產品質量比傳統離線固溶處理好,但盤卷卷形差。

      2.5 噴霧冷卻等其他軋后控冷工藝

      噴霧冷卻是指熱軋線材吐絲后在風冷線上采用風機和水霧來提高熱交換效率,加大線材冷卻速率的工藝。也有采用次聲波產生的高速脈沖氣流來冷卻線材的,其可加速線材和周圍空氣的傳熱而獲得高的冷卻速率。

    來源:冶金技術網

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