專利名稱：高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線材冷卻技術(shù)，更具體地說，涉及一種高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的高碳鋼盤條軋后冷卻工藝有兩種，一種是斯太爾摩控制冷卻方法，另一種是鹽浴處理工藝。前者在世界上最為流行，也是使用最為廣泛的，其通過調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)機(jī)的風(fēng)量以及調(diào)節(jié)與盤條運(yùn)行方向相垂直方向上的風(fēng)量分配，輔助于盤條跌落裝置和不同組輥道的速度差，來控制盤條的顯微組織和性能，雖然其對(duì)環(huán)境影響不大，但僅能滿足一般要求的高碳鋼盤條生產(chǎn)，而無法生產(chǎn)抗拉強(qiáng)度較高的高性能盤條。而后者是全世界僅新日鐵公司擁有，其生產(chǎn)的高碳鋼盤條的力學(xué)性能及顯微組織確實(shí)優(yōu)于前者，但其存在嚴(yán)重的環(huán)境污染。另外，為了提高現(xiàn)有的斯太爾摩控制冷卻工藝，也曾考慮增強(qiáng)其冷卻風(fēng)機(jī)的冷卻風(fēng)量，即假設(shè)擁有足夠的冷卻風(fēng)量，理論上是可以生產(chǎn)出抗拉強(qiáng)度高于原有斯太爾摩工藝并接近鹽浴工藝的盤條。但是，由于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，盤條在輥道上的分布于理論情況有差異， 請(qǐng)參閱附圖1所示，吐絲機(jī)1軋后的盤條2兩側(cè)邊部并不整齊均勻，盤條2各區(qū)域所受冷卻不均，特別是搭接區(qū)域H外側(cè)部分盤條冷卻過度，導(dǎo)致冷卻后整個(gè)盤條2通條上的顯微組織波動(dòng)很大，上貝氏體的比例很高。因此，該方式雖然能夠使盤條的力學(xué)性能接近鹽浴處理， 但是，在后序冷拔過程中的斷絲率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通斯太爾摩工藝或鹽浴工藝生產(chǎn)的盤條。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)及方法，用以提高盤條的力學(xué)性能及顯微組織，并減少對(duì)環(huán)境的污染。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一方面，高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)包括設(shè)于吐絲機(jī)出口側(cè)的斯太爾摩控制冷卻裝置， 還包括氣霧預(yù)冷裝置，設(shè)于吐絲機(jī)與斯太爾摩控制冷卻裝置之間的輥道上，向吐絲機(jī)吐出的盤條搭接區(qū)域噴吹氣霧進(jìn)行冷卻，并在搭接區(qū)域的盤條表面形成強(qiáng)制對(duì)流的蒸汽膜，用以將盤體各區(qū)域的溫差控制在100°c以下，并將盤體進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置的溫度控制在 65(T750°C。所述的氣霧預(yù)冷裝置包括兩根對(duì)稱設(shè)置在輥道上方的氣霧噴管，每根氣霧噴管均由內(nèi)、外套管構(gòu)成，外套管與風(fēng)機(jī)相連，內(nèi)通空氣，內(nèi)套管內(nèi)通有去離子冷卻水，內(nèi)、外套管下端均設(shè)有數(shù)個(gè)噴嘴。
所述的內(nèi)套管的噴嘴直徑為0. 5^1. 5mm,噴出流量為(TO. 8m3/h的去離子冷卻水； 所述的外套管內(nèi)通空氣流量為60(Tl000m7h，并與去離子冷卻水旋轉(zhuǎn)混合，并通過直徑為 5 IOmm的外套管噴嘴，噴出3(Tl00um的氣霧。所述的氣霧噴管的噴射角度為向下傾斜2(Γ40°，氣霧噴管沿輥道布置的長度為 1. 5 3m0該冷卻系統(tǒng)還包括紅外成像測(cè)溫設(shè)備，對(duì)進(jìn)入氣霧預(yù)冷裝置和斯太爾摩控制冷卻裝置的盤條進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)量，用以計(jì)算盤條分布不同區(qū)域所需的冷卻強(qiáng)度，并對(duì)氣霧預(yù)冷裝置的冷卻量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。另一方面，一種高碳鋼盤條軋后冷卻方法的具體步驟如下
A.在吐絲機(jī)出口側(cè)輥道上設(shè)置一套氣霧預(yù)冷裝置，并在氣霧預(yù)冷裝置之后設(shè)置一套斯太爾摩控制冷卻裝置；
B.通過氣霧預(yù)冷裝置向吐絲機(jī)吐出的盤條搭接區(qū)域H噴吹氣霧進(jìn)行冷卻，并在盤條搭接區(qū)域H的盤條表面形成強(qiáng)制對(duì)流的蒸汽膜，用以將盤體各區(qū)域的溫差控制在100°C以下， 并將盤體進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置的溫度控制在65(T750°C ；
C.通過斯太爾摩控制冷卻裝置對(duì)預(yù)冷后的盤條進(jìn)行斯太爾摩冷卻；
D.采用紅外成像測(cè)溫設(shè)備，對(duì)進(jìn)入氣霧預(yù)冷裝置和斯太爾摩控制冷卻裝置的盤條進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)量，用以計(jì)算盤條分布不同區(qū)域所需的冷卻強(qiáng)度，并對(duì)氣霧預(yù)冷裝置的冷卻量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在步驟A中，所述的氣霧預(yù)冷裝置采用兩根對(duì)稱設(shè)于輥道上的氣霧噴管，向盤條噴吹3(Tl00um的氣霧用以冷卻。所述的氣霧噴管采用內(nèi)、外套管構(gòu)成，將外套管與風(fēng)機(jī)相連，通入流量為 60(Tl000m7h的空氣，在內(nèi)套管內(nèi)通入流量為(TO. 8m3/h的去離子冷卻水，并且在內(nèi)、外套管下端分別開設(shè)直徑為0. 5^1. 5mm、5 10mm的噴嘴。將所述的氣霧噴管的噴射角度設(shè)置為向下傾斜2(Γ40°，并將氣霧噴管沿輥道布置的長度設(shè)置為1. 5lm。在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)及方法，包括斯太爾摩控制冷卻裝置和氣霧預(yù)冷裝置，氣霧預(yù)冷裝置設(shè)于吐絲機(jī)與斯太爾摩控制冷卻裝置之間的輥道上，利用氣霧預(yù)冷中對(duì)流蒸汽的高導(dǎo)熱性，使得盤體各區(qū)域的溫差控制在100°C以下，并以65(T750°C的溫度進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置進(jìn)行斯太爾摩冷卻，最終所得的盤條與鹽浴處理相比，力學(xué)性能及顯微組織十分接近，并能夠滿足冷拔的抗拉強(qiáng)度，但對(duì)環(huán)境的污染大大降低。


圖1是傳統(tǒng)的斯太爾摩控制冷卻工藝中盤條在輥道上的分布俯視圖； 圖2是本發(fā)明的高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)的原理圖； 圖3是本發(fā)明的氣霧噴管的徑向截面圖； 圖4是本發(fā)明的高碳鋼盤條軋后冷卻方法的流程圖； 圖5是本發(fā)明的氣霧冷卻在盤條邊部表面形成蒸汽膜的原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明的高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)包括設(shè)于吐絲機(jī)1出口側(cè)的斯太爾摩控制冷卻裝置10，用以對(duì)進(jìn)入其區(qū)域內(nèi)的盤條1進(jìn)行斯太爾摩冷卻(其結(jié)構(gòu)與冷卻原理與傳統(tǒng)的斯太爾摩冷卻基本相同，在此不再贅述)。該冷卻系統(tǒng)還包括氣霧預(yù)冷裝置 20，設(shè)于吐絲機(jī)1與斯太爾摩控制冷卻裝置10的第一個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)11之間的輥道3上，向吐絲機(jī)1吐出的盤條2的搭接區(qū)域H噴吹氣霧進(jìn)行冷卻，并在搭接區(qū)域H的盤條表面形成強(qiáng)制對(duì)流的蒸汽膜，用以將盤體2各區(qū)域的溫差從原來的200°C控制在100°C以下，并將盤體 2進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置10的溫度控制在65(T750°C。請(qǐng)結(jié)合圖3所示，該氣霧預(yù)冷裝置20包括兩根對(duì)稱設(shè)置在輥道3上方的氣霧噴管，每根氣霧噴管均由內(nèi)、外套管21、22構(gòu)成，外套管22與風(fēng)機(jī)相連，內(nèi)通空氣，內(nèi)套管21 內(nèi)通有去離子冷卻水，內(nèi)、外套管21、22下端均設(shè)有數(shù)個(gè)噴嘴211、221。內(nèi)套管21的噴嘴211直徑為1. Omm,噴出流量為0. 43m3/h的去離子冷卻水；所述的外套管22內(nèi)通空氣流量為900m3/h，并與去離子冷卻水旋轉(zhuǎn)混合，并通過直徑為20mm的外套管噴嘴221，噴出 3(Tl00Um的氣霧。而氣霧噴管對(duì)準(zhǔn)盤條2的搭接區(qū)域H，噴射角度為向下傾斜20°，氣霧噴管沿輥道3布置的長度為2m，整個(gè)盤條2通過氣霧預(yù)冷裝置20的時(shí)間(即預(yù)冷卻時(shí)間)為 1. 5s0另外，該冷卻系統(tǒng)還包括紅外成像測(cè)溫設(shè)備(圖中未示出，可采用FUR公司的型號(hào)為P620的產(chǎn)品)對(duì)進(jìn)入氣霧預(yù)冷裝置20和斯太爾摩控制冷卻裝置10的盤條進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)量，通過控冷模型計(jì)算出盤條分布不同區(qū)域所需的冷卻強(qiáng)度，從而用于對(duì)氣霧預(yù)冷裝置 20的冷卻量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，有利于優(yōu)化冷卻效果。上述的控冷模型為傳熱學(xué)領(lǐng)域的通用計(jì)算模型，在此不再贅述。在此需要說明的是，氣霧預(yù)冷中選擇使用風(fēng)機(jī)通入空氣而不選擇壓縮空氣的原因是由于壓縮空氣相對(duì)風(fēng)機(jī)空氣壓力高，空氣流量無法達(dá)到風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的風(fēng)量。而足夠的風(fēng)量是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)流的必要條件，現(xiàn)有工業(yè)化的壓縮空氣最大流量也無法達(dá)到500m3/h以上的空氣流量要求。請(qǐng)結(jié)合圖5所示，采用上述流量的空氣與去離子冷卻水混合后，噴射至盤條2邊部表面形成以下三個(gè)區(qū)域
最外層a，為空氣與水滴混合區(qū)，其主要功能是將水滴源源不斷地補(bǔ)充到中間層b，并帶走來自中間層的熱量；
中間層b，位部分水滴開始?xì)饣?，形成空氣、水滴、蒸汽的混合區(qū)，其主要功能是通過水的氣化吸收大量來自最內(nèi)層c的熱量；
最內(nèi)層c，因水滴與盤條2邊部直接接觸，已完全氣化，形成蒸汽層。由于蒸汽是動(dòng)態(tài)平衡生成的，同時(shí)又高速流動(dòng)，因此形成強(qiáng)制對(duì)流冷卻，利用其高導(dǎo)熱系數(shù)(該導(dǎo)熱系數(shù)平均為10000W/(m2. K)，是強(qiáng)制對(duì)流空氣導(dǎo)熱系數(shù)的150倍)，迅速將盤條邊部的表面溫度帶走。同時(shí)，由于蒸氣膜的動(dòng)態(tài)形成，使得蒸氣膜的溫度始終保持在不低于600°C，從而保證了盤條進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置10的溫度要求，也確保了高溫盤條表面不會(huì)激冷而產(chǎn)生異常顯微組織。
請(qǐng)結(jié)合圖4所示，該高碳鋼盤條軋后冷卻方法的主要步驟如下
A.在吐絲機(jī)出口側(cè)的輥道上設(shè)置一套氣霧預(yù)冷裝置，并在氣霧預(yù)冷裝置20之后設(shè)置一套斯太爾摩控制冷卻裝置；
B.通過氣霧預(yù)冷裝置向吐絲機(jī)吐出的盤條兩側(cè)邊部噴吹氣霧進(jìn)行冷卻，并在盤條邊部表面形成強(qiáng)制對(duì)流的蒸汽膜，用以將盤體各區(qū)域的溫差控制在100°c以下，并將盤體進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置的溫度控制在65(T750°C ；
C.通過斯太爾摩控制冷卻裝置對(duì)預(yù)冷后的盤條進(jìn)行斯太爾摩冷卻；
D.采用紅外成像測(cè)溫設(shè)備，對(duì)進(jìn)入氣霧預(yù)冷裝置和斯太爾摩控制冷卻裝置的盤條進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)量，用以計(jì)算盤條分布不同區(qū)域所需的冷卻強(qiáng)度，并對(duì)氣霧預(yù)冷裝置的冷卻量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。該冷卻方法的具體細(xì)節(jié)及要求與冷卻裝置實(shí)質(zhì)相同，在此不再贅述。下面，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體舉例說明
以生產(chǎn)Φ6πιπι的SWRH82B高碳鋼盤條為例，當(dāng)盤條由吐絲機(jī)進(jìn)入氣霧預(yù)冷區(qū)域后，冷卻水閥自動(dòng)開啟并啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，使得去離子冷卻水0. 43m3/h流量從ΦΙ·的內(nèi)套管噴嘴噴出， 與900h3/h (與上述的達(dá)到1000m3/h以上的空氣流量要求不符)流量的風(fēng)機(jī)空氣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)混合，再從Φ3mm的外套管噴嘴一起噴出。由于氣流速差原理，水滴被霧化成60um的氣霧， 氣霧以20°斜角噴吹到盤條的搭接區(qū)域H，進(jìn)行氣霧預(yù)冷。經(jīng)測(cè)量，預(yù)冷后的盤條不同區(qū)域的表面溫度差從原來的260°C降低到90°C，在進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置10的第一個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)的盤條表面溫度為660°C。最后，經(jīng)斯太爾摩冷卻所得的SWRH82B高碳鋼盤條，通過金相顯微鏡和掃描電鏡觀察分析及對(duì)比，該盤條的顯微組織中珠光體的比例遠(yuǎn)少于采用傳統(tǒng)斯太爾摩冷卻所得的盤條，與鹽浴處理的盤條幾乎沒有區(qū)別，并且與鹽浴處理的盤條一樣均未發(fā)現(xiàn)上貝氏體組織，因此具有良好的力學(xué)性能，在冷拔中具有較好抗拉強(qiáng)度。綜上所述，采用本發(fā)明的冷卻裝置及方法所生產(chǎn)的盤條與鹽浴處理相比，力學(xué)性能及顯微組織十分接近，并能夠滿足冷拔的抗拉強(qiáng)度，但對(duì)環(huán)境的污染大大降低。另外，還能夠方便對(duì)現(xiàn)有大多數(shù)的斯太爾摩控制冷卻生產(chǎn)線的改造和升級(jí)，成本較小，產(chǎn)品質(zhì)量高， 效益巨大。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本發(fā)明， 而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)，包括設(shè)于吐絲機(jī)出口側(cè)的斯太爾摩控制冷卻裝置， 其特征在于還包括氣霧預(yù)冷裝置，設(shè)于吐絲機(jī)與斯太爾摩控制冷卻裝置之間的輥道上，向吐絲機(jī)吐出的盤條兩側(cè)搭接區(qū)域噴吹氣霧進(jìn)行冷卻，并在該區(qū)域的盤條表面形成強(qiáng)制對(duì)流的蒸汽膜，用以將盤體各區(qū)域的溫差控制在100°c以下，并將盤體進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置的溫度控制在65(T750°C。
2.如權(quán)利要求1所述的高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述的氣霧預(yù)冷裝置包括兩根對(duì)稱設(shè)置在輥道上方的氣霧噴管，每根氣霧噴管均由內(nèi)、外套管構(gòu)成，外套管與風(fēng)機(jī)相連，內(nèi)通空氣，內(nèi)套管內(nèi)通有去離子冷卻水，內(nèi)、外套管下端均設(shè)有數(shù)個(gè)噴嘴。
3.如權(quán)利要求2所述的高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述的內(nèi)套管的噴嘴直徑為0. 5^1. 5mm,噴出流量為(Π). 8m3/h的去離子冷卻水；所述的外套管內(nèi)通空氣流量為60(Tl000m7h，并與去離子冷卻水旋轉(zhuǎn)混合，并通過直徑為 5 IOmm的外套管噴嘴，噴出3(Tl00um的氣霧。
4.如權(quán)利要求2所述的高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)，其特征在于所述的氣霧噴管的噴射角度為向下傾斜20°、0°，氣霧噴管沿輥道布置的長度為 1. 5 3m0
5.如權(quán)利要求1所述的高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)，其特征在于該冷卻系統(tǒng)還包括紅外成像測(cè)溫設(shè)備，對(duì)進(jìn)入氣霧預(yù)冷裝置和斯太爾摩控制冷卻裝置的盤條進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)量，用以計(jì)算盤條分布不同區(qū)域所需的冷卻強(qiáng)度，并對(duì)氣霧預(yù)冷裝置的冷卻量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
6.一種高碳鋼盤條軋后冷卻方法，其特征在于，該冷卻方法的具體步驟如下A.在吐絲機(jī)出口側(cè)輥道上設(shè)置一套氣霧預(yù)冷裝置，并在氣霧預(yù)冷裝置之后設(shè)置一套斯太爾摩控制冷卻裝置；B.通過氣霧預(yù)冷裝置向吐絲機(jī)吐出的盤條兩側(cè)的搭接區(qū)域噴吹氣霧進(jìn)行冷卻，并在搭接區(qū)域的盤條表面形成強(qiáng)制對(duì)流的蒸汽膜，用以將盤體各區(qū)域的溫差控制在100°c以下，并將盤體進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置的溫度控制在65(T750°C ；C.通過斯太爾摩控制冷卻裝置對(duì)預(yù)冷后的盤條進(jìn)行斯太爾摩冷卻；D.采用紅外成像測(cè)溫設(shè)備，對(duì)進(jìn)入氣霧預(yù)冷裝置和斯太爾摩控制冷卻裝置的盤條進(jìn)行溫度場(chǎng)測(cè)量，用以計(jì)算盤條分布不同區(qū)域所需的冷卻強(qiáng)度，并對(duì)氣霧預(yù)冷裝置的冷卻量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
7.如權(quán)利要求6所述的高碳鋼盤條軋后冷卻方法，其特征在于在步驟A中，所述的氣霧預(yù)冷裝置采用兩根對(duì)稱設(shè)于輥道上的氣霧噴管，向盤條噴吹 3(Tl00um的氣霧用以冷卻。
8.如權(quán)利要求7所述的高碳鋼盤條軋后冷卻方法，其特征在于所述的氣霧噴管采用內(nèi)、外套管構(gòu)成，將外套管與風(fēng)機(jī)相連，通入流量為60(Tl000m7h 的空氣，在內(nèi)套管內(nèi)通入流量為(TO. 8m3/h的去離子冷卻水，并且在內(nèi)、外套管下端分別開設(shè)直徑為0. 5^1. 5mm、5 IOmm的噴嘴。
9.如權(quán)利要求7所述的高碳鋼盤條軋后冷卻方法，其特征在于 將所述的氣霧噴管的噴射角度設(shè)置為向下傾斜2(Γ40°，并將氣霧噴管沿輥道布置的長度設(shè)置為1. 5 :3m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高碳鋼盤條軋后冷卻系統(tǒng)，包括斯太爾摩控制冷卻裝置和氣霧預(yù)冷裝置，氣霧預(yù)冷裝置設(shè)于吐絲機(jī)與斯太爾摩控制冷卻裝置之間的輥道上。本發(fā)明還公開了一種高碳鋼盤條軋后冷卻方法，通過利用氣霧預(yù)冷中對(duì)流蒸汽的高導(dǎo)熱性，使得盤體各區(qū)域的溫差控制在100℃以下，并以650~750℃的溫度進(jìn)入斯太爾摩控制冷卻裝置進(jìn)行斯太爾摩冷卻，最終所得的盤條與鹽處理相比，力學(xué)性能及顯微組織十分接近，并能夠滿足冷拔的抗拉強(qiáng)度，但對(duì)環(huán)境的污染大大降低。
文檔編號(hào)B21B37/74GK102451841SQ20101051630
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者胡東輝 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司