[发明专利]降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置及方法

说明书

本发明公开了一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置及方法，该装置在正常的轧制设备的基础上，通过在中轧机组和预精轧机组之间设置编组台架，实现棒材的可控速度水平横向移出与移进，在移出与移进过程中棒材均匀旋转以调控冷却速度，实现对棒材的可控速度冷却；通过在冷床上安装带有辅热装置的保温罩，实现对终轧棒材的可控冷却以控制其冷却组织。最终达到降低棒材芯表温差及表面硬度的目的。

技术领域

本发明属于棒材加工技术领域，具体涉及一种降低大规格棒材芯表温差及表面硬度的控冷装置及方法。

背景技术

随着市场的发展，高品质的棒线材产品的需求也日益增长。国内将Φ50mm以上规格的棒材称为大规格棒材，大规格棒材主要以优质齿轮钢、轴承钢、轴用钢以及合金管坯为主，致力于满足机械、汽车、军工、铁路等行业的快速发展。近年来，随着连铸坯质量的提高、棒材规格的上延以及各种国外大型设备的引用，使得大规格棒材的品质和运用空间得到进一步提升，也正在为风电、石化、深海勘探等重工领域发挥着积极作用。

目前，大规格棒材的生产方式主要为轧制和锻造墩粗。然而使用锻造墩粗的方式生产大规格棒材存在许多不足，不仅无法控制棒材表面质量，而且生产效率低，成材率低。因此，控轧控冷作为一种生产效率高、成材率高、棒材组织均匀性好的生产大规格棒材的生产方式更加受到市场欢迎，广泛用于生产非调质钢、轴承钢、管线用钢、弹黃钢等。

在实际生产中，与小规格棒材轧制生产相比，大规格棒材的尺寸断面大，轧后的冷却速度缓慢，断面温度不均匀现象严重，大部分需要缓慢冷却才能够保证产品最终的性能均匀性。为了快速降低棒材芯部温度，提高生产率，许多轧制方法直接对棒材表面穿水处理，加大穿水用量，快速降低棒材表面温度，从而达到快速降低芯部温度的目的。然而这样却会导致大规格棒材芯表温差增大，增大棒材的热应力和相变应力的不均匀性，导致棒材发生严重弯曲。同时由于棒材表面降温速度较快，还会导致棒材表面硬度升高，造成棒材截面硬度差较大。

目前国内大部分轧钢厂采用的控冷方法是由美国摩根公司和加拿大斯太尔柯钢铁公司共同开发的斯太尔摩控制冷却工艺。该工艺水冷段由强制水冷箱和导管恢复段交替布置构成。强制水冷箱与喷嘴结合喷出的高压冷却水对棒材表面进行强烈冷却，使棒材表面温度急速下降，但是由于大规格棒材截面尺寸较大，棒材的热源性非常大，芯部热量向表面传递不及时，会造成大规格棒材内外温差不均匀，导致棒材内部均匀性非常差。虽然棒材强烈冷却后的导管恢复阶正好可以弥补棒材芯表温差过大的缺陷，然而导管恢复阶段要与穿水过程中的直径、水冷管孔径以及喷嘴匹配，否则会造成棒材内部温度不均匀，造成不可逆转的事故。同时为了防止线棒材表面在导管恢复段发生氧化反应，形成一层氧化铁皮降低换热效果，就在水冷箱出口处安放反向清扫水喷嘴，以及在水冷箱出口处安放反向压缩空气喷嘴防止水箱内的冷却水被线棒材带出，这就大大增加了强制水冷箱与导管恢复段的匹配难度，实施起来较为困难。并且，多次使用冷却水进行强烈冷却，会大幅度提高棒材表面硬度。此外，该工艺使用的冷却设备较多，需要大面积的冷却作业场地，资金投入巨大，这也是此工艺的不足之处。

与斯太尔摩工艺相似的施罗曼控制冷却工艺有时也用于生产实践中。该工艺是在斯太尔摩控制冷却工艺基础上衍生出来的。该冷却工艺地特点是加大了加强了强烈冷却换热能力，使棒材在经过一次水冷就能使温度达到理想的结晶温度，之后直接进行自然风冷，从而节省了导管恢复段的费用，降低了成本。然而对于大规格棒材来说，自然冷却能力较差且冷却速度无法控制。所以，施罗曼控制冷却工艺生产出的大规格棒材在质量上无法得到保障，致使该冷却工艺在轧制淬透性较差的钢种时不常使用。