棒材車間穿水冷卻的工藝特點

侯紅杰郝利強李連江尹紅偉

（中鋼集團工程設計研究院石家莊設計院，河北石家莊050020）

棒材車間穿水冷卻的工藝特點

侯紅杰郝利強李連江尹紅偉

（中鋼集團工程設計研究院石家莊設計院，河北石家莊050020）

控制軋制和控制冷卻是軋鋼生產技術重要的發展方向，介紹了魯麗棒材的車間的工藝特點及穿水冷卻在魯麗棒材車間的應用。

預穿水穿水終軋溫度

魯麗集團2010年9月新建的螺紋鋼、圓鋼生產線正式投產。其軋線采用全連軋工藝，產品為Ф10～Ф50 mm熱軋帶肋鋼筋和Ф18～Ф60 mm熱軋圓鋼，最高終軋速度為單線18 m/s。車間主要設備有步進式加熱爐、高壓水除鱗裝置、短應力線軋機、穿水冷卻系統、冷床、850 t冷剪、自動打捆機等。原料為150 mm×150 mm×12 000 mm和180 mm×180 mm× 12 000 mm連鑄坯。本車間穿水冷卻裝置由預穿水冷卻系統和穿水冷卻系統兩部分組成，分別布置在中、精軋機組之間和精軋機組與倍尺飛剪之間。

1 生產工藝

1.1 工藝平面布置（見圖1）

圖1 工藝平面布置圖

1.2 主要設備性能

（1）加熱爐。加熱爐為側進側出步進梁式加熱爐，額定加熱能力150 t/h，采用汽化冷卻工藝，燃料為高爐煤氣。

（2）軋機。軋機主要性能見表1。

（3）飛剪。飛剪主要性能見表2。

（4）精整設備。冷床為步進齒條式，面積108 m× 12.5 m，齒條步距110 mm，上冷床為液壓制動板制動方式。定尺剪切設備為850 t固定式冷剪。

表1 軋機主要性能

表2 飛剪主要性能

2 穿水冷卻裝置的布置和設備特點

（1）預穿水冷卻裝置。結構組成：每段預穿水冷卻裝置由進水水箱、二組噴嘴，4段文氏管、回水管及出口偏轉箱等組成。系統主要技術參數：每段長度為2.5 m；數量為2段；總長為約6.0 m；進水溫度為不大于35℃；出水溫度為小于55℃；供水量為50～150 t/h；最大供水壓力為1.8 MPa。

（2）穿水冷卻裝置。結構組成：每段穿水冷卻裝置由進水水箱、二組噴嘴，9段文氏管、回水管及出口偏轉箱等組成，每個通道通常有4段穿水冷卻裝置構成，第4段為加阻水器的緩冷段構成。系統主要技術參數：每段長度為4.1 m；總長為約16 m；進水溫度為不大于35℃；出水溫度為小于55℃；供水量為180～650 t/h；最大供水壓力為1.8 MPa。

穿水冷卻由穿水冷卻裝置、輸送輥道、橫移小車三部分構成。穿水冷卻裝置、輸送輥道安裝在一套橫移小車裝置上。生產時橫移小車進行移動，滿足單線穿水和二切分穿水、四切穿水的生產要求。

橫移小車設置相同的5個穿水冷卻裝置安裝工位，即單線Φ22～Φ28、單線Φ32～Φ50、雙線Φ14～Φ16、雙線Φ18～Φ20、四線Φ10～Φ21。對于不需穿水的規格，由旁路輸送輥道通過。

3 穿水冷卻的配置

3.1 冷卻裝置的工藝特點

（1）調整靈活，調節范圍大。由于控制冷卻鋼筋的力學性能主要是由鋼筋的自回火溫度決定的，通過控制鋼筋的自回火溫度可得到不同要求的力學性能，而自回火溫度則與終軋溫度軋制速度以及冷卻裝置的冷卻效率有關。工藝上要求冷卻裝置的冷卻能力調節自如，并且要求調節的范圍大，以適應不同規格及性能的需要。

（2）冷卻均勻。該冷卻裝置冷卻采用菱形斷面，冷卻水除沿鋼筋長度方向高速流動外，由于截面變化，造成壓力的變化（在垂直鋼筋方向上）也有較劇烈的攪動。水流的兩種運動結合，保證得到較大的冷卻能力，同時也保證了整個截面冷卻的均勻性。

（3）冷卻裝置移動方便。在軋制生產線上的不同通徑的水冷裝置和輥道并列，根據需要可由人工任意更換。

3.2 預穿水冷卻裝置的配置

加熱溫度影響軋前原始奧氏體晶粒的大小，各道次的軋制溫度及終軋溫度影響道次之間及終軋后的奧氏體再結晶程度及再結晶后的晶粒大小。奧氏體化溫度低，軋后余熱處理后，鋼筋的力學性能好。從生產中經驗中得出：在1 000～700℃之間，終軋溫度每降低100℃，鐵素體晶粒能變細3～4 μm。而鋼材的屈服強度、斷裂強度與鐵素體晶粒尺寸的D-1/2成正比。

相關資料也表明采用預穿水軋制,抗拉強度增加25 MPa、屈服強度增加15 MPa。微量的鈮可使未再結晶溫度提高到軋制可實現的程度，終軋前穿水又使溫度有所下降，加上終軋較大變形量，使得晶粒被拉長，在奧氏體向珠光體、鐵素體轉變過程中，形核率增加，晶粒細化［1］。因此，為實現低溫精軋工藝，在精軋機組前裝有冷卻段，并留出一定的距離，以使軋件在進入最后精軋道次時有一段均溫過程，確保進入精軋機最后軋制的軋件表面和芯部溫差不大于50℃［2］。

3.3 精軋后穿水冷卻的配置

穿水冷卻工藝技術在我國小型材生產線上已廣泛應用，其機理是利用鋼筋的軋后余熱進行淬火回火式熱處理，即對奧氏體狀態下熱軋鋼筋進行軋后快速冷卻，使鋼筋表面淬火形成馬氏體，隨后靠其芯部釋放出的余熱進行自回火，使馬氏體轉變為晶粒細小均勻的索氏體，提高強度與塑性。

對鋼筋熱軋后立即進行鋼筋表面激冷，對Ф12～Ф50 mm的鋼筋，表面冷卻速度可達800～1 000℃/s。表面終止冷卻溫度控在鋼的Ms點以上。這樣可保證鋼筋表面不產生馬氏體相變。而后鋼筋表面借助內部熱量傳導至過冷表面，使表面迅速升溫至Ar1點以上，隨后與鋼筋心部一起進入高溫轉變區，形成鐵素體＋珠光體組織。

本工程在精軋機組后按常規布置了有效長度16 m的穿水冷卻器，4個穿水通道，1個旁通通道，用于分別滿足不同鋼種不同規格圓鋼和熱軋鋼筋的需要。

4 應用效果

從表3常規性能指標來看，傳統軋制工藝無論是抗拉強度（Rm）、屈服強度（Rel），還是試樣的晶粒度、延伸率（A）都沒有經過控軋控冷后的試樣指標好，經控軋控冷軋制的鋼筋，其抗拉強度提高11.2 MPa，屈服強度提高34.5 MPa，延伸率提高1.1%，晶粒度提高1.1級；在試驗階段，取樣進行時效對比試驗，結果表明，控軋控冷三級螺紋鋼隨著時間的推移，其性能穩定；針對穿水冷卻的細晶鋼筋經過高溫加熱過程會轉變為粗大的晶粒，并且成分相對偏低等因素會造成控軋控冷鋼筋焊接強度偏低，為此進行焊接工藝改進試驗，通過簡單易行的小能量多道次的焊接方法，使得控軋控冷螺紋鋼焊接性能達到100%合格［3］。

表3 控軋控冷鋼與傳統工藝鋼性能對比

5 結論

（1）通過預穿水和穿水2段式控軋控冷后的產品性能比傳統軋制明顯提高。控軋控冷試樣與傳統軋制試樣的性能比較來看，經控軋控冷的試樣，其抗拉強度、屈服強度都有所提高，而且晶粒尺寸更小，細化了晶粒，使材質的韌性和塑性得到進一步改善。

（2）預穿水設備和穿水設備使終軋溫度降低，軋后溫度也驟降，相應2號飛剪、3號飛剪及精軋機組負荷增大，電機功率也需相應提高。［1］張嘉謀.控軋控冷Ⅲ級螺紋鋼的開發及性能研究［J］.江西冶金，2007（1）：3.

［2］孫建國.控軋控冷技術在小型材生產中的應用［J］.軋鋼，2004（4）：37.

［3］程知松.棒材生產線及穿水冷卻系統［J］.金屬世界，2010（5）：83.

（編輯：苗運平）

Abstract：The controlled rolling and controlled cooling technique is the important development direction of steel rolling.Its application production line was introduced in the Luli small section.

Key words：pre-cooling,cooling system,finish rolling temperature

Character of Cooling System in Bar Rolling Line

HOU Hongjie HAO Liqiang LI LianjiangYIN Hongwei
（SINOSTEELShijiazhuangEngineeringDesign&Research Institute,Shijiazhuang 050020，China）

TG335.12

A

2011－01－25

侯紅杰（1976-），男，在中鋼集團石家莊設計院從事軋鋼工程設計，工程師。Tel：0311-8158252，E-mail：hhj_1976@sina.com

1672-1152（2011）01-0057-03