熱軋超快冷卻技術的分析及應用

張利偉

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

摘 要：超快冷卻技術以一種新型控制冷卻技術的姿態呈現出來，對于鋼板性能與質量方面有著超越性的研究，控制冷卻技術被大量應用在熱軋鋼板的生產實踐中，其成效俱佳。該文簡述超快冷卻的基本原理、系統布置以及應用情況，深入分析超快冷卻技術對鋼板溫度與性能的限定潛力，探究超快冷卻技術在熱軋鋼板范疇中的豐厚的工藝設計內容和寬闊的應用空間。

關鍵詞：控制冷卻技術 熱軋鋼板 超快冷卻

中圖分類號：TG335 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0145-02

鑒于控制冷卻技術的突出優勢，其在現代軋鋼技術層面屢屢被贊同和重視，而且愈來愈多地被廣泛熟練地運用。控制冷卻技術通過對軋后冷卻過程中能夠調控的工藝參量進行優化補充，以達到限定鋼板綜合性能的目的，加強性能的均勻穩定性。熱軋超快冷卻技術是提高軋鋼性能的一個有力的技術措施。通過進一步的深入研究，通過控制冷卻的具體過程能夠有效地改善板材的力學性能和控制板形。隨著熱軋技術的不斷更新發展，要求在熱軋過程中注重超快冷卻技術的應用與研究。

1 超快冷卻技術的發展

在國外，最早應用超快冷卻系統的是Hoogovens-UGB，緊隨其后的是比利時的CRM開發了超快冷卻系統，日本、韓國等在超快冷卻技術方面的研制開發都取得了顯著的進展，而且很快被熟練地運用到熱軋生產線上。

我國自20世紀70年代擁有了控制冷卻技術，對其進行深入研究并快速運用于生產實踐中，但對其研究偏注重冷卻機理為層流冷卻的傳統控制冷卻的裝置。目前已經通過試驗，已經開發研制出原型試驗裝置、工業化中的應用設備裝置，已經呈現出相關的技術和專利，并在熱軋生產線上研制開發了帶有自身特點的超快冷卻技術，并且得到了廣泛的應用。隨著軋制技術的高標準的發展，對控制冷卻技術提出了更高更嚴的要求，要求在軋制過程中達到短時、快速、準確地控制溫度，而傳統的層流冷卻、氣霧式冷卻等因為冷卻速度欠缺而無法達到標準，因此，進一步開發研制出了這種新型的超快冷卻系統。超快冷卻的特點相當明顯：冷卻的速度相當大，有別于常規的冷卻能力；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備；具備了新型的冷卻設備，是控制冷卻技術的強有力的保證。

2 超快冷卻的基本原理

當冷卻水噴灑在熱軋板上時，會快速形成一層蒸汽膜，冷卻水和熱鋼板的對流熱交換系數大于蒸汽和熱鋼板的熱傳導系數，因此，打破蒸汽膜是提高熱交換系數關鍵的一點。為達到迅速冷卻，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，進而使冷卻水與鋼板充分接觸，冷卻速度相當可觀，可以達到100%/S以上。對于超快冷卻的主要環節是在冷卻時蒸汽膜打破的程度，擴充冷卻水與紅鋼的直接對流換熱的面積。需要關注以下關鍵因素：（1）確保冷卻水的壓力有效提升，以便打破蒸汽膜；（2）嚴密合理地設置噴管的分布，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，同時更要確保板形的質量。

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，利用成分設計，達到柔性化生產的目的，在冷卻路徑的限定層面，把相變強化作為根本，再配合使用細晶強化、析出強化等多種手段用以輔助，來增強材料的強度，完善綜合性能，進而充實人們對材料方面的嚴格要求。

4 超快冷卻的系統布置

由于超快冷卻技術有效縮短冷卻區長度，因此，依據不同的規格和性能可以生產高強度鋼材和研發新的鋼種，對冷卻速度進行嚴格的把控，冷卻系統可采用各種組合的冷卻路徑，滿足超快冷卻系統在熱軋生產線上的系統布置。超快冷卻系統的冷卻區一般是5～10 m左右，為層冷區的1/10，因為冷卻區短，冷卻壓力大，因此，對于超快冷卻系統的布置控制要求非常精確。在冷卻的環節中，散熱能力如果不足，將會出現冷卻過后會有一部分奧氏體轉變成鐵素體的現象，晶粒尺寸相對較大，因此，需要將超快冷卻布置在精軋機和層冷之間，可以促使快速冷卻，進而使鐵素體晶粒得到細致化。而散熱能力如果過于強大，又會出現一部分奧氏體向貝氏體轉變的現象，這樣會導致材料的塑性縮短，所以，超快冷卻需要布置在卷取機和層冷之間，使貝氏體的轉變量及時得到限定，進而在含量達到標準后迅速冷卻。對于超快冷卻系統的布置一定要注意溫度的限定。超快冷卻系統布置在保溫輥道和精軋機之間，能快速降低中間過渡的溫度，使精軋前的待溫時間有效縮短，而超快冷卻系統布置在保溫輥道和粗軋機之間，等待軋件在超快冷卻后會存在一段均溫的時間，這樣，可以充分地減小精軋的表面與內部的溫度落差。在具體的實踐操作過程中，依據不同鋼板的規格、性能及工藝的限定要求，可以實行組合式的超快冷卻的工藝設計。

5 超快冷卻的應用

通過超快速冷卻設備這種富有超越性的新一代控制冷卻技術，能夠有效地使晶粒細化、組織結構強化而達到鋼板性能的提高，通過豐富的工藝設計內容和前沿的科學技術，將超快冷卻很好地應用在熱軋生產過程中。在熱軋環節中，必須對各環節的溫度嚴格限定、精確控制，可以合理地將超快冷卻系統運用于中間坯冷卻、機架間和軋后冷卻，對于雙相鋼冷卻，一般會要求與層流冷卻組合運用，以達到更好的效果，有效地施展各自的獨特優勢，進而卓有成效地應用于實踐生產中。

6 結語

熱軋超快冷卻技術應用多樣化高超的強化功能，突破性地實現了低成本、高效率的生產，給熱軋工藝的發展提供了強有力的技術支持。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，重視冷卻產品的質量和力學性能，這樣，針對熱軋產品在綠色節能、低碳減排、成本降低和增加產品的附加值方面有潛在的價值，在冷卻設備和模型控制系統全面到位的情況下，超快冷卻技術能夠大范圍地調控軋制的模式、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優勢，使產品的性能質量發揮出巨大的價值，因此，應致力于打破技術及工藝的束縛，使超快冷卻技術能夠逐漸被廣泛推廣運用，有效地呈現材料性能的高超性、百般性，進而不斷提升產品的結構力度，增加產品的附加值，使超快冷卻技術成為鋼鐵工業科學向前邁進的有效的技術力量保障。

參考文獻

[1] 彭良貴，劉相華，王國棟.超快冷卻技術的發展[J].軋鋼， 2004，21（1）：1.

[2] 張志勇.熱軋超快冷卻技術的分析及應用[J].電氣時代， 2013（4）：94.

[3] 王國棟.姚圣杰.超快速冷卻工藝及其工業化實踐[J].鞍鋼技術，2009（6）：1-5.

[4] 王丙興.中厚板軋后多階段冷卻控制策略研究與應用[D].東北大學，2009.