高氫噴射冷卻技術(shù)在高強(qiáng)鍍鋅板生產(chǎn)中的應(yīng)用

王懷岐

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司邯寶冷軋廠，河北 邯鄲 056009）

高強(qiáng)鋼板的生產(chǎn)有兩種方式可選擇：一是通過(guò)化學(xué)途徑，即增加合金元素；二是通過(guò)熱處理手段。化學(xué)途徑需要在冶煉時(shí)添加價(jià)格昂貴的合金元素，因?yàn)楹辖鹪爻煞指撸瑢?huì)影響鍍鋅過(guò)程鋅附著能力、降低帶鋼焊接性能等問(wèn)題。因此，通過(guò)熱處理手段，修改退火曲線，提高帶鋼通過(guò)連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組快速冷卻段時(shí)的冷卻速率，保證帶鋼的淬透性，便成為了可以選擇的最佳方式，如此工藝改進(jìn)成功，不僅可以節(jié)約大量合金元素的費(fèi)用，還可大大降低了電耗，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和很大的挖掘潛力。

1 快速冷卻段內(nèi)的傳熱過(guò)程及影響因素

快冷段屬于爐溫在500℃以下的低溫爐。完成噴流冷卻后的冷卻氣流在風(fēng)箱內(nèi)進(jìn)入下一循環(huán)。根據(jù)牛頓冷卻公式，鋼板與氣體之間的對(duì)流傳熱為：

其中C∑為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為KJ/(m2h℃)

式中：λ為氣體導(dǎo)熱系數(shù)，單位為J/(mh℃);V為 氣體粘滯系數(shù)，單位為m2/s;n為噴嘴形狀系數(shù)；W為 噴出氣流的速度，單位為m/s；L為氣流間距，單位為m;S為帶鋼表面與噴口距離，單位為m；d為噴嘴定性尺寸，單位為m。

由公式（1）可知，鋼板與氣體之間的對(duì)流傳熱決定著帶鋼的冷卻效果；與對(duì)流換熱系數(shù)和帶鋼與冷卻氣體的溫度差成正比。而能夠變化的只有冷卻氣體的溫度，只有提高水換熱器的冷卻效率，降低氣體溫度，方能提高對(duì)流傳熱系數(shù)。

由公式（2）可知，氣體導(dǎo)熱系數(shù)、噴嘴形狀系數(shù)、噴嘴間距、噴嘴與帶鋼表面之間的距離、氣流噴出速度等均是影響傳熱系數(shù)的主要因素。

2 快速冷卻段內(nèi)的氫氣濃度含量對(duì)冷卻功率的影響

冷卻氣體的導(dǎo)熱系數(shù)是影響帶鋼的冷卻效果的重要因素。氣體的比熱容（單位J /(kg·K)，氮?dú)鉃?.038、氫氣為14.05 。提高快速冷卻段內(nèi)的氫氣濃度含量，勢(shì)必加快其中帶鋼的冷卻速率。試驗(yàn)表明，從快冷段注入濃度為20%氫含量，擴(kuò)散至整個(gè)退火爐后，原先的4%氫氣濃度含量并未明顯增加（見(jiàn)表1），而加大快冷段氫氣濃度，卻能起到提高保護(hù)氣的對(duì)流傳熱系數(shù)的效果（見(jiàn)圖1）。

圖1 帶鋼降低相同溫度冷卻功率與氫氣含量之間的關(guān)系

由表1及圖1可知，快冷段氫氣含量增加與快冷段各個(gè)區(qū)域風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降呈強(qiáng)正相關(guān)趨勢(shì)。

當(dāng)帶鋼溫度保持工藝原態(tài)不變，根據(jù)快冷段冷卻速率的計(jì)算公式：

式中：P5為快冷段入口帶鋼溫度測(cè)量值； P6為快冷段出口帶鋼溫度測(cè)量值；Ls為生產(chǎn)線運(yùn)行速度；S為快冷段1區(qū)出口與快冷段出口之間的距離。

可以得到，在△T一定的情況下，生產(chǎn)線運(yùn)行速度與帶鋼的冷卻速率成正比。

3 產(chǎn)品帶鋼與可移動(dòng)風(fēng)箱的間距對(duì)冷卻速率的影響

圖2是噴射壓力與傳熱系數(shù)的相關(guān)分析圖，分析表明，保護(hù)氣體的噴射壓力與帶鋼與保護(hù)氣體之間的傳熱系數(shù)也呈強(qiáng)正相關(guān)關(guān)系。由圖2可以看出，在風(fēng)機(jī)負(fù)荷一定的情況下，在某一間距L下，隨著保護(hù)氣體的噴射壓力增大，保護(hù)氣體與帶鋼之間的傳熱系數(shù)也增大；對(duì)于可移動(dòng)風(fēng)箱噴口與帶鋼的不同的間距L，間距值越小，保護(hù)氣體的噴射壓力越大，保護(hù)氣體與帶鋼之間的傳熱系數(shù)也越大。反之亦然。

表1 不同氫氣含量與快冷段冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)比

圖2 移動(dòng)風(fēng)箱與帶鋼不同間距下噴射壓力與傳熱系數(shù)的相關(guān)圖

4 快冷段風(fēng)機(jī)區(qū)域運(yùn)行模式對(duì)冷卻速率的影響

反復(fù)試驗(yàn)的實(shí)踐證明，快冷段風(fēng)機(jī)不同區(qū)域的運(yùn)行模式的選擇，對(duì)DP/TRIP等系列高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)，可獲得不同厚度相應(yīng)的冷卻速率，如圖3所示。在冷卻段出入口溫度差固定的工況下，某一厚度的帶鋼，在快冷段三個(gè)區(qū)域同時(shí)運(yùn)行模式下的帶鋼冷卻速率最小；快冷段1區(qū)獨(dú)立運(yùn)行模式下和快冷段2區(qū)和3區(qū)共同運(yùn)行模式下的帶鋼冷卻速率基本一致，同時(shí)也是冷卻速率最大的運(yùn)行模式。由圖3可得出結(jié)論：無(wú)論哪一種模式，隨著帶鋼厚度的增加，帶鋼的冷卻速率將隨之減小。

圖3 冷卻區(qū)域的運(yùn)行模式組合對(duì)不同厚度帶鋼冷卻速率的影響

5 高強(qiáng)鋼生產(chǎn)

提高快冷段氫氣含量、減少移動(dòng)風(fēng)箱噴縫與帶鋼的距離、快冷段風(fēng)機(jī)區(qū)域組合運(yùn)行的選擇，這一系列的措施保證了連續(xù)熱鍍鋅線快冷段的冷卻能力的提升，最終使得帶鋼的冷卻速率得到大幅度提升，為基板降低合金量而保證成品卷性能提供了保證。