热轧超快冷却技术的分析及应用

张利伟

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

摘 要：超快冷却技术以一种新型控制冷却技术的姿态呈现出来，对于钢板性能与质量方面有着超越性的研究，控制冷却技术被大量应用在热轧钢板的生产实践中，其成效俱佳。该文简述超快冷却的基本原理、系统布置以及应用情况，深入分析超快冷却技术对钢板温度与性能的限定潜力，探究超快冷却技术在热轧钢板范畴中的丰厚的工艺设计内容和宽阔的应用空间。

关键词：控制冷却技术 热轧钢板 超快冷却

中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0145-02

鉴于控制冷却技术的突出优势，其在现代轧钢技术层面屡屡被赞同和重视，而且愈来愈多地被广泛熟练地运用。控制冷却技术通过对轧后冷却过程中能够调控的工艺参量进行优化补充，以达到限定钢板综合性能的目的，加强性能的均匀稳定性。热轧超快冷却技术是提高轧钢性能的一个有力的技术措施。通过进一步的深入研究，通过控制冷却的具体过程能够有效地改善板材的力学性能和控制板形。随着热轧技术的不断更新发展，要求在热轧过程中注重超快冷却技术的应用与研究。

1 超快冷却技术的发展

在国外，最早应用超快冷却系统的是Hoogovens-UGB，紧随其后的是比利时的CRM开发了超快冷却系统，日本、韓国等在超快冷却技术方面的研制开发都取得了显著的进展，而且很快被熟练地运用到热轧生产线上。

我国自20世纪70年代拥有了控制冷却技术，对其进行深入研究并快速运用于生产实践中，但对其研究偏注重冷却机理为层流冷却的传统控制冷却的装置。目前已经通过试验，已经开发研制出原型试验装置、工业化中的应用设备装置，已经呈现出相关的技术和专利，并在热轧生产线上研制开发了带有自身特点的超快冷却技术，并且得到了广泛的应用。随着轧制技术的高标准的发展，对控制冷却技术提出了更高更严的要求，要求在轧制过程中达到短时、快速、准确地控制温度，而传统的层流冷却、气雾式冷却等因为冷却速度欠缺而无法达到标准，因此，进一步开发研制出了这种新型的超快冷却系统。超快冷却的特点相当明显：冷却的速度相当大，有别于常规的冷却能力；冷却水与钢板的热交换饱和有效；超快冷却的冷却水的喷洒形式为迅速热交换提供充足的准备；具备了新型的冷却设备，是控制冷却技术的强有力的保证。

2 超快冷却的基本原理

当冷却水喷洒在热轧板上时，会快速形成一层蒸汽膜，冷却水和热钢板的对流热交换系数大于蒸汽和热钢板的热传导系数，因此，打破蒸汽膜是提高热交换系数关键的一点。为达到迅速冷却，必须打破蒸汽膜层，让水充分接触热轧板，使钢板热量迅速被带走，而超快冷水压比较大，对于蒸汽膜层非常容易打破，进而使冷却水与钢板充分接触，冷却速度相当可观，可以达到100%/S以上。对于超快冷却的主要环节是在冷却时蒸汽膜打破的程度，扩充冷却水与红钢的直接对流换热的面积。需要关注以下关键因素：（1）确保冷却水的压力有效提升，以便打破蒸汽膜；（2）严密合理地设置喷管的分布，促使冷却水能够充分地接触钢板的表面；（3）保证冷却水的水量，深入探究超快冷却的模型控制精度，一定做到冷却的均匀性，同时更要确保板形的质量。

3 超快冷却的控制路径

通过对控制冷却路径方面的研究，以得到多样功能的相变组织和不同性能的材料，利用成分设计，达到柔性化生产的目的，在冷却路径的限定层面，把相变强化作为根本，再配合使用细晶强化、析出强化等多种手段用以辅助，来增强材料的强度，完善综合性能，进而充实人们对材料方面的严格要求。

4 超快冷却的系统布置

由于超快冷却技术有效缩短冷却区长度，因此，依据不同的规格和性能可以生产高强度钢材和研发新的钢种，对冷却速度进行严格的把控，冷却系统可采用各种组合的冷却路径，满足超快冷却系统在热轧生产线上的系统布置。超快冷却系统的冷却区一般是5～10 m左右，为层冷区的1/10，因为冷却区短，冷却压力大，因此，对于超快冷却系统的布置控制要求非常精确。在冷却的环节中，散热能力如果不足，将会出现冷却过后会有一部分奥氏体转变成铁素体的现象，晶粒尺寸相对较大，因此，需要将超快冷却布置在精轧机和层冷之间，可以促使快速冷却，进而使铁素体晶粒得到细致化。而散热能力如果过于强大，又会出现一部分奥氏体向贝氏体转变的现象，这样会导致材料的塑性缩短，所以，超快冷却需要布置在卷取机和层冷之间，使贝氏体的转变量及时得到限定，进而在含量达到标准后迅速冷却。对于超快冷却系统的布置一定要注意温度的限定。超快冷却系统布置在保温辊道和精轧机之间，能快速降低中间过渡的温度，使精轧前的待温时间有效缩短，而超快冷却系统布置在保温辊道和粗轧机之间，等待轧件在超快冷却后会存在一段均温的时间，这样，可以充分地减小精轧的表面与内部的温度落差。在具体的实践操作过程中，依据不同钢板的规格、性能及工艺的限定要求，可以实行组合式的超快冷却的工艺设计。

5 超快冷却的应用

通过超快速冷却设备这种富有超越性的新一代控制冷却技术，能够有效地使晶粒细化、组织结构强化而达到钢板性能的提高，通过丰富的工艺设计内容和前沿的科学技术，将超快冷却很好地应用在热轧生产过程中。在热轧环节中，必须对各环节的温度严格限定、精确控制，可以合理地将超快冷却系统运用于中间坯冷却、机架间和轧后冷却，对于双相钢冷却，一般会要求与层流冷却组合运用，以达到更好的效果，有效地施展各自的独特优势，进而卓有成效地应用于实践生产中。

6 结语

热轧超快冷却技术应用多样化高超的强化功能，突破性地实现了低成本、高效率的生产，给热轧工艺的发展提供了强有力的技术支持。由于超快冷却的速度大，对于超快冷却条件下冷却的均匀性和板形问题需要深入研究，重视冷却产品的质量和力学性能，这样，针对热轧产品在绿色节能、低碳减排、成本降低和增加产品的附加值方面有潜在的价值，在冷却设备和模型控制系统全面到位的情况下，超快冷却技术能够大范围地调控轧制的模式、冷却的速度、冷却的温度以及冷却的路径，充分地展示超快冷却的技术优势，使产品的性能质量发挥出巨大的价值，因此，应致力于打破技术及工艺的束缚，使超快冷却技术能够逐渐被广泛推广运用，有效地呈现材料性能的高超性、百般性，进而不断提升产品的结构力度，增加产品的附加值，使超快冷却技术成为钢铁工业科学向前迈进的有效的技术力量保障。

参考文献

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