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10控制冷却设备及其自动化课件
10控制冷却设备及其自动化
控制轧制和控制冷却相结合的钢材生产工艺称为形变热处理工艺(TMCP)。
通过采用合理的控制轧制和控制冷却工艺,可以实现材料的细晶强化、相变强化和析出强化,因此可以在采用较少含量合金元素的情况下,仍然保持产品既定的力学性能,这不仅节省了生产成本,同时提高了钢材的焊接性能和韧性。
控制轧制和控制冷却工艺作为生产高级别的高强度钢板的标准技术已被收入ASTM和JIS标准。
国内外经验表明,绝大多数中厚板产品都可以采用TMCP工艺组织生产。
控制冷却是利用加速冷却系统,对轧后钢板在线进行加速冷却,以控制钢铁材料在冷却过程中的相变过程,获得需要的相变组织和优异的力学性能。
控制冷却是中厚板轧机提高产品质量、开发高附加值产品的最重要的手段。
从1980年日本钢管公司福山工厂第一次成功应用加速冷却系统并获得巨大成功以来,国际上绝大多数现代化中厚板厂都安装了在线加速冷却装置,用于开发管线钢、高强船板、高强工程机械用钢等新产品。
中厚板轧制生产线是否可以控制产品的组织和性能,是否可以获得高附加值的产品,很大程度上决定于控制冷却系统的设置和水平。
一个高水平的控制冷却系统应由控制冷却设备、供水及水处理系统和控制冷却计算机控制系统三大部分组成。
10.1控冷设备的总体布置和基本配置
10.1.1控制冷却设备的安装位置
图10-1所示为某中厚板轧机控制冷却系统的平面布置。
该控冷系统包括控冷主体设备、供水管路、高位水箱和水处理系统等几部分。
控冷主体设备1位于轧制线上,轧机后面,距离轧机一段距离。
高位水箱3位于邻跨厂房的外面,供水管路2将冷却水由高位水箱送到控冷设备的主体部分。
使用后的冷却水经地沟送到水处理系统,经过过滤、冷却,由水泵送入高位水箱。
控制冷却主体设备安装在轧机后面,从有利于实现晶粒细化的角度来看,与轧机的距离应当是越短越好,因为距离短,有利于保持轧件控制轧制后的硬化状态,再经过加速冷却,可以得到细晶的铁素体。
但是,从轧机到控制冷却系统的距离受到轧件长度的限制,这段辊道至少应当可以摆放规格包含的最长的轧件。
如果考虑到控制轧制的待温需求,这段距离还应当保证交叉轧制摆钢所需要的额外的辊道长度。
根据与矫直机的相对位置,控制冷却系统有3种布置形式:
其一是控制冷却系统安装在矫直机的前面,即轧件冷却之后再进人矫直机进行热矫。
这是最常用的一种方式。
其二是控制冷却系统安装在矫直机的后面,即轧件矫直之后再进入控制冷却系统进行加速冷却。
这种方式应用较少,主要是新日铁冷却系统兼有加速冷却和DQ两种功能,矫直之后,钢板平直,再进行冷却,可以得到冷却均匀的平直钢板。
对于厚规格的钢板和实施DQ的钢板,这种方式比较有利。
其三是控制冷却系统安装在两台矫直机之间。
前面一台矫直机是预矫直机,对高温状态的钢板进行矫直,以利于后续的加速冷却得到冷却均匀的平直钢板。
冷却之后钢板再进入强力矫直机进行热矫。
由于这种方式有利于得到冷却均匀、残余应力低的平直钢板,近年不少厂家开始采用,效果很好。
目前,多数中厚板厂为控制冷却系统供水的高位水箱均设在厂房外侧靠近泵房的位置,从供水泵的能量消耗、设备布置、水温保持角度讲是合理的。
设置在厂房外部,水箱的高度不受厂房高度的限制,有利于按照需要设计水箱的高度。
高位水箱和控制冷却系统之间用供水管路连接起来。
10.1.2控制冷却设备的配置
控冷设备由控冷主体设备、供水管路、高位水箱和循环水处理系统组成。
10.1.2.1高位水箱
目前的控制冷却系统多数采用层流冷却,大流量的低压水从集管中流出,与钢板表面平稳接触,冷却水不反溅,并紧贴在钢板表面按一定方向做宏观运动。
柱状或者幕状的层流水虽然速度不高,但是质量很大,所以具有较大的动量,可以击破钢板和冷却水之间的气膜,实现较高效率的热交换。
这种低压、大流量的层流水是由高位水箱经过供水管路提供的。
控冷系统设置高位水箱,一般高位水箱位于冷却区操作侧,近年多设置在室外。
高位水箱的高度应保证系统的供水压力足以击破钢板上表面的存水和气膜,保证热交换在低热阻的条件下进行。
高位水箱起到稳压、稳流、水量缓冲及排气的作用。
在结构上,采用进水头缓冲技术,以保证水源的稳定;采用集管与水箱供水一对一技术,保证每个集管来水的稳定;采用进水、出水和溢流口均匀分布技术,保证上下管供水稳定。
高位水箱的容积应当起到对供水总量缓冲的作用。
冷却系统的供水量应当在考虑轧制周期和冷却通过时间要求的条件下,充分利用高位水箱的储水功能,保证供水能力满足钢板冷却的需要。
在控制冷却系统不工作时,水泵系统向高位水箱供水;在控制冷却系统工作时,由于瞬时水量超出水泵系统的供水能力,水箱水面会有所下降,但是水箱的容积应当保证水箱内的水量满足最大瞬时水量的需求。
水箱的深度不可过深,以免在最高水位和最低水位之间造成过大的压力差,影响冷却水压力的稳定。
水箱高度的设计要充分保证上下集管水压合理均衡,并使钢板表面上的冷却水呈层流状态,高度造成的压力应当可以击破钢板表面的残水和水膜,实现水和钢板之间直接的热交换。
根据国外资料介绍和现场实际应用效果来看,层流冷却水的压强保持在上表面0.08MPa、下表面0.06MPa,可以满足层流冷却的要求。
由此压强即可推算出水箱的高度。
但是,近年来考虑到钢板表面残水的影响,为了提高冷却效果,高位水箱的高度有提高的趋势,例如某厂高位水箱的底面高度达到19m。
下面以某厂为例简要介绍其高位水箱构造组成。
该厂高位水箱位于厂房外部,其底面标高为+12000mm,有效容积150m3。
高位水箱置于钢筋混凝土框架的建筑物之上,由普碳板焊接配以等边角钢加强筋和H型钢制成的底座;水箱底部设有入水管口(DN600)两处,为高位水箱供水;水箱底部设有出水管口(DN900)两处,接人供水主管(DNl200)进入分流集水管为系统提供控冷用水;水箱底部设有溢流管口(DN700)和排污管口(DN200)各两处;水箱顶部及侧面分别设有透气帽、人孔盖和爬梯、走台、液位计、传感器等;高位水箱外部进行保温处理。
10.1.2.2供水管路
供水主管是用来将高位水箱的控冷用水输送至控冷主体设备的中间管路。
供水主管为螺旋焊接管,其直径应当保证满足冷却系统的用水水量要求,此外还包含弯头、鞍式支座、排污阀门、人孔及人孔盖等,进入厂房内部的输送管线置于一定深度和宽度的管沟中,管沟内设有沉井及必要的维修、清洁空间。
供水主管将水送到分流集水管装置,该装置同时向上集管装置、下喷管装置等提供水源。
分流集水管主要由螺旋管加焊端部封头制成,其直径应当满足各集管的水量需求,其长度应当长于控冷设备主体部分的长度。
分流集水管通过其上均匀、合理布置的出水管向各集管供水,各出水管开关、供水时应当互不干扰,保证水流量、压力稳定。
分流集水管应设置人孔、排污孔、排气孔。
10.1.2.3控冷主体设备
控冷主体设备位于输出辊道上,与辊道配合布置。
依据采用的冷却设备的形式、冷却能力、水量等,控冷主体设备的长度不同,在10~30m之间。
主体设备由集管(上集管、下集管)、侧喷装置、调宽装置、端部吹扫装置和相应的辊道等组成。
集管是控制冷却设备的基本单元,通常是截面为圆形或矩形的管,与辊道平行布置,长度与辊道长度相当。
集管一端进水,另一端封死;也有的是两端封头,中间进水。
集管上有圆形的或者狭缝形的出水口,冷却水由出水口流出,流到钢板表面。
集管内设置一定能力的阻尼,以保证水可以沿集管轴向均匀流出。
集管依据其安装位置,分为上集管和下集管。
中厚板轧机上、下集管成对布置,数量相同,每一对上、下集管构成一组,应尽量保持上、下集管冷却位置的对称性。
为了与辊道配合安装,每组上、下集管的轴线间距与辊道间距相同,安装在每两支辊道中间的位置。
通常中厚板轧机的辊道间距为0.8~1m。
每支集管由一组阀门进行流量和开闭控制,这一组阀门主要包括手动蝶阀、电动流量调节阀、双气动隔膜阀、自水冷手动球阀、自水冷隔膜阀、自水冷溢流隔膜阀等。
流量阀应当保证足够宽的调节范围和足够高的流量调节精度,以实现高精度的冷却速率控制和冷却温度精度控制。
开闭阀应当有足够高的响应速度和不同阀之间的同步性,以便根据需要高精度开闭阀门,对钢板头尾和局部温度不均进行高精度的控制。
一般情况下,上、下集管的水量比例需要根据钢板的厚度等因素进行调节。
所以每组冷却装置上、下喷嘴装置的控制相互独立,即上、下集管水量可以单独调节和开闭,这样可以依据需要水量调整上、下集管的水量比例,以保证钢板上下表面均匀、对称冷却,防止钢板因上、下表面冷却不均而翘曲。
不同形式的控制冷却系统主要差别在上集管装置,例如U形管式、水枕式、水幕式等。
对钢板下表面的冷却,不宜采用幕状冷却和较大的柱状层流冷却,宜采用低压喷射和密集的柱状层流冷却,以扩大冷却水与钢板下表面的接触面积。
同时,通过改变下喷嘴的喷射角度,以增加水流在钢板下表面的停留时间及增加钢板下表面的喷水量,来保证下表面均匀冷却。
控制冷却装置的上下喷嘴机构和钢板通过水平面的距离视冷却要求而定,一般是上喷嘴至辊道上表面距离为1.4m,下喷嘴至辊道上表面距离为150mm。
为了清除两个集管之间钢板上的残水,提高换热效率,节省用水,系统中问每隔定长位置应设置侧喷装置。
当上表面的冷却水吸收一定热量以后,用中压水按一定角度冲刷钢板表面,实现新旧冷却水的交换,可以提高冷却效果。
侧喷装置的压力一般在1MPa左右。
装置本身应当具有一定的保护和防护功能。
例如上喷嘴装置设有自水冷装置,在冷却系统不投入使用时对系统进行保护,防止系统长期暴露在高温下而变形乃至损坏。
下喷嘴应设有遮蔽保护装置,以防止铁皮等落人,堵塞喷嘴,也可避免受到下扣钢板头部的撞击而变形损坏。
在冷却系统的人口和出口,应设有端部吹扫装置。
利用压缩空气罐提供的压缩空气,吹扫钢板表面的残水,防止钢板表面的残水和水汽影响邻近区域测温仪等检测仪表的工作,确保检测仪表的检测精度。
冷却辊道最好是单独传动,可以根据需要调整轧件的运行速度。
为了进行钢板宽度上的冷却均匀性控制,采用冷却宽度调整装置,对冷却水的宽度进行调节。
调宽系统应当保证在高温、潮湿的环境中稳定、可靠的无故障工作。
喷嘴装置两侧应设有挡水板,以防止辊道传动电机等机电设备因受潮、进水而受到损害,影响生产。
10.1.2.4供水系统
供水及处理系统包括:
供水泵、主管路、高位水箱、流量调节阀、提升水泵、过滤器、冷却塔及中和水池(铁皮坑)等,其结构如图10-2所示。
针对常用的层流冷却装置的用水特点,供水系统配置方式主要有:
(1)泵+机旁水箱。
此种供水系统通过水箱稳定水压和调节水量,系统配置简单,节能效果明显。
(2)泵+高位水箱+机旁水箱。
此种供水系统通过高位水箱来调节水量,通过机旁水箱稳压,使水压更加稳定,节能效果明显,但系统配置复杂。
(3)泵+减压阀。
此种供水系统的水压相对稳定,水量不能调节,系统配置简单,但不节能。
10.2加速冷却装置的主要形式
加速冷却装置是加速冷却系统的最重要部分。
为了获得宽范围的冷却速率和长度、宽度、厚度方向的均匀化冷却,以及可以灵活调整的冷却模式,对加速冷却装置的结构进行了大量的研究工作,并在生产现场进行了持续不断的开发和改进,使得控制冷却系统在提高钢材质量、降低生产成本、提高生产效益方面发挥出越来越重要的作用。
目前控制冷却装置以层流冷却方式(包括集管方式和水幕方式)为主流,但是近年以压力水为冷却介质的超快速冷却系统发展迅速,控制冷却系统的面貌发生了重大变化,带动了控制冷却技术的整体发展。
10.2.1U形管层流冷却装置
1980年,日本NKK公司在世界上首次采用的中厚板加速冷却系统即为U形管层流冷却装置,其集管的基本结构如图10-3b所示。
由高位水箱提供的低压层流水由一端或者中间部分进入集管,集管为圆形,上面以一定的间距焊接两排圆断面的U形管,冷却水由U形管流出后落到钢板表面。
集管内部有增加阻尼的隔板,以保证横向不同位置的U形管流出水的均匀性。
由U形管流出的圆柱形水流连续、平稳,具有较大的动能,从约1.5m的高度落到钢板表面后,可以穿过钢板表面覆盖的残水,冲破钢板和残水之间形成的阻碍热交换的气膜,使得冲击区及其周围区域的钢板表面始终和新水接触,因而具有良好的热交换效果。
U形管的直径和间距是两个重要的参数,需要认真分析确定。
U形管的直径直接影响集管的用水量以及系统的水量调节范围。
如果U形管直径过大,为了保证同样的水量,势必采用较大的U形管间距,这必然造成钢板直接冷却区和周围区域的较大温差,冷却沿横向不均匀。
严重时会造成沿钢板纵向形成明显的带状冷却不均。
同时,u形管直径过大,会造成小流量时冷却水断流,缩小冷却水流量的调整范围。
每个集管过去是采用两排U形管,两排集管的U形管应采用交错布置方式,即后一排的U形管恰好对准前一排的U形管的空挡位置,这样可以增加冷却的均匀性。
20世纪90年代以来,为了进一步实现均匀化的冷却,出现了每支集管4排U形管的高密布置形式。
u形管的直径减小,间距减小,再加上前后4排错开布置,极大地提高了U形管方式的冷却均匀性,同时也提高了冷却能力,并加大了水量的调节范围。
10.2.2直管式层流冷却装置(水枕式)
在U形管发展过程中,针对U形管形状复杂、不易维护保养等问题,又出现了图10-3a所示的直管式层流冷却装置,也称水枕式冷却装置。
通常水枕式层流冷却装置集管断面为矩形,有4排或5排直管通过螺纹连接安装到集管的下面,这些直管的上端一直通到集管的上部,与集管的上面有一小的距离。
集管内部同样有阻尼结构以使横向水流均匀化。
与U形管相比,直管式冷却能力较强,省水,容易实现横向遮蔽,不易堵塞,拆卸方便,便于清理检修。
另外,直管式层流冷却装置便于实现中部凸度水量的设计,可保证横向冷却的均匀性。
同时应当合理选择直管的管径和排布密度等,以利于实现高效、均匀的冷却。
直管式的缺点是断水性能差。
当阀门关闭时,由于直管的顶端与集管上面有一定的空间存有冷却水,停止供水后,这些冷却水仍会继续从喷嘴流出。
所以设计上要将直管的上端离箱顶近一些,以尽量消除停水的滞后现象。
同时所有圆水管的顶面应当在一个水平面上,这样在集管开闭时,各个出水管可以保持同步。
这方面,U形管有一定的优点,只要喷水阀门关闭,U形管内的水即立刻停止喷水。
图10-3将直管和U形管的结构进行了对比。
10.2.3水幕层流冷却装置
集管层流冷却的特点是沿钢板横向固定位置上受到柱状层流水的冲击发生冷却,故沿横向冷却是不均匀的。
为了解决这一问题,20世纪70年代出现了水幕冷却。
水幕设备示意图如图10-4所示,集管的出水不是沿横向的一系列柱状水流,而是沿一狭长缝状出水口流出,喷出的水呈幕帘状,故称之为水幕冷却。
它保持了柱状层流低压水、大质量冲击冷却的优点,同时可以实现横向冷却均匀,所以冷却能力和冷却均匀性大大提高。
10.2.4Mulpic水枕式冷却装置
Mulpic水枕式冷却装置是VAI近年在水枕式层流冷却系统基础上开发的一种快速冷却系统,其集管的结构原理与水枕式层流冷却系统相似,但是也有重大区别,Mulpic出水管直径较小,为3~5mm,出水管在集管上密集排列,间距很小,仅为30~40mm,在每平方米的面积上,约布置.500个喷嘴。
冷却系统总计分为4个区域。
第一个区域,即DQ区,冷却水的最高压力是0.5MPa,本区域也可以使用0.15MPa的低压,实施加速冷却。
其余的3个区为加速冷却区,冷却水的压力为0.15MPa。
Mulpic系统的冷却水是直接下冲式,水的利用率可能是问题。
一般水枕的宽度约400mm,而水枕的间距是800mm,所以在钢板表面每隔400mm会出现一个400mm宽的残水区。
残水区的存在不仅影响传热效果,而且会恶化冷却的均匀性。
所以,Mulpic的高冷却速率的冷却均匀性是遗留的待解决的问题。
10.2.5水一气喷雾式冷却装置
水-气喷雾式冷却装置是20世纪80年代法国BERTIN公司开发研制的专利技术,DAVY-CLECIM公司具有独家制造许可证,英文简称为ADCO(adjustablecooling),它具备实现加速冷却和直接淬火的双重功能。
目前有法国GTS厂(1989年)、韩国浦项POSC02号厚板厂(1989年)、美国ESCO公司(1995年5月)和中国酒钢2800mm中板厂(1995年底)采用ADCO冷却装置。
水-气喷雾冷却系统是以模块式结构设计的,一般由4~7个组件组成,每个组件包括4~5组集管,每组上、下对称配置,如图10-5所示。
其喷嘴由3个平行的连续直线狭缝组成,中间的一条狭缝与水幕类似,可以垂直向下喷出幕状水流,两侧的两个狭缝,以一定的交叉角度向层流水幕喷射压缩空气。
压缩空气将低压水流击碎,雾化为大量小液滴,再将它们均匀地喷射到钢板表面上。
水一气喷雾冷却有自己独有的优点。
它实现的是“面”式的均布式冷却,比管层流的“点”式集中冷却和水幕层流的“线”式集中冷却的冷却均匀性要好(如图10-6所示)。
它的水流量可以在很大范围内可调节,所以具有很宽的冷却能力调整范围。
由于其喷射的水滴颗粒可以控制得比较小,所以可以在钢板上实现大冷却能力的气化式冷却,这也许是新的强力超快速冷却的一种发展方向。
另外,其设备是以组件方式构成的,拆装便捷也是一大特点。
但该系统除了使用水之外,还使用空气,使喷嘴结构和配管系统复杂化,设备投资费用增加,维修工作量加大,车间噪声和雾气也较大。
因此过去选用水一气喷雾冷却的较少。
近年由于对钢材冷却速率和冷却均匀性的要求不断提高,这种方式正在重新引起人们的重视。
10.2.6压力水倾斜喷射的超快速冷却装置
高温钢板与冷却水接触后会发生沸腾现象,根据钢板温度的不同,有3种不同的沸腾冷却方式(图10-7)。
在高温阶段发生膜沸腾(高于500℃),即钢板和冷却水之间存在一层蒸汽膜。
这层蒸汽膜造成的热阻大大降低了钢板和冷却水之间的热交换,所以膜沸腾条件下冷却水的冷却效率很低。
在低温阶段(100~300℃)发生核沸腾,钢板和水之间不存在蒸汽膜,直接发生热交换,所以冷却效率高,冷却速度快。
在膜沸腾和核沸腾之问存在一个过渡沸腾阶段(300~500℃),在这一阶段,钢板表面的不同部位,可以并存两种冷却速率不同的沸腾冷却方式。
在过渡沸腾情况下,板面上有的部位钢板和冷却水之间处于膜沸腾状态,冷却速率较低;有的部位处手核沸腾状态,冷却速率较高。
结果由于钢板的不同部位处于不同的冷却状态,发生了极为不均匀的冷却,极易造成钢板的翘曲,形成表观的或者潜在的板形缺陷。
所以,在钢板冷却过程中,应当避免出现过渡沸腾。
在钢板冷却过程中,虽然钢板的平均温度多数情况下不会低于500℃,但是过去的加速冷却方式中,不论是喷射冷却还是层流冷却,由于以大水量进行冷却,都会很快进入到核沸腾和膜沸腾共存的过渡沸腾状态,冷却过程是不稳定的。
此外落在钢板上的冷却水滞留在钢板表面,会在很宽的范围内引起钢板二次冷却。
这种由于滞留水引起的二次冷却,极易变成不稳定的过渡沸腾状态。
在这种不稳定的条件下,随着冷却的进行,温度的偏差会不断增大,成为引起不均匀冷却的主要原因,同时也恶化了钢板的质量。
所以避免出现膜沸腾和过渡沸腾,尽力实现核沸腾,对于保证冷却的均匀性、提高冷却强度极为重要。
为了解决这一问题,1998年日本JFE钢铁公司在原NKK公司福山厂,对其世界首次采用的加速冷却系统进行改造时,采用了全新概念的快速冷却系统,命名为Super-OLAC,意即超级在线加速冷却系统。
基于对中厚板上侧冷却的研究,采取了带压力的冷却水、倾斜布置、喷嘴尽可能靠近中厚板、冷却水朝钢板运动方向实施射流冲击的方法。
喷射出的压力水并不反溅,而是沿着钢板运动方向在板面流动,彻底清除钢板表面形成的水膜,实现钢板和新冷却水的全面接触,达到了很高的冷却速率和冷却均匀性。
而中厚板下侧的冷却采用的是所谓“随伴流式”冷却,其特点是在钢板下方布置水槽,沉没在水槽中的喷嘴在向钢板喷射水流时,将水槽中的水一同带出,提高了下冷却装置的冷却水量和冷却能力。
这种冷却方法可以避免出现瞬时沸腾现象,实现了在中厚板上下两侧具有高冷却能力的核沸腾。
这一方法对于中厚板实现了非常高的冷却速率,可以达到各个冷却速率的冷却极限。
同时由于消除了过渡沸腾,实现了全面的核沸腾,所以冷却均匀性极高。
东北大学RAL提出了一种超快冷+层流冷却的新设计概念,并申请了发明专利。
该系统借鉴辊式淬火机实施淬火过程的基本原理,采用斜喷缝隙式喷嘴+高密管式喷嘴的混合布置,将上述两种冷却方式的优点结合起来,极其均匀地将板面残存水与钢板之间形成的气膜清除,从而达到钢板和冷却水之间的完全接触,实现钢板和冷却水均匀接触的全面的核沸腾。
这不仅提高了钢板和冷却水之问的热交换,达到较高的冷却速率,而且可以实现钢板的均匀冷却,大大抑制了钢板由于冷却不均引起的翘曲。
为了保证钢板顺利通过超快冷系统,在超快冷系统的前面最好采用预矫直机对钢板进行预矫直。
这种新型的冷却系统既可以对钢板实施超快速冷却,也可以进行直接淬火。
采用这种新型冷却装置,企业的新产品开发能力将大为加强,在高强度级别管线钢、高层建筑用钢、工程机械用钢、高强船板、高强容器板等高附加值产品的开发方面,将极大地增强企业的核心竞争力。
10.2.7直接淬火设备
直接淬火是在加速冷却基础上发展起来的又一冷却方式,它利用轧制之后钢板的余热,通过快速冷却,在轧制线上对钢板进行淬火,是高强度钢板和厚规格钢板的一种重要生产工艺。
与离线淬火比较,这种生产工艺可以减少加工工序,节省再加热需要的能源,使得工艺过程更加紧凑、合理。
它通过对化学成分、轧制与冷却条件的控制,可以获得再加热淬火所得不到的强度和韧性的组合。
由于这种方式可以降低钢材的碳当量,所以可以提高材料的焊接性能。
直接淬火和回火组成的调质热处理已经成为高强度钢板生产的重要工序,在中厚板的生产中占有重要位置。
在传统的轧后冷却系统中,加速冷却设备和直接淬火设备一般是分开设置的。
为了在冷却过程中控制钢板的变形,传统直接淬火设备一般需要采用与输送辊对应的上部约束辊。
日本川崎制铁(现JFE)的轧后冷却设备MACS系统,其中在Acc部分的后面设置了直接淬火系统,该装置整体上是一个13m长的冷却水箱,箱内充满水,水量可以由水的流速调节。
水箱内有上、下两列装有叶片的辊道,辊道转动时由叶片搅动水,使新水源源不断地与钢板均匀接触,同时将钢板表面形成的气膜清除,实施高效率的均匀的热交换。
在水箱的前后,装有密封集管,用来截断新水的渗漏,保证钢板沿宽度方向的均匀冷却。
日本神户钢铁公司于1985年12月对原有设备进行改进,实现了从加速冷却到直接淬火的广泛冷却。
其设备概况如图10-8所示。
在设备最前段的上下部位采用狭缝喷射冷却喷嘴,在狭缝喷射喷嘴的后面分趴在上、下部采甩适用不同水量密度范围的三种冷却强度不同的管式层流喷嘴和倾斜喷雾喷嘴。
它较加速冷却水量密度大,而且冷却温度区域宽。
本设备除在狭缝喷射喷嘴的前后设置分水辊之外,没设置约束辊。
近年开发的超快速冷却系统,例如JFE的Super-OLAC,实际上可以利用一套设备实现加速冷却、超快速冷却和直接淬火三种功能,为轧后的在线热处理提供了良好的条件。
10.3控制冷却策略
控制冷却系统主要实现三个目标:
合理的终冷温度、合理的冷却速度和成品的各向性能均匀。
下面分别从冷却方式和控制策略几个方面说明实现三大目标所采取的措施及相应的控制效果。
10.3.1冷却方式
控制冷却的方式有三种,即一次通过式、摆动通过式、局部摆动式。
所谓一次通过式,即钢板不停止地一次通过冷却系统,即可达到需要的终冷温度。
但是当钢板比较厚时,有时一次通过达不到需要的终冷温度,故发展了所谓的摆动通过式冷却,此时钢板反复几次通过冷却设备进行冷却,直到达到需要的终冷温度。
局部摆动式在钢板比较短时采用,钢板在冷却装置内部局部摆动,直到达到需要的
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