本發(fā)明涉及一種角鋼軋后控制冷卻裝置及工藝。

背景技術(shù)：

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)角鋼均為常規(guī)工藝，即軋線無(wú)控軋控冷設(shè)備，成品軋后上冷床靠自然冷卻或風(fēng)冷機(jī)冷卻至矯直機(jī)許可溫度，再進(jìn)行矯直，鋼材強(qiáng)度等指標(biāo)全部靠化學(xué)成分來(lái)保障。

鋼材控制冷卻工藝在棒材中應(yīng)用較多，但在角鋼生產(chǎn)中有諸多困難，如角鋼為非對(duì)稱截面，易造成鋼材橫截面冷卻不均勻；成品出軋機(jī)后頭部上下彎、側(cè)彎較大，容易發(fā)生堆鋼等工藝故障，由于角鋼橫截面為高剛度截面、且占空間大，一旦堆鋼、對(duì)軋機(jī)機(jī)列及其它設(shè)備損害較大，且故障處理時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)作業(yè)率影響較大，另外角鋼成品矯直后加工硬化明顯增加，矯直對(duì)原始組織要求較高，若出現(xiàn)馬氏體等組織，容易產(chǎn)生矯直開(kāi)裂，質(zhì)量隱患過(guò)大。鑒于以上困難，目前控制冷卻技術(shù)在熱軋角鋼領(lǐng)域的應(yīng)用尚屬空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種設(shè)計(jì)合理、提高鋼的強(qiáng)度和韌性、降低生產(chǎn)成本的角鋼軋后控制冷卻裝置及工藝，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種角鋼軋后控制冷卻裝置，包括若干組設(shè)于機(jī)架上的穿水單元，每組穿水單元包括兩個(gè)正向穿水器和/或反向穿水器；

所述正向穿水器的進(jìn)水口設(shè)于角鋼輸送方向的前方，反向穿水器的進(jìn)水口設(shè)于角鋼輸送方向的后方，所述穿水器包括相對(duì)設(shè)置的上噴水機(jī)構(gòu)和下噴水機(jī)構(gòu)，所述角鋼在上噴水機(jī)構(gòu)和下噴水機(jī)構(gòu)圍成的空腔內(nèi)輸送的過(guò)程中被冷卻；

所述上噴水機(jī)構(gòu)包括一上進(jìn)水座，在上進(jìn)水座的下側(cè)壁上沿角鋼輸送方向依次設(shè)有上噴嘴和若干根上冷卻導(dǎo)管；所述上噴嘴包括分別布置于角鋼兩腿面上方的兩組上噴嘴，兩組上噴嘴獨(dú)立進(jìn)水，所述上冷卻導(dǎo)管包括分別布置于角鋼兩腿面上方的兩組上冷卻導(dǎo)管；

所述下噴水機(jī)構(gòu)包括一下進(jìn)水座，在下進(jìn)水座的下側(cè)壁上沿角鋼輸送方向依次設(shè)有下噴嘴；所述下噴嘴包括分別布置于角鋼兩腿面下方的兩排下噴嘴；

所述上進(jìn)水座及下進(jìn)水座通過(guò)快速接口與供水系統(tǒng)相連，所述供水系統(tǒng)利用閥門對(duì)水量、水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；

正向穿水器的上噴嘴及下噴嘴向角鋼輸送的方向傾斜設(shè)置，反向穿水器的上噴嘴及下噴嘴向角鋼輸送的反方向傾斜設(shè)置。

上噴嘴傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈15°-60°，下噴嘴傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈15°-60°。

在正向穿水器進(jìn)水座的進(jìn)口端連接有一進(jìn)口喇叭口，在反向穿水器進(jìn)水座的進(jìn)口端連接有一導(dǎo)管。

使用所述角鋼軋后控制冷卻裝置的工藝，包括如下步驟：在精軋機(jī)組成品孔出口設(shè)置軋后冷卻裝置，當(dāng)角鋼從成品孔出口出來(lái)后，進(jìn)入所述軋后冷卻裝置進(jìn)行冷卻，以10-100℃/s的冷卻速度冷卻3-30秒，然后進(jìn)入冷床自然冷卻至常溫，獲得高強(qiáng)度角鋼。

角鋼在軋后冷卻裝置通過(guò)水冷冷卻，冷卻水的水壓為0.8mpa-2.0mpa，流量為300-1000m³/h，冷卻水溫為10-40℃。

角鋼在軋后冷卻裝置中的輸送速度為0.6-3m/s。

角鋼在軋后冷卻裝置中被冷卻至500-800℃。

角鋼在進(jìn)入所述軋后冷卻裝置時(shí)的溫度為900-1100℃。

所述角鋼為q345b材質(zhì)的角鋼。

晶粒細(xì)化是鋼最主要的強(qiáng)化方式之一，既能提高鋼的強(qiáng)度，又能提高鋼的韌性。快速冷卻會(huì)對(duì)角鋼的成品組織產(chǎn)生影響，冷卻速度的增加，終冷溫度的降低，使原組織鐵素體+珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+珠光體+貝氏體，且隨著冷卻速度的提升，終冷溫度的降低，貝氏體的含量會(huì)增加，組織中不含有馬氏體等異常組織。

本發(fā)明的有益效果是：該角鋼軋后控制冷卻裝置及工藝，利用高壓水對(duì)具有不同運(yùn)行速度、不同厚度角鋼的內(nèi)外表面進(jìn)行一定時(shí)間的快速均勻冷卻，然后再上冷床自然冷卻，使角鋼晶粒組織得到細(xì)化，從而在降低原料合金成本的同時(shí)，保證角鋼的綜合機(jī)械性能，同時(shí)安裝有上噴和下噴冷卻機(jī)構(gòu)，冷卻速度快。通過(guò)軋后控制冷卻，使鋼材表面溫度由900-1100℃快速將至500-800℃，之后再進(jìn)入冷床進(jìn)行自然冷卻，角鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)、韌性提高，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度角鋼的低成本生產(chǎn)，最終使角鋼質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。與傳統(tǒng)常規(guī)工藝相比，本發(fā)明裝置及方法在少添加合金元素的前提下，就能使角鋼性能滿足要求，例如強(qiáng)屈比、焊接性能和表面質(zhì)量等，在制得同等強(qiáng)度的角鋼時(shí)，本發(fā)明方法可使角鋼中mn含量平均降低0.2％，si含量平均降低0.1％，v平均降低0.01％，噸鋼利潤(rùn)達(dá)到30元/噸以上。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明的右視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中a-a向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中b-b向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中上噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4中c-c向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖4的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明中上冷卻導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為圖7中d-d向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為圖7的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為角鋼冷卻前后的溫度場(chǎng)；

圖11為冷卻速度對(duì)角鋼組織的影響；

圖12為終冷溫度對(duì)角鋼組織的影響。

圖中，1、機(jī)架，2、上進(jìn)水座，3、上噴嘴，4、上冷卻導(dǎo)管，6、下進(jìn)水座，7、下噴嘴，9、快速接口，10、供水系統(tǒng)，11、進(jìn)口喇叭口，12、導(dǎo)管。

具體實(shí)施方式

為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)具體實(shí)施方式，并結(jié)合其附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

實(shí)施例(1-1)：

如圖1-圖9中所示，該實(shí)施例角鋼軋后控制冷卻裝置，包括若干組設(shè)于機(jī)架1上的穿水單元，每組穿水單元包括兩個(gè)正向穿水器和/或反向穿水器；正向穿水器和反向穿水器相互配合，對(duì)冷卻水起封水作用，充分利用冷卻水，提高冷卻效率。

所述正向穿水器的進(jìn)水口位于角鋼輸送方向的前方，反向穿水器的進(jìn)水口設(shè)于角鋼輸送方向的后方，所述穿水器包括相對(duì)設(shè)置的上噴水機(jī)構(gòu)和下噴水機(jī)構(gòu)，所述角鋼在上噴水機(jī)構(gòu)和下噴水機(jī)構(gòu)圍成的空腔內(nèi)輸送的過(guò)程中被冷卻；

所述上噴水機(jī)構(gòu)包括一上進(jìn)水座2，在上進(jìn)水座2的下側(cè)壁上沿角鋼輸送方向依次設(shè)有上噴嘴3和若干根上冷卻導(dǎo)管4；所述上噴嘴包括分別布置于角鋼兩腿面上方的兩組上噴嘴，兩組上噴嘴獨(dú)立進(jìn)水，所述上冷卻導(dǎo)管4包括分別布置于角鋼兩腿面上方的兩組上冷卻導(dǎo)管；

所述下噴水機(jī)構(gòu)包括一下進(jìn)水座6，在下進(jìn)水座6的下側(cè)壁上沿角鋼輸送方向依次設(shè)有下噴嘴7；所述下噴嘴包括分別布置于角鋼兩腿面下方的兩排下噴嘴；

兩組上噴嘴所在上進(jìn)水座平面與下進(jìn)水座平面圍成一個(gè)直角三角形的腔體。

所述上進(jìn)水座2及下進(jìn)水座通6過(guò)快速接口9與供水系統(tǒng)10相連，所述供水系統(tǒng)利用閥門對(duì)水量、水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；

正向穿水器的上噴嘴3及下噴嘴7向角鋼輸送的方向傾斜設(shè)置，反向穿水器的上噴嘴3及下噴嘴7向角鋼輸送的反方向傾斜設(shè)置。

在正向穿水器進(jìn)水座的進(jìn)口端連接有一進(jìn)口喇叭口11，在反向穿水器進(jìn)水座的進(jìn)口端連接有一導(dǎo)管12。

上噴嘴3傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈15°，下噴嘴7傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈15°。

實(shí)施例(1-2)：

本實(shí)施例與實(shí)施例(1-1)的不同之處在于：上噴嘴3傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈60°，下噴嘴傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈60°。

實(shí)施例(1-3)：

本實(shí)施例與實(shí)施例(1-1)的不同之處在于：上噴嘴3傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈35°，下噴嘴7傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈35°。

實(shí)施例(2-1)：

一種使用上述實(shí)施例(1-1)-(1-3)任一所述的角鋼軋后控制冷卻裝置的工藝，包括如下步驟：在精軋機(jī)組成品孔出口設(shè)置軋后冷卻裝置，當(dāng)角鋼從成品孔出口出來(lái)后，進(jìn)入所述軋后冷卻裝置通過(guò)水冷冷卻，然后進(jìn)入冷床自然冷卻至常溫，獲得高強(qiáng)度角鋼。

冷卻水的水壓為0.8mpa，流量為1000m³/h，冷卻水溫為10℃。

角鋼在軋后冷卻裝置中的輸送速度為0.6m/s。

角鋼在軋后冷卻裝置中被冷卻至500℃。

角鋼在進(jìn)入所述軋后冷卻裝置時(shí)的溫度為900℃。

所述角鋼為q345b材質(zhì)的角鋼。

實(shí)施例(2-2)：

本實(shí)施例與實(shí)施例(2-1)的不同之處在于：

冷卻水的水壓為2.0mpa，流量為300m³/h，冷卻水溫為40℃。

角鋼在軋后冷卻裝置中的輸送速度為3m/s。

角鋼在軋后冷卻裝置中被冷卻至800℃。

角鋼在進(jìn)入所述軋后冷卻裝置時(shí)的溫度為1100℃。

實(shí)施例(2-3)：

冷卻水的水壓為1.4mpa，流量為650m³/h，冷卻水溫為25℃。

角鋼在軋后冷卻裝置中的輸送速度為1.8m/s。

角鋼在軋后冷卻裝置中被冷卻至650℃。

角鋼在進(jìn)入所述軋后冷卻裝置時(shí)的溫度為1000℃。

實(shí)驗(yàn)1：

為了驗(yàn)證本發(fā)明裝置及工藝的使用效果，本發(fā)明申請(qǐng)人對(duì)q345b∠100*6、q345b∠200*24角鋼進(jìn)行了針對(duì)性實(shí)驗(yàn)。

q345b∠100*6軋后冷卻時(shí)，使用3組穿水單元，第一、二組穿水單元均為正向穿水器，第三組為反向穿水器；

q345b∠200*24軋后冷卻時(shí)，使用6組穿水單元，第一至第四組穿水單元均為正向穿水器，第五至第六組均為反向穿水器；

所述角鋼在上噴水機(jī)構(gòu)和下噴水機(jī)構(gòu)圍成的空腔內(nèi)輸送的過(guò)程中被冷卻；

所述上進(jìn)水座及下進(jìn)水座通過(guò)快速接口與供水系統(tǒng)相連，所述供水系統(tǒng)利用閥門對(duì)水量、水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)；冷卻水進(jìn)入上進(jìn)水座和下進(jìn)水座后，被分配至上噴嘴和上冷卻導(dǎo)管以及下噴嘴；冷卻導(dǎo)管從噴嘴及冷卻導(dǎo)管中以一定方向、一定壓力、一定流量、一定溫度噴射到角鋼的表面，對(duì)角鋼進(jìn)行一定時(shí)間的快速均勻冷卻，然后再上冷床自然冷卻，使角鋼晶粒組織得到細(xì)化，從而在降低原料合金成本的同時(shí)，保證角鋼的綜合機(jī)械性能。

正向穿水器的上噴嘴及下噴嘴向角鋼輸送的方向傾斜設(shè)置，反向穿水器的上噴嘴及下噴嘴向角鋼輸送的反方向傾斜設(shè)置；上噴嘴傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈15°，下噴嘴傾斜方向與角鋼垂直截面夾角呈15°。在冷卻將結(jié)束時(shí)，反向穿水器將角鋼表面攜帶的冷卻水進(jìn)行反向吹掃，減少冷卻水?dāng)y帶量。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，各操作參數(shù)如下表1所示：

表1q345b∠100*6、q345b∠200*24角鋼軋后冷卻時(shí)的操作參數(shù)：

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)得q345b∠100*6、q345b∠200*24角鋼的性能參數(shù)如下表2所示：

表2軋后冷卻得到的q345b∠100*6、q345b∠200*24角鋼性能參數(shù)

從表2中數(shù)據(jù)可以看到，使用本發(fā)明角鋼軋后控制冷卻裝置及工藝得到的q345b∠100*6、q345b∠200*24角鋼，性能均達(dá)到了gb/t1591-2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

實(shí)驗(yàn)2：

本發(fā)明申請(qǐng)人同時(shí)測(cè)得了使用常規(guī)工藝和本發(fā)明角鋼軋后控制冷卻工藝及裝置得到同等強(qiáng)度的角鋼時(shí)角鋼中對(duì)應(yīng)的化學(xué)成分平均含量如下表3所示：

表3常規(guī)工藝與本發(fā)明工藝制備得到的q345b角鋼化學(xué)成分平均含量

由表3中數(shù)據(jù)可以看到，本發(fā)明裝置及方法在少添加合金元素的前提下，就能使角鋼性能滿足要求，例如強(qiáng)屈比、焊接性能和表面質(zhì)量等，在制得同等強(qiáng)度的角鋼時(shí)，本發(fā)明方法可使角鋼中mn含量平均降低0.2％，si含量平均降低0.1％，v平均降低0.01％，噸鋼利潤(rùn)達(dá)到30元/噸以上。

實(shí)驗(yàn)3：

本發(fā)明申請(qǐng)人采用ansys有限元對(duì)實(shí)驗(yàn)1中q345b∠100*6角鋼冷卻前后的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖10所示。從圖中可以看到角鋼控制冷卻前溫度場(chǎng)分布(a)；控制冷卻后溫度場(chǎng)分布(b)，從上圖可看出角鋼通過(guò)軋后控制冷卻后內(nèi)部的溫差減小，溫度分布更加均勻。

實(shí)驗(yàn)4：

本發(fā)明申請(qǐng)人改變q345b∠100*6角鋼軋后控制冷卻的速度和終冷的溫度，所得到的角鋼組織，如圖11-圖12所示。從圖11中可以看到，隨著冷卻速度的增加，角鋼中貝氏體含量增多；從圖12中可以看到，隨著終冷溫度的降低，角鋼內(nèi)部組織由鐵素體+珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+貝氏體，沒(méi)有馬氏體有害組織。

本發(fā)明未詳述之處，均為本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。