一種用于鋼板在線固溶的軋后快速冷卻系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬的軋制領域，尤其涉及一種用于鋼板軋制后的冷卻系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 固溶熱處理，是指將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶 體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。其主要是改善鋼和合金的塑性和韌 性，為沉淀硬化處理作好準備等；可以使合金中各種相充分溶解，強化固溶體，并提高韌性 及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。適用于多種特殊鋼，尤其是高錳鋼和 奧氏體不銹鋼。
[0003] 對于過飽和度低的合金，通常選擇較快的冷卻速度；對于過飽和度高的合金，通常 選擇較慢的冷卻速度。
[0004] 鋼板的傳統(tǒng)固溶熱處理，是采用與軋機分開的熱處理設備進行離線熱處理，需要 再加熱后進行快速冷卻。這種生產工藝不僅增加了設備投資，而且工序繁多，生產周期長， 導致鋼材成本增加，滿足不了大批量的快節(jié)奏生產，極大地制約了經濟效益的提高。
[0005] 而在線固溶處理，則是利用鋼材熱軋后的余熱，控制鋼材軋制后的冷卻速度，使溫 度變化過程更接近離線熱處理的溫降過程，達到相同或相近的鋼材組織和性能，其冷卻過 程一般也稱為鋼板在線控制冷卻或直接淬火。其特點如下：
[0006] (1)由于鋼板經精軋機軋制后直接進入在線熱處理設備，省去了常規(guī)工藝所需的 鋼板重新加熱過程，可以節(jié)省大量能源；
[0007] (2)由于省去了重新加熱工序故減少了熱處理工藝時間，相應提高了熱處理設備 能力，同時由于熱處理設備為在線布置，也減少了鋼板傳輸時間；
[0008] (3)由于省去鋼板冷卻后重新加熱過程，故減少了合金元素引起的硬化現(xiàn)象；
[0009] (4)保留了控制軋制過程中細小的再結晶晶粒和大量變形位錯，較離線熱處理晶 粒更為細小均勻，力學性能更為優(yōu)異。
[0010] 鋼板在線控制冷卻及淬火是上世紀80年代以來發(fā)展迅速的一項冷卻技術。它是 通過在線控制相變組織，細化組織以及其他強化機理相結合，降低合金含量，提高材料的 強韌性及焊接性能，從而實現(xiàn)減量化制造、節(jié)約有限資源和節(jié)能減排的目標。但由于存在鋼 板冷卻均勻性和板形控制等問題，其潛在能力一直未得到充分發(fā)揮。為此，國內外許多學者 和鋼鐵廠研發(fā)人員進行了大量的實驗和應用研究，一些新技術相繼應用到新型高強度冷卻 設備上。
[0011] 例如：授權公告日為：2011年10月05日，授權公告號為：CN101500721B的中國發(fā) 明專利中，公開了一種"鋼板的控制冷卻裝置以及冷卻方法";授權公告日為：2011年09月 14日，授權公告號為：CN101557886B的中國發(fā)明專利中，公開了一種"熱鋼板的冷卻裝置和 冷卻方法";在上述技術方案中，提供了一種可連續(xù)地進行大范圍的冷卻能力控制的廉價的 熱鋼板的冷卻裝置，從多列噴霧噴嘴向被熱軋并在約束輥對（11)之間移送的熱鋼板（3)噴 射冷卻水進行冷卻，在該冷卻裝置中，具有噴管形狀不同的緩冷卻噴霧噴嘴列（K)和強冷 卻噴霧噴嘴列（J)，并且由于緩冷卻噴霧噴嘴列（K)的最大冷卻水沖擊壓力積分值與強冷 卻噴霧噴嘴列（J)的最小冷卻水沖擊壓力積分值連續(xù)，因此可連續(xù)地進行大范圍的冷卻能 力控制。上述技術方案使用多個噴嘴孔、將空氣和水這兩種流體混合噴霧對鋼板進行冷卻， 具有緩冷噴霧冷卻和強冷卻噴霧冷卻兩種可調節(jié)冷卻能力，可對厚鋼板進行全場無翹曲的 均勻冷卻。但是該裝置結構復雜，維護工作量大，對水壓的穩(wěn)定性要求高，一旦水壓不穩(wěn)定， 很容易造成"喘氣"，使得噴霧不穩(wěn)定，進而使得冷卻不穩(wěn)定。
[0012] 又例如：授權公告日為：2012年08月08日，授權公告號為：CN101622083B的中國 發(fā)明專利中，公開了一種"熱軋鋼帶的冷卻裝置和方法";授權公告日為：2014年03月19日， 授權公告號為：CN101437631B的中國發(fā)明專利中，公開了一種"熱軋鋼帶的冷卻裝置及冷 卻方法";在上述技術方案中所提供的冷卻裝置，具有向鋼帶（10)上表面供給棒狀冷卻水的 上集管單元（21)，該上集管單元（21)由第一上集管組和在其下游側的第二上集管組構成， 所述第一上集管組由設置在輸送方向上的多個第一上集管（21A)構成，所述第二上集管組 由設置在輸送方向上的多個第二上集管（21B)構成，第一上集管組和第二上集管組的各上 集管（21A、21B)形成各自獨立地具有打開一關閉機構（30)的配管結構，該打開一關閉機構 能進行棒狀冷卻水的噴射（注水）的打開一關閉控制。該技術方案采用兩組帶噴射角度的 相向的噴水集管組合，上游集管向下游方向噴射，下游集管向上游方向噴射，并具有向寬度 方向外側噴射的傾角。該技術方案解決了層流水在帶鋼表面滯留的問題，但如果由于溫度 控制需要造成兩組集管開水數(shù)量不同，加上帶鋼速度的影響，很容易達不到理想的效果，并 且寬向傾角容易造成中部冷卻不足，邊部過冷，引起寬向冷卻不均勻。
[0013] 再例如，授權公告日為：2013年09月25日，授權公告號為：CN102274864B的中國 發(fā)明專利中，公開了一種"基于超快冷技術的軋后冷卻系統(tǒng)及該系統(tǒng)的應用方法"，其包括 在軋線上沿鋼板軋制運行方向依次排列不同結構冷卻集管的冷卻裝置，上、下分流集管直 接與主供水管相接，每根分流集水管控制1組噴嘴；其改進點在于采用軋后先布置超快冷 裝置，其次再布置層流冷卻裝置的組合方式，超快冷裝置的超快冷卻區(qū)中，噴嘴形式為傾斜 噴射式縫隙噴嘴與高密管式噴嘴混合排列，上噴嘴與移動梁一起上下運動，來滿足不同鋼 板的板型；層流冷卻區(qū)每組上噴嘴由2組單邊U型管組成，每組為3排單邊U型管，每組上 噴嘴與2組下噴嘴對應；本系統(tǒng)前、后均布置有吹掃裝置，并且輥道兩側還設置側吹裝置， 及時去除鋼板表面的殘留水。采用超快冷和層流冷卻裝置優(yōu)化組合布置方式，達到較高的 冷卻速率，實現(xiàn)鋼板的均勻冷卻。該技術方案采用縫隙噴嘴斜噴與高密管式噴嘴混合排列 的裝置形式，噴嘴距離板面300~400mm，在線淬火需要結合后續(xù)的層流冷卻裝置一起完 成。該裝置為非約束型冷卻方式，對于水冷過程鋼板變形沒有相應的控制手段；縫隙式噴嘴 對裝置的制造精度和水質要求高，容易造成堵塞和分叉，形成不均勻冷卻。
[0014] 再例如，公開日為2010年01月27日，公開號為CN101633976A的中國發(fā)明專利申 請中，公開了一種"適合不同厚度高強韌鋼板的直接淬火工藝"，該技術方案采用高密度層 流冷卻，由上層流集管和下噴射集管組成強冷段、粗冷段和精冷段，強冷段可調流量比為1 : 1. 4~I :3. 0,粗冷段和精冷段流量比固定為I :1. 5。其將鋼坯加熱至1150°C -1280°c ;分 奧氏體再結晶區(qū)和未再結晶區(qū)兩階段軋制成鋼板，終軋溫度為800°C-88(rC ;采用高密度 層流冷卻實現(xiàn)鋼板在線淬火，其層流冷卻由上層流集管和下噴射集管組成的冷卻區(qū)構成，， 冷卻區(qū)包括強冷段、粗冷段和精冷段三部分，粗冷段和精冷段的上、下部集管水流量比固定 為I : I. 5,強冷段的上、下部集管水流量可在范圍I : 3.0-1 : 1.4自由調節(jié)。該技術方 案解決了傳統(tǒng)再加熱淬火+回火的調質工藝生產高強鋼帶來投資大、成本高的技術瓶頸； 具有節(jié)約能源、縮短工藝流程、提高生產效率的顯著功效，適宜鋼鐵工業(yè)普及生產。但是由 于層流冷卻的最大缺陷是在大水量下表面水滯留，造成冷卻不均勻；粗冷段和精冷段的水 比固定和橫向流量不可調也不利于板形控制。
[0015] 綜上所述，國內外針對軋后冷卻存在的一些問題提出了很多很有特色的設計和研 究成果，對于解決一些具體問題也取得了很好的效果，但也存在很多設計上的缺陷，比如大 部分為無約束型冷卻，在高冷速下很難保證冷卻后的板形；一般都采用直接淬火及加速冷 卻裝置（DQ+ACC)的布置形式，難以達到全冷卻過程一致的冷卻速度；為了達到大溫降，大 部分裝置要求的水量大，資源浪費嚴重；對于冷卻區(qū)的鋼板沒有檢測和跟蹤手段，難以實現(xiàn) 精確擺鋼和全自動控制。

【發(fā)明內容】

[0016] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用于鋼板在線固溶的軋后快速冷卻系統(tǒng)， 其利用鋼板在軋制后的軋制余熱，在線對鋼板進行固溶處理，以獲得符合產品要求的特定 的鋼板金相組織和各項性能，通過在熱矯直機和冷床之間安裝緊湊型上、下全斜噴式快速 冷卻裝置，實現(xiàn)均勻冷卻，采用節(jié)能型供水系統(tǒng)實現(xiàn)低供水能力下的大溫降，利用板形控制 技術優(yōu)化冷卻后板形，利用鋼板水中檢測裝置及位置控制方法，實現(xiàn)了鋼板在水中的精確 定位和跟蹤，利用模型控制技術和基礎自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)了冷卻過程的全自動精確控制。該 冷卻系統(tǒng)投資少，冷卻裝置緊湊節(jié)能，冷卻速率高