热轧层流冷却的冷却策略研究

冉瑞生

摘 要：热轧层流冷却是决定带钢组织性能的重要工艺环节，而冷却策略是决定带钢组织性能的重要工艺制度。文章对热轧层流冷却的冷却策略进行了研究，从冷却模式、冷却速度和目标卷取温度几个方面进行了系统的分析。

关键词：热轧带钢；冷却策略；工艺制度；冷却模式

在热轧带钢生产中，层流冷却是重要的工艺环节，其控制的卷取温度决定了成品带钢的加工性能，力学性能和物理性能，所以热轧生产必须对层流冷却系统进行严格控制和管理。

为了达到带钢的组织性能要求，层流冷却必须制定冷却工艺制度，即冷却策略，主要包括冷却模式、冷却速度和目标卷取温度。由于冷却策略在层流冷却中的重要作用，很多研究者对此进行了研究[1-4]。本文从冷却模式、冷却速度和目标卷取温度几个方面进行了研究，介绍了我们提供的冷却模式，以及我们最近开发的两段式冷却模式，并对冷却速度和目标卷取温度进行了分析。

1 层流冷却系统简介

层流冷却装置布置在精轧机之后，卷取机之前的输出辊道上、下方。根据冷却集管水量的大小分为粗冷段和精冷段。粗冷段集管的水量大，冷却能力强，带钢冷却主要集中在粗冷段；精冷段集管的水量较小，冷却能力较弱，主要是用于控制卷取温度的精度。在第一个冷却区段的入口、最后一个冷却区段的出口、以及相邻两个冷却区段之间均设有侧喷，用于除去帶钢上表面的积水。在精轧末机架的出口装有测厚仪，测量带钢终轧时的实际厚度。在精轧末机架的出口、粗冷段和精冷段之间，以及精冷段之后分别装有高温计，分别测量相应位置的实际温度。层流冷却的常规设备布置图如图1所示，其中中间高温计在某些热轧厂未布置。

图1 层流冷却设备的常规布置形式

2 层流冷却的冷却策略

层流冷却的冷却策略是带钢冷却的工艺制度，主要包括带钢的冷却模式、冷却速度和目标卷取温度，是影响热轧最终产品组织性能的重要因素。本文主要就冷却模式、冷却速度和目标卷取温度进行分析和研究。

2.1 冷却模式

冷却模式是指层流冷却阀门的开启顺序和方向，决定了带钢从精轧机出来后，经过水冷区和空冷区的先后。因为粗冷段的冷却能力较强，发生组织性能的转变主要是在粗冷段，而精冷段主要用于控制卷取温度的精度。所以对于冷却模式，我们主要是对粗冷段而言。根据热轧生产的特点和要求，我们提供了早冷模式、晚冷模式和空冷模式，以及我们最近开发的两段式冷却模式。

2.1.1 早冷模式

早冷模式是在带钢离开精轧机末机架后在粗冷段以一定的冷却速度经过水冷，然后经过空冷，最后由精冷段的水冷进行微调的冷却模式。在这种冷却模式下，阀门开启时从精轧机出口开始，朝着卷取机的方向开启；阀门关闭时朝着精轧机出口方向关闭。其冷却路径如图2 所示。

2.1.2 晚冷模式

晚冷模式是在带钢离开精轧机末机架后在粗冷段先经过空冷，再以一定的冷却速度经过水冷，最后由精冷段的水冷进行微调的冷却模式。在这种冷却模式下，阀门开启时从卷取机方向开始，朝着精轧机出口方向开启；阀门关闭时朝着卷取机的方向关闭。其冷却路径如图3所示。

2.1.3 两段式冷却

近年来，一些热轧厂需要生产一些品种钢，常规的早冷和晚冷模式已不再满足要求。为此，我们开发了两段式冷却模式，并应用到生产现场。两段式冷却是带钢从精轧机出来后，在粗冷段经过水冷→空冷→再水冷→再空冷，最后经过精冷段适当水冷微调的冷却模式。两段式冷却的两段水冷区可以具有不同的冷却速度，以满足冷却工艺对产品组织性能的特殊要求；并且两段水冷区之间的空冷时间可调节。两段式冷却的冷却路径如图4所示。

2.1.4 空冷模式

在精轧机组和卷取机之间，不采用水冷，而使带钢在空气中通过辐射和对流自然冷却。此模式适用于一些薄规格带钢或仅需自然冷却的带钢。

2.2 冷却速度

冷却速度是针对水冷而言，是指带钢在一定的冷却时间里达到多大的温降，温降越大，冷却速度越大；反之越小。冷却速度是决定带钢组织性能的重要因素之一。一般说来，某个钢种和规格的冷却速度目标值由工艺专业在生产前确定。

在层流冷却系统中，通过配置不同的喷水模式，即阀门开启的稀疏程度来控制带钢的冷却速度。对于常规热轧生产，我们一般配置5种基本喷水模式。这里，以一组冷却集管有4个阀门为例，常规的喷水模式有4/4模式，3/4模式，2/4模式，1/4模式和空冷模式。4/4模式表示每4个阀门里打开4个阀门，上、下集管对称打开。其他的喷水模式以此类推。

在同一种喷水模式下，不同的带钢厚度和带钢运行速度会有不同的冷却速度。层流冷却模型会根据精轧出口温度、带钢速度和带钢厚度等因素，自动选择一种喷水模式，以尽可能地接近目标冷却速度，从而满足工艺要求。

2.3 目标卷取温度

目标卷取温度也是决定带钢组织性能的重要因素之一。一般说来，目标卷取温度由工艺专业根据订单要求，以及热轧厂工艺和设备特点在生产前事先制定好的。各个钢种和规格制定一定的目标卷取温度。表1是某热轧厂的具有代表性的钢种和规格的目标卷取温度：

3 结束语

热轧层流冷却的冷却策略是热轧生产的重要工艺制度，是决定带钢组织性能的主要因素，本文从冷却模式、冷却速度和目标卷取温度几个方面进行了研究。

参考文献

[1]霍向东，柳得橹，孙贤文，等.CSP层流冷却工艺对低碳钢组织和性能的影响[J].钢铁，2003，38（8）：30-34.

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