高速线材穿水过程温度场分析与控冷参数的设计优化

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1、武汉科技大学硕士学位论文第3页今后，轧钢技术的深入研究和轧制理论的改革创新将会随着冶金科技、计算机模拟技术和人工智能技术的成功融合，成为冶金领域中信息化分析与控制的又-N高点。同时，计算机轧制试验、轧机的最优化设计和工厂虚拟现实通过工业信息化技术的不断应用和实践，使得轧制生产控制过程更加的科学、系统和可行【51。1．1．2高速线材轧制的主流技术和设备21世纪线材轧制技术在高新技术的影响下获得改造、革新和发展，即通过轧制工艺的改进和控制优化等手段充分地提高和挖掘线材的力学性能和综合品质。以时代要求的高效节能、产品

2、质量改良、品种多样化及能源低耗为特点的线材轧制设备和技术成为发展的主流趋势。立式无头轧机、高速无扭无张精轧和轧后控制冷却等新兴技术在这一时代背景下将得到进一步的重视和发展。其主要轧制技术和成熟运行的轧制设备有如下几类：(1)轧制工序改进大多数厂家采取增加转炉容量加大力度来得到优质的钢水，以保证线材的出产质量。因此一部分相关的工序将在钢坯进入加热炉前进行设置或预留，例如对线材表面抛丸后再进行线材缺陷的超声波探伤，或经过磁粉探伤后进行缺陷的修复等工序。一些增设了300m3容量的高炉企业通过热铁水与废钢的混合冶炼，不

3、仅大大降低了电能消耗，还显著提高了成材的纯净度【6】。同时，采用连铸坯为原料辅以热送钢坯的工艺来降低能源消耗和提高金属的收得率。(2)V型无扭精轧机组技术在终轧速度不断的提高的要求下，新一代V型无扭精轧机组在结构上进行了大胆的革新和改造，包括降低传动轴的标高、减少机组的倾动力矩和减轻机组重量。这种新机型主要优点表现为低重心、低噪音、终轧温度低、稳定性好、盘卷质量高以及低事故发生率等。同时，此V型结构轧机很快步入第五代以后的高速线材轧机的优秀机组之列并得到各国知名线材生产厂家的青睐。(3)蓄热式燃烧技术蓄热式燃烧

4、技术是一种提高在单位蓄热体上的蓄热能力的广泛应用于高线生产线钢坯加热过程中的新技术。蓄热室和换向装置为此技术系统关键组成部分，其作用主要将由空气和煤气组成的可燃混合气体预热至上千摄氏度左右，这样有利于高炉煤气等低热值燃料的充分燃烧利用。自20世纪90年代中期开始推广应用以来，我国主要的钢铁企业在大型的步进炉中逐步地采用了蓄热式燃烧技术，使得改进工艺后的加热炉节约能源至少3／10，同时也减少了高炉加热时间降低了高炉的烧损延长了设备的使用寿命【71。(4)精密轧制技术为配合顾客对产品外观尺寸、线材表面质量、轧后机械

5、性能等的严格需求，提高产品的轧制精度又成为各个冶金设备研发团队的新课题。20世纪90年代初，著名的钢铁工业制造商美国摩根公司和意大利达涅利公司先后研发了减定径精密轧制机组。这种减径、定径机架与变速箱传动系统组成的成组的轧制机组的突出精轧性能表现为：a)、通过减少轧第4页武汉科技大学硕士学位论文制的压下量，使得产品尺寸的高精度偏差在．0．Imm~+0．Imm之间；b)、能够运用低温轧制技术，在相变过程中可以细化晶粒以改善线材的品质性能；C)、改进了相关装置，增加了快速换辊机构，大大节约了换辊时间并提高了精轧机组的

6、利用率达十成左右；d)、采用单套精轧机组的孔型，即可适应多种规格的产品生产；0、轧制后不需切除头尾余料，进一步增加了钢材的收得率，节约资源[8】。(5)低温态开轧技术将轧制温度控制在常化温度或热机轧制温度范围之内的轧制工艺称之为低温态开轧技术。此技术一方面可以减少燃料的大量消耗，降低轧制过程中钢材表面的脱碳量保证了表面质量，避免了不必要的烧损发生；另一方面被加工的轧件在低温状态下进行的物理形变和延展使得金属的晶粒组织细化、致密形成更为均匀、连续的微观金相组织。最终，改善了轧件的机械性能，简化了后续的热处理工序，

7、增加了轧件的强度和韧性。(6)控制温度冷却轧制技术控制温度冷却技术是高轧制速度(>100m／s)、大产量(>100t／h)的高速线材完成在线冷却任务的支柱技术，再配合先进的盘卷成型技术就能获得线材优良的品质性能及良好的卷形。控温冷却轧制技术的主要工艺过程的设置是在粗轧机机组后至精轧机组入口段布置水冷箱来控制开轧和调节精轧的温度，而将水冷导卫放置在精轧机组内以控制线材的终轧温度。这样就能实现整条轧制生产线上的温度分布处于可控可调的状态，完成控温冷轧的目的获取满足线材综合性能条件下的最佳的晶粒组织结构。(7)无头轧

8、制技术无头轧制技术是主要为了达到提高线材的成材率降低消耗的目的而改造研发出来的。同时，为了稳定的应用于高线生产，各大型冶金设备制造商研究了在无头轧制过程中最优工艺参数的设计和选取。最终定型的无头轧制技术，其工艺特点是将加热炉出口的钢坯头与在粗轧机入口处的上一根钢坯的尾部通过焊接连接起来，避免了钢材盘卷打捆时的切头损失和减少轧废的几率，提高了轧制的线材出产率。(8)其他设备和技术随着轧制