中间坯冷却工艺（IC）在单机架炉卷产线的应用

2022-11-05蔡茗宇蔡瑞涛刘朝振贾保祯

山东冶金 2022年5期

蔡茗宇，王永，蔡瑞涛，刘朝振，贾保祯

（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 276800）

1 前言

山东钢铁集团日照有限公司中厚板厂（简称山钢日照公司中厚板厂）3500炉卷产线于2019年4月投产，生产5～80 mm 厚度规格钢板。20～80 mm厚度规格钢板通常采用控轧工艺生产，中间坯需要待温至一定温度以下才能进入精轧道次轧制，这种传统的控轧工艺待温时间较长，严重影响了轧机机时产量［1-3］。若采用批轧方式生产，需要对坯料长度进行限制，对生产计划要求较高，在时序控制上存在较多的不确定性因素。同时，经过了粗大变形量的轧制，晶粒内部储存了大量的畸变能，中间坯在再结晶区待温过程中，高温的影响及畸变能的释放会使晶粒会进一步长大［4-6］。随后，中间坯进入部分再结晶区待温，由于组织具有遗传性，长大的晶粒对整个精轧过程的工艺效果造成直接影响［7-8］。因此，在中厚板采用控制轧制工艺时，需要控制待温过程中中间坯晶粒的长大。为此，山钢日照公司中厚板厂开发了中间坯冷却（IC）工艺，在大幅度提高生产效率的同时，有效提高了钢板的力学性能。

2 工艺控制

中间坯冷却工艺主要应用布置于轧机之后的超快冷设备，设备参数：组数4（缝隙）+30（高密）；水压0.2～0.5 MPa；使用高度20～600 mm；冷却模式为通过式/摆动式。

2.1 工艺流程

中间坯冷却（IC）工艺是坯料轧至中间坯厚度，由辊道输送至超快冷设备，采用通过式或摆动式冷却后输送回机前，在机前进行短时间摆动，随后进行精轧道次轧制，避免了中间坯在机前进行长时间待温。中间坯冷却（IC）工艺如图1所示。

图1 中间坯冷却（IC）工艺流程

在进行第一道次轧制前，超快冷模型通过轧机的PDI 信息获得中间坯厚度、中间坯长度、精轧开轧目标温度以及需要的中间坯冷却温度。当轧至中间坯厚度后，中间坯以3 m/s 被输送至超快冷进行冷却。由Tb高温计扫描出头中尾温度发送给模型用于计算加速度；模型根据T1高温计检测出的温度进行预计算，计算出预计需要开启的组数、水量、辊道速度、加速度；中间坯运行至T2高温计，模型进行修正计算，确定最终的组数和水量。冷却结束后，中间坯返回轧机前，由T0高温计进行温度检测，检测出的温度发送至自学习模型进行计算修正，以提高温度命中率。

2.2 问题及解决办法

（1）中间坯头尾过冷。由于中间坯冷却需要开启的组数较多、水量较大，在进行中间坯冷却时，超快冷没有物料跟踪，出现了头尾过冷的现象，与身段温差接近80 ℃。将轧机对中间坯头尾的跟踪位置发送给超快冷，超快冷进行头尾遮蔽控制，有效解决了头尾过冷的现象。

（2）中间坯咬钢冲击过大。由于中间坯厚度较大，中间坯冷却后，表面与心部存在较大温差，虽然中间坯表面有足够的返红温度，但对轧机的冲击依然很大。在轧机模型中增加ASC功能，利用粗轧阶段的高温特性，在粗轧的最后一道对头部进行变厚度轧制，将头部厚度减薄3～5 mm，从而保证精轧第一道次顺利咬入。

3 中间坯冷却工艺的应用试验

3.1 中间坯冷却工艺试验

不同厚度和冷却温度的中间坯冷却工艺试验数据如表1 所示。3#钢采用中间坯冷却工艺，4#钢采用传统控轧工艺，待温时间前者少于后者235 s，这说明此工艺能够大幅度减少待温时间。从表1可以看出，当中间坯厚度相同时（1#和2#钢），精轧温度和终轧温度均随中间坯冷却温度的降低而降低，中间坯待温时间随中间坯冷却温度的降低而减少。当中间坯厚度不同时（2#和3#钢），中间坯厚度越厚，待温时间则越长。这说明中间坯厚度越厚，冷却后的中间坯表面与心部温差越大，反而造成返温后的表面温度要明显高于精轧开始温度，待温时间增加。因此，在满足性能的条件下，选择合适的中间坯厚度和中间坯冷却目标温度，才能达到最佳的生产效率。

表1 中间坯冷却工艺试验（成品厚度30 mm）

3.2 中间坯冷却工艺性能试验

投用与不投用中间坯冷却工艺的钢板性能如表2所示。使用中间坯冷却工艺的3#钢，屈服强度和抗拉强度高于4#钢；-20 ℃冲击韧性相近。从3#和4#钢1/4处金相组织可以看出，3#钢的晶粒较4#钢细，珠光体组分比4#钢多（如图2所示）。这说明中间坯冷却工艺将中间坯直接冷却至精轧开轧温度附近，减少了待温时间，抑制了奥氏体晶粒长大，为精轧过程及之后的控冷提供了良好的组织基础。