一种用于钢板在线固溶的轧后快速冷却系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属的轧制领域，尤其涉及一种用于钢板轧制后的冷却系统。
【背景技术】
[0002] 固溶热处理，是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶 体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。其主要是改善钢和合金的塑性和韧 性，为沉淀硬化处理作好准备等；可以使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性 及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。适用于多种特殊钢，尤其是高锰钢和 奥氏体不锈钢。
[0003] 对于过饱和度低的合金，通常选择较快的冷却速度；对于过饱和度高的合金，通常 选择较慢的冷却速度。
[0004] 钢板的传统固溶热处理，是采用与轧机分开的热处理设备进行离线热处理，需要 再加热后进行快速冷却。这种生产工艺不仅增加了设备投资，而且工序繁多，生产周期长， 导致钢材成本增加，满足不了大批量的快节奏生产，极大地制约了经济效益的提高。
[0005] 而在线固溶处理，则是利用钢材热轧后的余热，控制钢材轧制后的冷却速度，使温 度变化过程更接近离线热处理的温降过程，达到相同或相近的钢材组织和性能，其冷却过 程一般也称为钢板在线控制冷却或直接淬火。其特点如下：
[0006] (1)由于钢板经精轧机轧制后直接进入在线热处理设备，省去了常规工艺所需的 钢板重新加热过程，可以节省大量能源；
[0007] (2)由于省去了重新加热工序故减少了热处理工艺时间，相应提高了热处理设备 能力，同时由于热处理设备为在线布置，也减少了钢板传输时间；
[0008] (3)由于省去钢板冷却后重新加热过程，故减少了合金元素引起的硬化现象；
[0009] (4)保留了控制轧制过程中细小的再结晶晶粒和大量变形位错，较离线热处理晶 粒更为细小均匀，力学性能更为优异。
[0010] 钢板在线控制冷却及淬火是上世纪80年代以来发展迅速的一项冷却技术。它是 通过在线控制相变组织，细化组织以及其他强化机理相结合，降低合金含量，提高材料的 强韧性及焊接性能，从而实现减量化制造、节约有限资源和节能减排的目标。但由于存在钢 板冷却均匀性和板形控制等问题，其潜在能力一直未得到充分发挥。为此，国内外许多学者 和钢铁厂研发人员进行了大量的实验和应用研究，一些新技术相继应用到新型高强度冷却 设备上。
[0011] 例如：授权公告日为：2011年10月05日，授权公告号为：CN101500721B的中国发 明专利中，公开了一种"钢板的控制冷却装置以及冷却方法";授权公告日为：2011年09月 14日，授权公告号为：CN101557886B的中国发明专利中，公开了一种"热钢板的冷却装置和 冷却方法";在上述技术方案中，提供了一种可连续地进行大范围的冷却能力控制的廉价的 热钢板的冷却装置，从多列喷雾喷嘴向被热轧并在约束辊对（11)之间移送的热钢板（3)喷 射冷却水进行冷却，在该冷却装置中，具有喷管形状不同的缓冷却喷雾喷嘴列（K)和强冷 却喷雾喷嘴列（J)，并且由于缓冷却喷雾喷嘴列（K)的最大冷却水冲击压力积分值与强冷 却喷雾喷嘴列（J)的最小冷却水冲击压力积分值连续，因此可连续地进行大范围的冷却能 力控制。上述技术方案使用多个喷嘴孔、将空气和水这两种流体混合喷雾对钢板进行冷却， 具有缓冷喷雾冷却和强冷却喷雾冷却两种可调节冷却能力，可对厚钢板进行全场无翘曲的 均匀冷却。但是该装置结构复杂，维护工作量大，对水压的稳定性要求高，一旦水压不稳定， 很容易造成"喘气"，使得喷雾不稳定，进而使得冷却不稳定。
[0012] 又例如：授权公告日为：2012年08月08日，授权公告号为：CN101622083B的中国 发明专利中，公开了一种"热轧钢带的冷却装置和方法";授权公告日为：2014年03月19日， 授权公告号为：CN101437631B的中国发明专利中，公开了一种"热轧钢带的冷却装置及冷 却方法";在上述技术方案中所提供的冷却装置，具有向钢带（10)上表面供给棒状冷却水的 上集管单元（21)，该上集管单元（21)由第一上集管组和在其下游侧的第二上集管组构成， 所述第一上集管组由设置在输送方向上的多个第一上集管（21A)构成，所述第二上集管组 由设置在输送方向上的多个第二上集管（21B)构成，第一上集管组和第二上集管组的各上 集管（21A、21B)形成各自独立地具有打开一关闭机构（30)的配管结构，该打开一关闭机构 能进行棒状冷却水的喷射（注水）的打开一关闭控制。该技术方案采用两组带喷射角度的 相向的喷水集管组合，上游集管向下游方向喷射，下游集管向上游方向喷射，并具有向宽度 方向外侧喷射的倾角。该技术方案解决了层流水在带钢表面滞留的问题，但如果由于温度 控制需要造成两组集管开水数量不同，加上带钢速度的影响，很容易达不到理想的效果，并 且宽向倾角容易造成中部冷却不足，边部过冷，引起宽向冷却不均匀。
[0013] 再例如，授权公告日为：2013年09月25日，授权公告号为：CN102274864B的中国 发明专利中，公开了一种"基于超快冷技术的轧后冷却系统及该系统的应用方法"，其包括 在轧线上沿钢板轧制运行方向依次排列不同结构冷却集管的冷却装置，上、下分流集管直 接与主供水管相接，每根分流集水管控制1组喷嘴；其改进点在于采用轧后先布置超快冷 装置，其次再布置层流冷却装置的组合方式，超快冷装置的超快冷却区中，喷嘴形式为倾斜 喷射式缝隙喷嘴与高密管式喷嘴混合排列，上喷嘴与移动梁一起上下运动，来满足不同钢 板的板型；层流冷却区每组上喷嘴由2组单边U型管组成，每组为3排单边U型管，每组上 喷嘴与2组下喷嘴对应；本系统前、后均布置有吹扫装置，并且辊道两侧还设置侧吹装置， 及时去除钢板表面的残留水。采用超快冷和层流冷却装置优化组合布置方式，达到较高的 冷却速率，实现钢板的均匀冷却。该技术方案采用缝隙喷嘴斜喷与高密管式喷嘴混合排列 的装置形式，喷嘴距离板面300~400mm，在线淬火需要结合后续的层流冷却装置一起完 成。该装置为非约束型冷却方式，对于水冷过程钢板变形没有相应的控制手段；缝隙式喷嘴 对装置的制造精度和水质要求高，容易造成堵塞和分叉，形成不均匀冷却。
[0014] 再例如，公开日为2010年01月27日，公开号为CN101633976A的中国发明专利申 请中，公开了一种"适合不同厚度高强韧钢板的直接淬火工艺"，该技术方案采用高密度层 流冷却，由上层流集管和下喷射集管组成强冷段、粗冷段和精冷段，强冷段可调流量比为1 : 1. 4~I :3. 0,粗冷段和精冷段流量比固定为I :1. 5。其将钢坯加热至1150°C -1280°c ;分 奥氏体再结晶区和未再结晶区两阶段轧制成钢板，终轧温度为800°C-88(rC ;采用高密度 层流冷却实现钢板在线淬火，其层流冷却由上层流集管和下喷射集管组成的冷却区构成，， 冷却区包括强冷段、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 为I : I. 5,强冷段的上、下部集管水流量可在范围I : 3.0-1 : 1.4自由调节。该技术方 案解决了传统再加热淬火+回火的调质工艺生产高强钢带来投资大、成本高的技术瓶颈； 具有节约能源、缩短工艺流程、提高生产效率的显著功效，适宜钢铁工业普及生产。但是由 于层流冷却的最大缺陷是在大水量下表面水滞留，造成冷却不均匀；粗冷段和精冷段的水 比固定和横向流量不可调也不利于板形控制。
[0015] 综上所述，国内外针对轧后冷却存在的一些问题提出了很多很有特色的设计和研 究成果，对于解决一些具体问题也取得了很好的效果，但也存在很多设计上的缺陷，比如大 部分为无约束型冷却，在高冷速下很难保证冷却后的板形；一般都采用直接淬火及加速冷 却装置（DQ+ACC)的布置形式，难以达到全冷却过程一致的冷却速度；为了达到大温降，大 部分装置要求的水量大，资源浪费严重；对于冷却区的钢板没有检测和跟踪手段，难以实现 精确摆钢和全自动控制。
【发明内容】
[0016] 本发明所要解决的技术问题是提供一种用于钢板在线固溶的轧后快速冷却系统， 其利用钢板在轧制后的轧制余热，在线对钢板进行固溶处理，以获得符合产品要求的特定 的钢板金相组织和各项性能，通过在热矫直机和冷床之间安装紧凑型上、下全斜喷式快速 冷却装置，实现均匀冷却，采用节能型供水系统实现低供水能力下的大温降，利用板形控制 技术优化冷却后板形，利用钢板水中检测装置及位置控制方法，实现了钢板在水中的精确 定位和跟踪，利用模型控制技术和基础自动化系统，实现了冷却过程的全自动精确控制。该 冷却系统投资少，冷却装置紧凑节能，冷却速率高