一种不锈钢板坯缓冷温度控制装置及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金材料技术领域，具体涉及一种不锈钢板坯缓冷温度控制装置及控制方法。
【背景技术】
[0002]不锈钢板坯与碳钢板坯相比在冷却过程存在相变，部分连铸后的不锈钢板坯需要进行缓慢冷却，以避免板坯相变过程中内部产生裂纹，同时在不锈钢板坯热装过程中，为提高板坯的热装温度、均匀入炉温度、避免入炉板坯温度的较大波动，一般在不锈钢轧制生产线上设有缓冷坑。在不锈钢板坯生产过程中，从连铸机出来的高温板坯经输送辊道冷却后其断面温差较大，当板坯装入缓冷坑后，在缓冷坑的保温作用下，其断面温差逐渐减小，并随缓冷时间的延长，板坯温度在缓慢降低过程中其断面温差也进一步减小。因此，缓冷坑可用来对连铸机下线的高温板坯进行保温缓冷，使高温板坯的温度缓慢下降，并使板坯在加热前的一定时间内保持一定的温度。
[0003]目前，不锈钢板坯在缓冷坑中缓冷的工艺流程是:从不锈钢连铸机经出坯辊道送来的高温板坯，下线后用天车装入缓冷坑内进行堆垛。堆垛的板坯在缓冷坑内根据不同的钢种、规格、数量和温降速度的要求，通过控制炉体散热速度及炉盖开启度大小，来控制堆垛板坯的温降速度，板坯在缓冷坑内经过一定时间缓冷降温后，再通过天车将板坯从缓冷坑内的取出，缓冷后的板坯经过表面质量检查及缺陷修磨后，可装入加热炉内进行轧前加热。
[0004]目前国内不锈钢缓冷所用的缓冷坑结构为半地上式或地下式结构，其炉墙的四周设有耐火材料及保温材料，坑顶采用导热系数较小的保温材料，坑盖可在水平轨道上移动，坑内可进行单排或双排装钢，钢坯与坑底的接触部位采用不锈钢垫铁技术，可降低底部板坯的温降速度。在不锈钢板坯缓冷坑内缓冷过程中，当板坯需要按一定的速度进行降温时，采用控制坑盖的开启度来控制缓冷坑内与外界的换热量大小，从而控制板坯的温降速度；当板坯需要进行保温或升温时，依靠缓冷坑底部设置的烧嘴向缓冷坑内进行补热。由于烧嘴在缓冷坑内的射流及燃烧作用，在缓冷坑底部形成一个低温区，而在缓冷坑上部由于高温烟气的上浮而形成一个高温区，同时烧嘴在燃烧过程中，靠近火焰的板坯其辐射传热量较大，而远离火焰的板坯其辐射传热量较小，从而造成板坯在缓冷过程中的温度不均。缓冷坑燃烧产生的高温烟气，在坑内经过与板坯换热后，通过坑顶的排烟通道排出坑外。
[0005]目前，不锈钢板坯在缓冷坑内缓冷中存在的主要问题有:
(1)堆垛的板坯在缓冷过程中，上层板坯温度下降较快，底层板坯温度下降较慢，板坯四角温度下降较快，板坯中部温度下降较慢，造成同一垛板坯在缓冷坑内缓冷后，不同位置板坯及同一板坯的不同点其温度差异较大；
(2)板坯在缓冷过程中温降速度较难控制，板坯在缓冷前期温度较高，板坯的散热以辐射传热为主，温降速度较快；而板坯在缓冷后期温度较低，板坯的散热以对流传热为主其温降速度慢，造成板坯在缓冷过程中其冷却前后的温降速度有较大差异；尽管在板坯缓冷过程中，采取通过坑盖的开度大小进行炉温控制，但这种方法只能适用于板坯缓冷后期冷却速度下降时才能采用，而在板坯缓冷前期，当坑盖完全关闭且温降速度较快时，这种方法就不能控制板坯的温降速度；
(3 )在板坯在缓冷过程中，坑内炉气温度及板坯温度不均匀，对板坯缓冷质量有较大影响，同时缓冷后的板坯在送到加热炉进行加热时，由于钢坯断面温度差异较大，造成钢坯在加热炉内均匀加热的困难，并给钢坯的轧制带来一定的影响；
(4)对于马氏体或铁素体不锈钢来说，一般板坯在缓冷坑内温度从800?900°C缓冷到350°C以下需要48h以上，同时板坯内部的应力较大及裂纹容易产生。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种不锈钢板坯缓冷温度控制装置及控制方法，目的是通过采用炉气循环、坑外燃烧补热、冷风吸入和坑盖多点排气等措施，使不锈钢板坯在缓冷坑内均匀缓冷并提高板坯质量。
[0007]本发明的不锈钢板坯缓冷温度控制装置包括一个缓冷坑，在缓冷坑外设有燃烧室;
所述的缓冷坑上部设有两个对称的炉气出口，炉气出口连接炉气出口管道，两条炉气出口管道连通并共用一个循环炉气出口 ；
所述的循环炉气出口通过循环炉气出口管道与耐热风机入口相连，循环炉气出口管道另一端是开放的冷风吸入口，耐热风机的出口并联有炉气排放管道、高温烟气配入管道和炉气循环管道；其中所述的高温烟气配入管道另一端与燃烧室相连，所述的炉气循环管道一端通过耐热风机与缓冷坑底部的循环炉气入口相连，另一端和缓冷坑底部另一个位置对称的循环炉气入口相连；
所述的循环炉气出口管道、炉气排放管道和高温烟气配入管道上都设有调节阀门。
[0008]所述的燃烧室还设有燃料入口和助燃空气入口。
[0009]所述的缓冷坑顶部设有坑盖，所述的坑盖是由3?4个小坑盖组成的，相邻两个小坑盖之间距离可调节，在坑盖上部设置有炉气收集装置。
[0010]采用上述装置对不锈钢板坯缓冷温度控制的方法按照以下步骤进行:
(1)启动耐热风机从缓冷坑顶部的炉气出口管道抽取炉气，通过冷风吸入口和调节阀门控制炉气温度为450~500°c，炉气经耐热风机加压后从缓冷坑底部两侧的循环炉气入口重新鼓入缓冷坑内，控制循环炉气的流速为35~75m/s ；
(2)从不锈钢连铸机拉出的高温板坯温度为800~900°C，将其装入缓冷坑中，板坯装满后盖上坑盖，在板坯的高温缓冷阶段，将缓冷坑外燃烧室燃烧产生的高温烟气通过高温烟气配入管道通入到缓冷坑内，调节高温烟气与循环炉气的比例，控制板坯的冷却速度为50 ?60°C /h ；
(3)当板坯温度降至600°C，进入低温缓冷阶段，打开调节阀门，通过冷风吸入口吸入空气，通过炉气排放管道排出部分炉气，降低循环炉气温度，调节循环炉气量、冷风吸入量和炉气排放量的比例，控制板坯的冷却速度为15-30°C /h,
(4)不锈钢板坯在缓冷坑中经过24?46h缓冷后，最终温度降至350°C，停止炉气循环，炉气从坑盖缝隙中排出，进入炉气收集装置，打开缓冷坑的坑盖，从缓冷坑中取出板坯，送至下一道工序继续进行加工。
[0011]所述的缓冷坑盖之间的缝隙在缓冷过程中可以调节，进而调整缓冷坑内各部位的气流分布，使板坯缓冷过程中温度均匀。
[0012]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
本发明的降低了板坯在缓冷坑内缓冷前期，即高温缓冷阶段的冷却速度并提高了板坯在低温冷却阶段的冷却速度，具体原理是:
本发明的缓冷坑是一种周期性装料和周期性出料的设备，在整个生产过程中坑内的温度在350?900°C之间周期性变化，在板坯冷却前期的高温缓冷阶段，板坯的温度为800?900°C，其辐射散热量较大及温度下降速度较快，由于不锈钢板坯内部的热量向外传递需要一定的时间，板坯表面较快的温降速度容易产生内外温度不均的现象，一般需要降低板坯的冷却速度，控制其温降速度为500?600°C /h，本发明在缓冷坑外设置燃料燃烧室，燃料与助燃空气混合后在燃烧室内进行燃烧，燃烧后的高温烟气通入到缓冷坑内，通过控制高温烟气与循环炉气的比例来控制进入到缓冷坑内的炉气温度，能够有效调整板坯缓冷前期的冷却速度；
当板坯温度低于600°C时，板坯在缓冷坑内处于缓冷后期的低温缓冷阶段，其辐射传热量较小及对流传热量较大，造成板坯的散热量较小及温降速度较慢，板坯温度降低到350°C以下需要较长的时间，影响板坯缓冷的产量提高，因此需要提高板坯的冷却速度，具体是在炉气循环过程中，通过在耐热风机入口处吸入部分冷空气及耐热风机出口处进行部分炉气排放，有效降低循环炉气的温度，通过循环炉气量、冷风吸入量、炉气排放量的比例调整，效控制通入坑底的炉气温度，从而提高板坯在缓冷后期的冷却速度。
[0013]本发明不仅能够调节不锈钢板坯的缓冷速度，还能够使缓冷坑内板坯的温度均匀，具体是采用大气量的炉气循环方法，使炉气从坑底两侧沿宽度方向以35?75m/s流速进行鼓入，鼓入的炉气在坑内水平流动过程中相互产生干扰，增加了炉气与板坯之间的换热量，同时从坑盖两侧抽出炉气，能够强化缓冷坑内各区域炉气的流动，使缓冷坑内各板坯温度保持均匀；此外为了解决坑顶沿两侧抽气时所产生的缓冷坑上部气流分布不均的问题，缓冷坑的坑盖设置成3?4个小坑盖，相邻两个小坑盖之间可以关闭也可以留有缝隙，当相邻两个小坑盖关闭时，板坯上部中心区域可形成炉气流动的“死区”，当相邻两个小坑盖之