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[摘 要]针对H型钢轧制中的一些问题，设计了H型钢在线控冷装置。此装置采用气雾冷却方式，着重对H型钢R部进行快速冷却，冷速达100℃/s以上。试验结果表明，产品表面状态改善，晶粒细化，屈服强度和抗拉强度均提高21MPa以上且断面性能均匀。轧件上冷床温度降低，生产效率提高，年产量达到预定产能的2倍以上且节省原冷床上风机的消耗。
[关键词]型钢轧制 气雾冷却 控制冷却
中图分类号：TG 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-149-01
控制冷却技术在热轧钢板及棒线材生產线上已经逐渐成为成熟技术，得到了很广泛的应用，而H型钢连续生产线目前还没有形成成熟的冷却理论和冷却工艺技术。近年来虽已引起国内外企业的重视，在日本、德国、意大利都有相关的研究报道，且已经逐渐应用于生产，但技术尚未成熟，容易出现一些问题。不过通过轧后冷却技术，改善材料性能已成为国内外公认的发展方向。
一、在线控冷装置的原理、结构及特点
1、原理与结构
红热的轧件水冷时，按照沸腾方式不同，其热传导可大致分为2种：核沸腾和膜沸腾。水冷初期，轧件温度较高，表面被稳定的气膜包围，换热主要依靠辐射进行，即所谓的膜沸腾阶段。当表面温度降至一定温度，气膜破裂，介质受到破裂气膜的搅动，带走的热量剧增，此时称为核沸腾阶段。在气雾冷却传热条件下，冷却水以大于1.oMPa的压力喷向H型钢，全面打碎气膜，使传热大大增强，此时传热以核沸腾为主，可以大大加快冷速且能够提高冷却的均匀性。由于H型钢各部位尺寸不同，在冷却条件近似相同的情况下，在冷却过程中不可避免会造成沿轧件横断面温度分布不均匀的现象，致使断面性能不均匀。控冷时，为了防止在冷却边腰接合部（以下简称R部）的同时加快腰部温降的速度，需要从腿的外侧对R部进行快速冷却，而对腿内侧的R部及腰部和腿部均采用较低的冷却强度。虽然在出冷却段时各部位（主要是R部）温差较大，但在随后的空冷过程中R部内部的热量会延缓R部外表面的温降速度，从而有利于获得较均匀的温度场。由于控制冷却方式采用的是气雾冷却，在冷却区会产生比较多的水雾，即使轧件不直接与冷却水接触也会有较大的温降。因此，结合实际的现场条件（侧喷嘴的安装比较容易实现），最佳的控制冷却方式应该是，在控冷区仅对腿部外侧的R部进行快速的冷却，故侧面安装多个喷嘴，而对其他部位则所安装喷嘴数较少，主要利用控冷区内的气雾进行冷却。这样即方便现场，又符合轧件自身的冷却特点，在整体上增加轧件冷却速度的同时，能够在沿轧件横断面上获得比较均匀的力学性能分布。控冷装置分为摆动辊道部分和输出辊道部分两段。上（下）喷嘴位于辊道正上（下）方，侧喷嘴则斜向下一定角度布置。图1所示为此冷却装置一断面喷嘴布景示意图。
喷嘴用高位水箱供水，水压恒定；由2台高压风机负责供风。每个喷嘴均由独立的阀门控制水量，可在很大的范围内调节。在喷嘴上分别设置压缩空气管路和高压水管路，喷嘴为5mm宽的连续线性缝隙，中心进水，两侧进压缩空气。冷却水在喷射过程中由压缩空气打散成水雾并在很大区域内将它们均匀地喷射到轧件上，从而避免了其他方法所产生的局部最大水流，能增大冷却效果，实现H型钢的快速降温。喷水缝隙足够宽（5mm），可避免阻塞。
2、特点
H型钢在线控冷装置采用气雾冷却方式，具有以下特点：（1）理想的冷却均匀性。用加压的空气使水流成雾状，对轧件进行“面”式的连续冷却，相对于“点”式和“线”式冷却方式具有较高的冷却均匀性；（2）较宽的冷却能力调节范围。每个喷嘴均有独立的阀门控制水量，可以根据不同规格产品，单独控制每个喷嘴水量大小及所开喷嘴数目，冷却能力调节范围广；（3）较快的冷却速度。高压空气与高压水同时输入，水流被打碎成雾状，此时冷却以核沸腾传热为主，冷却速度快。
1、表面状态的改善
若轧后空冷，轧件表面会生成较厚的氧化铁皮且R部外侧有明显的疱疹缺陷。由于矫直后表面气泡的破裂以及氧化铁皮的脱落，产品在存储期间锈蚀严重，从而降低产品的力学性能。而轧后采用气雾冷却技术可以降低气泡的产生率，轧件表面氧化铁皮变得薄而均匀，表面光洁度明显提高，而且一段时间之后的表面锈蚀状况也有很大的改善。
2、显微组织的改善
精轧后短时间内的大幅温降能够阻碍奥氏体长大，使轧件晶粒细化。
3、力学性能的提高
精轧机组后气雾冷却装置的使用可以使产品在伸长率几乎不变的条件下，屈服强度和抗拉强度均提高21MPa以上（分别为21.95MPa和21.72MPa）。加设控冷装置后，由于加快了R部温降速度，不仅产品强度提高，断面性能也变得均匀，腰部、腿部和R部产品性能差别很小，断面性能均匀。
4、轧件形状的稳定
控冷后轧件形状稳定，未出现内并外扩等变形，而且由于上冷床温度降低，轧件在冷床上不易变形，不再出现冷床上倒伏现象。
5、生产效率与经济效益的提高
轧后气雾冷却装置的应用，实现了轧件在精轧后短时间内大幅度的降温，冷速可达100℃/s，降低了轧件上冷床的温度，提高了冷床的生产能力，解决了以前限制生产率提高的瓶颈问题，在不降低产品性能的基础上，使生产能力达到了设计产能的2倍以上。经过控冷段的大幅温降，轧件上冷床后不需要再进行风机吹拂强制降温，节省冷床上若干台冷却风机的耗费，避免了由于风机的使用而带来的噪音、维护问题，更加增加了控冷设备所产生的经济效益。
二、结论
气雾冷却装置的使用，可以降低气泡产生率，使轧件R部外侧的疱疹状缺陷消失，并且轧件表面氧化铁皮变得薄而均匀，矫直后无明显脱落，减少表面锈蚀，提高表面质量。热轧H型钢在线控冷后，产品晶粒细化，性能提高。屈服强度、抗拉强度均提高21MPa以上，且断面性能均匀。经过控冷装置后，轧件上冷床温度降低，可以减少轧件在冷床上的变形且提高冷床的生产能力和轧线的生产率。冷床上下不再需要风机吹拂强制降温，减少噪音，降低消耗。
参考文献：
[1]李湘文.控制冷却在钢铁企业中的应用与分析[J].矿业研究与开发.2009（S1）
[关键词]型钢轧制 气雾冷却 控制冷却
中图分类号：TG 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-149-01
控制冷却技术在热轧钢板及棒线材生產线上已经逐渐成为成熟技术，得到了很广泛的应用，而H型钢连续生产线目前还没有形成成熟的冷却理论和冷却工艺技术。近年来虽已引起国内外企业的重视，在日本、德国、意大利都有相关的研究报道，且已经逐渐应用于生产，但技术尚未成熟，容易出现一些问题。不过通过轧后冷却技术，改善材料性能已成为国内外公认的发展方向。
一、在线控冷装置的原理、结构及特点
1、原理与结构
红热的轧件水冷时，按照沸腾方式不同，其热传导可大致分为2种：核沸腾和膜沸腾。水冷初期，轧件温度较高，表面被稳定的气膜包围，换热主要依靠辐射进行，即所谓的膜沸腾阶段。当表面温度降至一定温度，气膜破裂，介质受到破裂气膜的搅动，带走的热量剧增，此时称为核沸腾阶段。在气雾冷却传热条件下，冷却水以大于1.oMPa的压力喷向H型钢，全面打碎气膜，使传热大大增强，此时传热以核沸腾为主，可以大大加快冷速且能够提高冷却的均匀性。由于H型钢各部位尺寸不同，在冷却条件近似相同的情况下，在冷却过程中不可避免会造成沿轧件横断面温度分布不均匀的现象，致使断面性能不均匀。控冷时，为了防止在冷却边腰接合部（以下简称R部）的同时加快腰部温降的速度，需要从腿的外侧对R部进行快速冷却，而对腿内侧的R部及腰部和腿部均采用较低的冷却强度。虽然在出冷却段时各部位（主要是R部）温差较大，但在随后的空冷过程中R部内部的热量会延缓R部外表面的温降速度，从而有利于获得较均匀的温度场。由于控制冷却方式采用的是气雾冷却，在冷却区会产生比较多的水雾，即使轧件不直接与冷却水接触也会有较大的温降。因此，结合实际的现场条件（侧喷嘴的安装比较容易实现），最佳的控制冷却方式应该是，在控冷区仅对腿部外侧的R部进行快速的冷却，故侧面安装多个喷嘴，而对其他部位则所安装喷嘴数较少，主要利用控冷区内的气雾进行冷却。这样即方便现场，又符合轧件自身的冷却特点，在整体上增加轧件冷却速度的同时，能够在沿轧件横断面上获得比较均匀的力学性能分布。控冷装置分为摆动辊道部分和输出辊道部分两段。上（下）喷嘴位于辊道正上（下）方，侧喷嘴则斜向下一定角度布置。图1所示为此冷却装置一断面喷嘴布景示意图。
喷嘴用高位水箱供水，水压恒定；由2台高压风机负责供风。每个喷嘴均由独立的阀门控制水量，可在很大的范围内调节。在喷嘴上分别设置压缩空气管路和高压水管路，喷嘴为5mm宽的连续线性缝隙，中心进水，两侧进压缩空气。冷却水在喷射过程中由压缩空气打散成水雾并在很大区域内将它们均匀地喷射到轧件上，从而避免了其他方法所产生的局部最大水流，能增大冷却效果，实现H型钢的快速降温。喷水缝隙足够宽（5mm），可避免阻塞。
2、特点
H型钢在线控冷装置采用气雾冷却方式，具有以下特点：（1）理想的冷却均匀性。用加压的空气使水流成雾状，对轧件进行“面”式的连续冷却，相对于“点”式和“线”式冷却方式具有较高的冷却均匀性；（2）较宽的冷却能力调节范围。每个喷嘴均有独立的阀门控制水量，可以根据不同规格产品，单独控制每个喷嘴水量大小及所开喷嘴数目，冷却能力调节范围广；（3）较快的冷却速度。高压空气与高压水同时输入，水流被打碎成雾状，此时冷却以核沸腾传热为主，冷却速度快。
1、表面状态的改善
若轧后空冷，轧件表面会生成较厚的氧化铁皮且R部外侧有明显的疱疹缺陷。由于矫直后表面气泡的破裂以及氧化铁皮的脱落，产品在存储期间锈蚀严重，从而降低产品的力学性能。而轧后采用气雾冷却技术可以降低气泡的产生率，轧件表面氧化铁皮变得薄而均匀，表面光洁度明显提高，而且一段时间之后的表面锈蚀状况也有很大的改善。
2、显微组织的改善
精轧后短时间内的大幅温降能够阻碍奥氏体长大，使轧件晶粒细化。
3、力学性能的提高
精轧机组后气雾冷却装置的使用可以使产品在伸长率几乎不变的条件下，屈服强度和抗拉强度均提高21MPa以上（分别为21.95MPa和21.72MPa）。加设控冷装置后，由于加快了R部温降速度，不仅产品强度提高，断面性能也变得均匀，腰部、腿部和R部产品性能差别很小，断面性能均匀。
4、轧件形状的稳定
控冷后轧件形状稳定，未出现内并外扩等变形，而且由于上冷床温度降低，轧件在冷床上不易变形，不再出现冷床上倒伏现象。
5、生产效率与经济效益的提高
轧后气雾冷却装置的应用，实现了轧件在精轧后短时间内大幅度的降温，冷速可达100℃/s，降低了轧件上冷床的温度，提高了冷床的生产能力，解决了以前限制生产率提高的瓶颈问题，在不降低产品性能的基础上，使生产能力达到了设计产能的2倍以上。经过控冷段的大幅温降，轧件上冷床后不需要再进行风机吹拂强制降温，节省冷床上若干台冷却风机的耗费，避免了由于风机的使用而带来的噪音、维护问题，更加增加了控冷设备所产生的经济效益。
二、结论
气雾冷却装置的使用，可以降低气泡产生率，使轧件R部外侧的疱疹状缺陷消失，并且轧件表面氧化铁皮变得薄而均匀，矫直后无明显脱落，减少表面锈蚀，提高表面质量。热轧H型钢在线控冷后，产品晶粒细化，性能提高。屈服强度、抗拉强度均提高21MPa以上，且断面性能均匀。经过控冷装置后，轧件上冷床温度降低，可以减少轧件在冷床上的变形且提高冷床的生产能力和轧线的生产率。冷床上下不再需要风机吹拂强制降温，减少噪音，降低消耗。
参考文献：
[1]李湘文.控制冷却在钢铁企业中的应用与分析[J].矿业研究与开发.2009（S1）