一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬系统

摘要

本发明公开了一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬系统，其包括沿带钢行进方向依次设置的一密封装置，一对水刀，两组喷嘴冷却装置，所述密封装置、水刀和喷嘴冷却装置均设于带钢连续退火炉的炉壁内，此外，该水淬系统还包括一水淬槽，其内盛装有冷却水，所述带钢连续退火炉的炉壁下端部浸没于冷却水中；两组液面下喷嘴冷却装置，其均浸没地设于所述水淬槽的冷却水内，并分别设于带钢两表面的两侧，所述液面下喷嘴冷却装置与一第三冷却水管连接，所述第三冷却水管上设有一第三调节阀；其中，所述密封装置与水淬槽内的冷却水液面在所述炉壁内形成一相对密封空间。

说明书

技术领域

本发明涉及冷轧带钢的热处理装置，尤其涉及一种冷轧带钢的水淬装置。

背景技术

随着工业技术的发展和现代冶金产品性能的提高，冷轧高强钢和超高强 钢的市场需求越来越大。例如随着汽车安全性能要求的提高，越来越多的车 身用钢选用高强钢和超高强钢，而且近年来石油价格在迅猛增长，汽车减重 节能的要求也越来越迫切。这也进一步促进了高强钢和超高强钢汽车板的发 展。

生产汽车用冷轧高强钢和超高强钢的核心技术之一是连续退火后的快速 冷却技术。在冷轧带钢退火后快速冷却技术领域，冷却速度最快、能够生产 的钢种强度级别最高的是水淬冷却技术。但目前已公开的水淬冷却装置或方 法要么冷却速度不足或冷却不均，要么冷却速度不受控，而且水淬后的带钢 板形控制困难。

公开号为US4330112，公开日为1982年5月18日，名称为“连续退火生产 线的带钢冷却装置”(Apparatus for cooling a steel strip in a continuous  annealing line)美国专利公开了一种冷却装置及其方法，其如图1所示，先用 水泵12从淬水槽11内抽出冷却水，经管道送到喷射装置13喷射到带钢两侧表 面，对带钢进行冷却，再将带钢浸入淬水槽11进行冷却。

然而上述装置仅适用于低温带钢的水淬生产，其可以将400℃左右的带钢 冷却到60～95℃以下，却很难在正常生产速度下将700℃左右的带钢冷却到90 ℃以下。而且该装置冷却带钢所产生的水雾和水蒸气很容易进入前面的炉子 内，使设备严重锈蚀。此外，在开始喷射冷却处，喷射冷却水容易飞溅，造 成带钢冷却不均和板形不良。另外，该装置直接从水淬槽将冷却水抽出喷射 到带钢上下表面，不仅冷却水的水温相对较高且不稳定，而且水淬槽内的冷 却水很容易在使用过程中被污染，易造成喷嘴堵塞，增加冷却的不均匀性， 影响带钢的性能均匀性、板形质量和表面质量。

公开号为EP1300478A1，公开日为2003年4月9日，名称为“连续退火机 组的加速冷却装置和过程”(Process and device for accelerated cooling in a  continuous annealing line)的欧洲专利公开了一种热水淬+冷水淬的二级冷却 方法，其先采用沸腾水冷却带钢，再采用冷水冷却带钢。由于沸腾水温度高 (温度在100℃及100℃以上)，除了冷却速度无法达到冷水淬的冷却速度外， 带钢的表面氧化也更为严重，随后的酸洗也更加困难，导致生产成本增高。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬系统，该 水淬系统能够实现在正常机组速度下将连续退火炉缓冷后630～750℃的带 钢快速冷却到90℃以下，并且保证带钢均匀冷却，从而生产出具有优良板形 的超高强度带钢。

本发明根据上述发明目的，提供了一种生产冷轧相变强化高强度带钢的 水淬系统，其设置于带钢连续退火炉缓冷段后，所述水淬系统包括沿带钢行 进方向依次设置的：

一密封装置，其设于带钢连续退火炉的炉壁内，所述密封装置的中间具 有一带钢行走通道，其左、右两端部与炉壁密封连接；

一对水刀，其设于带钢连续退火炉的炉壁内，且分别设于带钢两表面的 两侧，所述两水刀均斜向下设置，水刀的喷射方向与带钢的行进方向呈一锐 角，所述水刀与一第一冷却水管连接，所述第一冷却水管上设有一第一调节 阀；

两组喷嘴冷却装置，其设于带钢连续退火炉的炉壁内，且分别设于带钢 两表面的两侧，所述喷嘴冷却装置与一第二冷却水管连接，所述第二冷却水 管上设有一第二调节阀；

一水淬槽，其内盛装有冷却水，所述带钢连续退火炉的炉壁下端部浸没 于冷却水中；

两组液面下喷嘴冷却装置，其均浸没地设于所述水淬槽的冷却水内，并 分别设于带钢两表面的两侧，所述液面下喷嘴冷却装置与一第三冷却水管连 接，所述第三冷却水管上设有一第三调节阀；

其中，所述密封装置与水淬槽内的冷却水液面在所述炉壁内形成一相对 密封空间。

本技术方案所述的水淬系统通过沿带钢行进的方向设置水刀喷冷——喷 嘴冷却装置喷冷——液面下喷嘴冷却装置喷冷+水淬槽浸冷的三段式冷却装 置，使得带钢的冷却速度大大提高，且冷却均匀。此外，通过设置密封装置， 使得水淬冷却所产生的气雾和水蒸气不会进入连续退火炉缓冷段，从而造成 带钢锈蚀和退火炉设备的锈蚀。具体地，带钢的水淬过程如下：

经过缓冷后的带钢垂直向下运行(即带钢的行进方向，大多退火炉内的 带钢是垂直向下运行的，这样可以节省设备空间)，通过带钢行走通道进入密 封装置与冷却水液面形成的相对密封空间内，密封装置用于防止水淬冷却所 产生的气雾和水蒸气进入退火炉缓冷段造成带钢锈蚀和退火炉设备锈蚀。在 密封装置下方(即沿带钢的行进方向)设置有水刀，由于其斜向下设置，故 其喷水出的水流也是斜向下的，与带钢行进方向具有一锐角夹角，从而避免 有飞溅的水滴在水淬开始前就接触到带钢表面。此外由于水刀的出水口具有 一定的宽度，故采用水刀喷水能够在带钢两侧表面喷射沿带钢宽度方向均匀、 稳定的层状水柱，保证带钢在水淬时均匀地接触冷却水进行冷却。设置于水 刀下方的喷嘴冷却装置，进一步向带钢两侧表面喷射高速水流来冷却带钢， 其既可提高带钢的冷却速度，又可保证将在水刀水淬过程中带钢表面可能产 生的蒸汽气泡和蒸气膜快速、均匀地吹离带钢表面。在喷嘴冷却装置下方设 置淬水槽是用于对带钢进一步地进行沉浸冷却，同时在淬水槽的冷却水液面 下设置液面下喷嘴冷却装置对带钢进行加强冷却，其在加强带钢冷却的同时 进一步将带钢表面可能产生的蒸汽气泡和蒸气膜快速、均匀地吹离带钢表面， 提高水淬效果和冷却均匀性。

优选地，所述液面下喷嘴冷却装置包括若干排沿带钢行进方向依次设置 的冷却喷嘴，其中距冷却水液面最近的一排喷嘴斜向下设置，喷嘴的喷射方 向与带钢的行进方向呈一锐角。也就是说，为了使得本技术方案所述的水淬 系统具有更好的冷却效果，优选地将液面下喷嘴冷却装置中距离冷却水液面 最近的第一排喷嘴斜向下设置，这样经由喷嘴喷出的水流也与带钢行进方向 呈一锐角，从而避免水淬槽液面波动对冷却均匀性的影响，这样可以减小喷 射+沉浸冷却造成的液面波动和水花对带钢板形的不良影响，进一步提高带 钢冷却的均匀性。

优选地，所述生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬系统还包括一第一气 雾排风系统，其与所述相对密封空间连通。为了避免水淬过程所产生的水雾 和水蒸气过多地进入退火炉的水淬快冷段与缓冷段之间的密封装置，也为了 避免水淬所产生的气雾和水蒸气粘附到水淬带钢表面，影响水淬的均匀性， 本技术方案的优选方案设置了与所述相对密封空间连通的第一气雾排风系 统，其将水淬所产生的气雾和水蒸气及时排出炉外。之所以将密封装置与冷 却水液面之间的空间称为相对密封空间，是因为该密封空间并不是绝对密封 的，因为为了带钢的顺利通过，在密封装置中间具有带钢行走通道，该带钢 行走通道虽然窄小，但其仍然与相对密封空间是导通的，因此本技术方案中 的相对密封空间是指相较于不设置密封装置，其具有一定的密封作用，可以 阻止大部分水淬产生的气雾逃逸至连续退火炉设备内，但仍有小部分气雾可 能通过用于带钢行走通道逃逸。

因此，本发明所述的水淬系统的进一步优选方案是，设置一第二气雾排 风系统，其与所述密封装置中间的带钢行走通道连通，其用于将逃逸到带钢 行走通道内的小部分气雾抽出。

优选地，所述生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬系统还包括：

一沉没辊，其浸没于水淬槽内的冷却水内，带钢绕过沉没辊改变行进方 向；

一挤干辊装置、一边部带钢吹扫装置以及一热风烘干器沿沉没辊后的带 钢行进方向依次设置。

上述挤干辊装置、边部带钢吹扫装置和热风烘干器均用于对经过三段式 水淬冷却的带钢表面进行烘干。其中挤干辊装置可以设置为两对挤干辊。

优选地，所述水淬槽还分别与一补水管和一排水管连通，所述补水管上 设有一补水流量调节阀，所述排水管上设有一排放阀。通过补水管向冷却槽 中注水以及通过排水管向外排水，可以实现水淬槽内冷却水量和水温的调节。

为了实现本发明所述的水淬系统所使用的冷却水的循环利用，优选地， 所述生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬系统还包括：

一冷却水沉淀过滤装置，其与所述排水管连接；

一冷却水循环处理站，其通过管路与冷却水沉淀过滤装置连接；

一冷却水供水管，其分别与所述第一冷却水管、第二冷却水管和第三冷 却水管连接，所述冷却水供水管还与所述冷却水循环处理站通过管路连接， 所述冷却水供水管与冷却水循环处理站之间的管路上设有抽水泵。

水淬槽中的冷却水经由排水管进入冷却水沉淀过滤装置进行沉淀、过滤 处理，然后进入冷却水循环处理站进行进一步的水质处理，然后由抽水泵送 入冷却水供水管，进而供给与第一冷却水管、第二冷却水管和第三冷却水管 分别连接的水刀、喷嘴冷却装置和液面下喷嘴冷却装置，对带钢进行三段式 水淬冷却，从而实现冷却水的循环利用。

本发明所述的生产冷轧相变强化高强度带钢的水淬系统通过采用上述技 术方案，能够将经过缓冷的720℃左右的带钢快速(1.0mm厚带钢的冷却速度 可以达到1000℃/s以上)冷却到90℃以下，其在钢板的基板中添加少量合 金元素的情况下，可以生产出性能均匀的且具有优良板形的780MPa、980MPa、 1180MPa、1280MPa和1470MPa等多种强度级别的超高强钢。

附图说明

图1是公开号为US4330112的美国专利所公开的技术方案的结构示意图。

图2是本发明所述的水淬系统的结构示意图。

附图标记说明

11-淬水槽                12-水泵                13-喷射装置

21-带钢                  22-转向辊              23-炉壁

24-隔板                  25-密封装置            26-水刀

27-第二气雾排风系统      28-第一气雾排风系统    29-喷嘴冷却装置

30-第二冷却水管          31-第二调节阀          32-液面下喷嘴冷却装置

321-第一排喷嘴           33-第三调节阀          34-第三冷却水管

35-淬水槽(本技术方案)    36-冷却水              37-沉没辊

38-挤干辊                39-边部带钢吹扫装置    40-热风烘干器

41-补水管                42-排水管              43-排放阀

44-冷却水沉淀过滤装置    45-冷却水循环处理站    46-补水流量调节阀

47-冷却水供水管

具体实施方式

以下将结合说明书附图和实施例对本发明所述的水淬系统做进一步的详 细说明。

如图2所示，本实施例中的水淬系统设置于带钢连续退火炉缓冷段后， 隔板24将缓冷段与水淬段隔开来，带钢21绕过转向辊22，从水平的运行方 向变换为垂直向下运行，密封装置25、水刀26、喷嘴冷却装置29依次沿带 钢行进方向设置，且均设于炉壁23内，炉壁23的下端部下方设有水淬槽35， 水淬槽35内盛装有冷却水36，炉壁23的下端部浸没于冷却水36中，在冷 却水36的液面下方设有液面下喷嘴冷却装置32。其中：

密封装置25与冷却水36的液面在炉壁23内形成一相对密封空间，第一 气雾排风系统28与该相对密封空间连通。为了使带钢21顺利通过，密封装 置25的中间具有一带钢行走通道，第二气雾排风系统27与该带钢行走通道 连通。

一对水刀26分别设于带钢两表面的两侧，该两个水刀相对设置，且均斜 向下设置，使得水刀的喷射方向与带钢的行进方向呈一锐角，水刀与第一冷 却水管连接(图2中未示出)，第一冷却水管上设有第一调节阀(图2中未示 出)。

两组喷嘴冷却装置29分别设于带钢两表面的两侧，对带钢的两表面进行 快速冷却，如图2所示，其中每一组喷嘴冷却装置均包括自上而下设置的若 干排喷嘴，需要说明的是，虽然如图2所示，喷嘴冷却装置29包括五排喷嘴， 但其仅为示例，并不作为对本技术方案的限制，该喷嘴冷却装置29与第二冷 却水管30连接，第二冷却水管上设有第二调节阀31，用于调节喷嘴冷却装 置29喷射的水量。

两组液面下喷嘴冷却装置32，其均浸没于冷却水36的液面以下，并分 别设于带钢两表面的两侧，该液面下喷嘴冷却装置32包括自上而下的若干排 喷嘴，其中第一排喷嘴321斜向下设置，第一排喷嘴321的喷射方向与带钢 的行进方向呈一锐角，需要说明的是，虽然如图2所示，液面下喷嘴冷却装 置32包括三排喷嘴，但其仅为示例，并不作为对本技术方案的限制。该液面 下喷嘴冷却装置32与第三冷却水管34连接，第三冷却水管34上设有第三调 节阀33，用于调节液面下喷嘴冷却装置32的喷水量。

水淬槽35内设有沉没辊37，其将带钢21压在水淬槽35内，对其进行 浸冷。

带钢经过上述水刀26喷冷、喷嘴冷却装置29喷冷、液面下喷嘴冷却装 置32喷冷+水淬槽35浸冷的三段式水淬冷却后，绕过沉没辊37进行转向， 然后通过沿带钢行进方向依次设置的两对挤干辊38、边部带钢吹扫装置39 以及热风烘干器40进行烘干。

本实施例中，为了保证水淬槽35内的冷却水的水量和温度可调，还分别 设置了与水淬槽连接的补水管41和排水管42，其中补水管41的水量通过补 水流量调节阀46调节，排水管42的流量通过排放阀43调节。

本实施例中，为了实现对冷却水的循环利用，还设置了冷却水沉淀过滤 装置44和冷却水循环处理站45。其中，冷却水沉淀过滤装置44通过排水管 42与水淬槽35连接，水淬槽35中的冷却水36经由排水管42进入冷却水沉 淀过滤装置44进行沉淀、过滤处理，然后进入与冷却水沉淀过滤装置44连 接的冷却水循环处理站45进行进一步的水质处理，然后由抽水泵P送入冷却 水供水管47，进而供给与第一冷却水管、第二冷却水管30和第三冷却水管 34分别连接的水刀26、喷嘴冷却装置29和液面下喷嘴冷却装置32，对带钢 进行水淬冷却。

本实施例中的带钢21的水淬过程如下：

经过缓冷段缓冷后的带钢21经过转向辊22的转向垂直向下运行，其通 过带钢行走通道进入密封装置25与冷却水36的液面形成的相对密封空间内， 在水淬过程中产生的气雾和水蒸气通过与相对密封空间连通的第一气雾排风 系统28和与带钢行走通道导通的第二气雾排风系统27抽出。在密封装置下 方设置的水刀26向带钢21的两侧表面喷射斜向下的层状水柱，从而避免有 飞溅的水滴在水淬开始前就接触到带钢表面。设置于水刀26下方的喷嘴冷却 装置29，进一步向带钢两侧表面喷射高速水流来冷却带钢，其既可提高带钢 的冷却速度，又可保证将在水刀水淬过程中带钢表面可能产生的蒸汽气泡和 蒸气膜快速、均匀地吹离带钢表面。在喷嘴冷却装置29下方设置的淬水槽 35对带钢21进行进一步地沉浸冷却，同时在淬水槽35的冷却水液面下设置 液面下喷嘴冷却装置32对带钢21进行加强冷却，其在加强带钢冷却的同时 进一步将带钢表面可能产生的蒸汽气泡和蒸气膜快速、均匀地吹离带钢表面， 提高水淬效果和冷却均匀性。其中第一排喷嘴321斜向下设置，向带钢表面 喷射斜向下的水流，从而避免水淬槽液面波动对冷却均匀性的影响，这样可 以减小喷射+沉浸冷却造成的液面波动和水花对带钢板形的不良影响，进一 步提高带钢冷却的均匀性。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于 以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公 开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。