[发明专利]热轧H型钢轧制过程中机架间控制冷却方法

说明书

技术领域

本发明属于金属压力加工领域，特别提供了一种热轧H型钢轧制过程中机架间控制冷却的方法，主要应用于热轧H型钢生产，在轧制过程中降低H型钢腿腰连接部位及翼缘温度，均匀化H型钢终轧断面温度。

背景技术

H型钢作为一种经济断面型钢，同普通工字钢相比具有截面模数大、抗弯能力强、单位质量轻、外形美观、构造方便、节约工时、降低工程造价、可加工再生等优点，已经被广泛地应用在工业与民用建筑钢结构中的梁、柱结构构件，工业构筑物的钢结构承重支架，石油化工及电力等工业设备构架，大跨度钢桥构件，机械、车辆、船舶框架结构，地下铁道及高架桥构件等工程结构中。

随着近年来我国社会经济建设的快速发展和国内钢结构市场的蓬勃兴起，高层建筑和大型场馆设施不断出现以及有关H型钢设计应用技术的规范普及，特别是对环境保护的法律法规逐步健全，国内H型钢的需求量正日益增加，市场前景十分广阔。

在1998年之前，我国国内使用的热轧H型钢还完全依赖进口。随着马鞍山钢铁股份有限公司H型钢厂、莱芜钢铁股份有限公司中型型钢厂等两条H型钢生产线的建成投产，这种局面得到很大改观。国内热轧H型钢的生产量从零到1999年的11.3万吨，之后逐年增长，以目前已投产及即将建成的生产线，按照2008年上半年的生产情况来看，我国热轧H型钢总产能将达到1300～1350万吨。国内能够生产的产品规格覆盖大、中、小规格H型钢，最大规格可达1000mm左右。

由于H型钢的断面复杂，轧制工艺复杂，轧制过程中轧件温度分布非常不均匀，终轧H型钢表面温差可达150℃以上，断面温差高达200℃左右。各种因素的影响导致H型钢断面组织分布不均匀，其中R角部位的晶粒尺寸最大，腹板最小，翼缘居中；组织分布的不均匀，使得H型钢断面力学性能及耐腐蚀性能分布不均匀，其中晶粒尺寸大的部位力学性能和耐腐蚀性能低，晶粒尺寸小的地方力学性能和耐腐蚀性能高。

同时由于H型钢终轧温度场的分布不均，特别是对于性能优越的大尺寸、小腰腿厚度比的大型H型钢，存在较大的残余应力。常温状态下的H型钢，腹板部位整体表现为压应力状态，翼缘与腹板连接部位表现为拉应力状态，翼缘端部表现为压应力状态，腹板部位的压应力最高值处于H型钢长宽方向的对称中心部位，最高可达200MPa以上。残余应力的存在，容易引起许多质量问题，如：导致腹板冷却波浪，严重影响产品外形，降低H型钢质量；工件经切割后会产生变形；火焰切割或焊接时会产生腹板裂纹，严重时产生腹板炸裂；作为立柱或梁等构件使用时，抗屈服与抗弯曲性能下降等等。

由此可见，H型钢温度场的控制是提高H型钢性能，减少废品及质量事故，提高成材率的关键影响因素。现有的H型钢主要还是以空冷方式为主，H型钢轧后断面温度最高部位出现在“腿腰”连接部位，由于轧后H型钢“翘头”、“叩头”、“侧弯”现象以及于轧后传输辊道上运送时的不平稳等原因，导致H型钢轧后R角部位冷却设备的实施存在困难。同时大型H型钢终轧表面温差在150℃以上，断面温差高达200℃左右。在如此大的终轧断面温差已经存在的情况下，如果单纯通过轧后冷却很难达到理想的效果；针对可逆连轧机组，如果通过万能轧制机组前后的翼缘外侧控制冷却装置进行轧制过程中的冷却，由于H型钢轧制过程中形状的不稳定性，导致设备往往会被撞坏，同时为保证H型钢头尾冷却均匀，需要H型钢轧制过程中进行甩尾，改变原有的H型钢轧制节奏，会严重影响生产效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明根据H型钢在轧制过程中机架间轧件头尾相对稳定的特点，利用机架间剩余空间，增设机架间控制冷却设备，对轧制过程中H型钢翼缘外侧进行强制冷却，不仅可以避免轧制过程中H型钢与冷却设备之间可能出现的碰撞，保证不影响H型钢原有的生产节奏，同时可以降低H型钢翼缘终轧温度，减小终轧断面温差，提高H型钢断面组织性能分布的均匀性，降低H型钢轧后残余应力，大幅度提高H型钢的成材率。

本发明的技术解决方案是，通过安装在H型钢轧机机架间的气雾冷却装置，对轧制过程中的H型钢进行雾化冷却，气雾冷却装置中的雾化冷却喷嘴固定在喷嘴支架上，万能轧机机组多道次可逆连轧过程中，开启机架间翼缘气雾冷却装置，喷嘴针对H型钢腿腰连接部位对应的翼缘外侧进行喷射，获得终轧断面温度分布均匀的H型钢。

喷嘴离H型钢翼缘外侧距离为50～250mm；喷射时将喷射斑的高度控制在3/4翼缘宽度以内；喷嘴喷射角度为30～60°×60～120°。