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緩冷坑對堆垛過程鑄坯溫度變化的影響
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緩冷坑對堆垛過程鑄坯溫度變化的影響趙新宇1，2劉 洋1，2，王玉龍3趙晶3，謝翠紅3（1 首鋼集團有限公司技術研究院 北京 100043；2 北京市能源用鋼工程技術研究中心 北京 100043；3 首…
緩冷坑對堆垛過程鑄坯溫度變化的影響
趙新宇1，2 劉 洋1，2，王玉龍3 趙晶3，謝翠紅3
（1.首鋼集團有限公司技術研究院 北京 100043；2. 北京市能源用鋼工程技術研究中心 北京 100043；3.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司鋼軋部 河北 唐山 063200）
趙新宇1，2 劉 洋1，2，王玉龍3 趙晶3，謝翠紅3
（1.首鋼集團有限公司技術研究院 北京 100043；2. 北京市能源用鋼工程技術研究中心 北京 100043；3.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司鋼軋部 河北 唐山 063200）
摘 要：緩冷坑用來減緩鑄坯的冷卻速率，從而促進鑄坯內(nèi)的氫釋放和應力釋放，本文通過對比正常堆垛和緩冷坑堆垛內(nèi)的鑄坯溫度變化，從而得到鑄坯冷卻過程的溫度曲線和冷卻速率，全文得到以下結(jié)論：鑄坯下線溫度在500~600℃之間，36h冷卻后，正常緩冷堆垛的鑄坯溫度在155~290℃之間，緩冷坑堆垛的鑄坯溫度在265~340℃之間。正常緩冷條件下，鑄坯的冷卻速率在9.0~10.1℃/s之間，緩冷坑冷卻速率在5.0~8.7℃/h之間，通過擬合得到緩冷坑內(nèi)鑄坯的等效降溫速率為6.4℃/h，正常堆垛鑄坯的等效降溫速率為9.2℃/h。
關鍵詞:鑄坯緩冷; 緩冷坑; 正常堆垛; 冷卻速率; 降溫曲線
Effect on slab temperature change of slab stack during cooling process in slow cooling pit
Zhao Xinyu1,2, Liu Yang1,2 Wang Yulong3 Zhao Jing3and Xie Cuihong3
（1 Plate Technology Department，Shougang Research Institute of Technology，Beijing，100043；2 Beijing Engineering Research Center of Energy Steel，Beijing，100043；3 Shougang Jingtang United Iron&Steel Co., Ltd, Tangshan Hebei，Tangshan，063200）
Abstract: The slow cooling pit is used to slow down the cooling rate of the slab, so as to promote the release of hydrogen and stress in the slab. In this paper, the temperature curve and cooling rate of the slab cooling process are obtained to compare the temperature changes of the slab in the normal stacking and the slow cooling pit stacking. The conclusion is as follows: the offline temperature of the slab is between 500 ~ 600 ℃, and the temperature of the slab in the normal slow cooling stacking after 36h cooling about 155-290 ℃, the slab temperature of slow cooling pit stack is 265-340 ℃. Under the normal slow cooling condition, the cooling rate of slab is between 9.0 ~ 10.1 ℃ / s, and the cooling rate of slow cooling pit is between 5.0 ~ 8.7 ℃ / h. Through fitting, the equivalent cooling rate of slab in slow cooling pit is 6.4 ℃ / h, and the equivalent cooling rate of normal stacking slab is 9.2 ℃ / h.
Key words: slow cooling of slab; slow cooling pit; normal stack; cooling rate; cooling curve
1前言
隨著客戶對產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量要求的日益增加，鑄坯堆垛越來越受到大家的重視。鑄坯堆垛主要可以達到兩個目的：其一是釋放鑄坯中的氫，可以減少最后鋼材中的氫致白點、提高成品的探傷合格率、防止延遲氫致裂紋；其二是釋放鑄坯中的應力，尤其適用于高碳當量、高合金含量的模具鋼、軸承鋼、合金結(jié)構鋼等的產(chǎn)品，在不具備熱送條件下進行堆冷。[1]-[3]
鑄坯堆冷的方法主要有兩種：一種是正常堆垛緩冷，即把熱鑄坯堆放在堆垛場地，利用鑄坯的熱量緩慢冷卻至室溫；另一種是使用另加保溫的手段進行緩冷，如緩冷坑、緩冷罩等。[4]
鑄坯緩冷對氫釋放作用的研究，有諸多報道，其主要是利用氫在高溫鑄坯中具有較好的擴散系數(shù)，使得鑄坯中的氫快速擴散至飽和濃度，當鑄坯溫度低于200℃左右時，氫的擴散能力降低，對于氫釋放效果有限。[5]但由于固體中氫的含量無法準確測量，因此使用數(shù)值模擬的方法研究堆垛過程中氫的擴散成為熱門話題之一。[6]-[9]而氫擴散的模擬就要求知道實際鑄坯堆垛過程中的溫度變化，因此本文通過對比正常堆垛緩冷和緩冷坑緩冷過程中的鑄坯溫度變化進行實際測量，得到三維的鑄坯變化曲線，包括不同時間、不同層數(shù)、不同堆垛方式下的鑄坯溫度變化，為研究緩冷坑堆垛效果、氫擴散計算等提供數(shù)值依據(jù)。同時可以對比緩冷坑和正常緩冷對鑄坯冷卻的影響。
2試驗方案
2.1 試驗目的
為了對比正常緩冷和堆垛緩冷過程中的鑄坯溫度變化，使用手持測溫槍，對鑄坯不同層數(shù)、不同時間下的溫度進行測量，以研究緩冷坑的保溫效果，同時還可以為氫釋放數(shù)值模擬提供對比數(shù)值。
2.2 試驗鋼種及規(guī)格
鋼種成分如所示表1所示，鋼種為Q235B。
關鍵詞:鑄坯緩冷; 緩冷坑; 正常堆垛; 冷卻速率; 降溫曲線
Effect on slab temperature change of slab stack during cooling process in slow cooling pit
Zhao Xinyu1,2, Liu Yang1,2 Wang Yulong3 Zhao Jing3and Xie Cuihong3
（1 Plate Technology Department，Shougang Research Institute of Technology，Beijing，100043；2 Beijing Engineering Research Center of Energy Steel，Beijing，100043；3 Shougang Jingtang United Iron&Steel Co., Ltd, Tangshan Hebei，Tangshan，063200）
Abstract: The slow cooling pit is used to slow down the cooling rate of the slab, so as to promote the release of hydrogen and stress in the slab. In this paper, the temperature curve and cooling rate of the slab cooling process are obtained to compare the temperature changes of the slab in the normal stacking and the slow cooling pit stacking. The conclusion is as follows: the offline temperature of the slab is between 500 ~ 600 ℃, and the temperature of the slab in the normal slow cooling stacking after 36h cooling about 155-290 ℃, the slab temperature of slow cooling pit stack is 265-340 ℃. Under the normal slow cooling condition, the cooling rate of slab is between 9.0 ~ 10.1 ℃ / s, and the cooling rate of slow cooling pit is between 5.0 ~ 8.7 ℃ / h. Through fitting, the equivalent cooling rate of slab in slow cooling pit is 6.4 ℃ / h, and the equivalent cooling rate of normal stacking slab is 9.2 ℃ / h.
Key words: slow cooling of slab; slow cooling pit; normal stack; cooling rate; cooling curve
1前言
隨著客戶對產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量要求的日益增加，鑄坯堆垛越來越受到大家的重視。鑄坯堆垛主要可以達到兩個目的：其一是釋放鑄坯中的氫，可以減少最后鋼材中的氫致白點、提高成品的探傷合格率、防止延遲氫致裂紋；其二是釋放鑄坯中的應力，尤其適用于高碳當量、高合金含量的模具鋼、軸承鋼、合金結(jié)構鋼等的產(chǎn)品，在不具備熱送條件下進行堆冷。[1]-[3]
鑄坯堆冷的方法主要有兩種：一種是正常堆垛緩冷，即把熱鑄坯堆放在堆垛場地，利用鑄坯的熱量緩慢冷卻至室溫；另一種是使用另加保溫的手段進行緩冷，如緩冷坑、緩冷罩等。[4]
鑄坯緩冷對氫釋放作用的研究，有諸多報道，其主要是利用氫在高溫鑄坯中具有較好的擴散系數(shù)，使得鑄坯中的氫快速擴散至飽和濃度，當鑄坯溫度低于200℃左右時，氫的擴散能力降低，對于氫釋放效果有限。[5]但由于固體中氫的含量無法準確測量，因此使用數(shù)值模擬的方法研究堆垛過程中氫的擴散成為熱門話題之一。[6]-[9]而氫擴散的模擬就要求知道實際鑄坯堆垛過程中的溫度變化，因此本文通過對比正常堆垛緩冷和緩冷坑緩冷過程中的鑄坯溫度變化進行實際測量，得到三維的鑄坯變化曲線，包括不同時間、不同層數(shù)、不同堆垛方式下的鑄坯溫度變化，為研究緩冷坑堆垛效果、氫擴散計算等提供數(shù)值依據(jù)。同時可以對比緩冷坑和正常緩冷對鑄坯冷卻的影響。
2試驗方案
2.1 試驗目的
為了對比正常緩冷和堆垛緩冷過程中的鑄坯溫度變化，使用手持測溫槍，對鑄坯不同層數(shù)、不同時間下的溫度進行測量，以研究緩冷坑的保溫效果，同時還可以為氫釋放數(shù)值模擬提供對比數(shù)值。
2.2 試驗鋼種及規(guī)格
鋼種成分如所示表1所示，鋼種為Q235B。
表1 測溫鋼種成分
| C | Si | Mn | P | S | |
| Q235B | 0.14 | 0.25 | 0.5 | 0.015 | 0.005 |
鑄坯規(guī)格為：厚度220mm，寬度1600mm，每塊鑄坯長度在3000~5000mm之間。
2.2試驗方法
使用手持測溫槍，測量溫度范圍為-25℃~1600℃。
對正常堆垛緩冷和緩冷坑緩冷的連鑄板坯的溫降過程進行測量，堆垛均為9塊堆垛，其堆垛示意圖如圖所示，分別測量寬面?zhèn)群徒孛鎮(zhèn)鹊臏囟龋瑴y量層數(shù)分別為第1層、第5層和第9層。
3結(jié)果討論與分析
正常堆垛緩冷條件下鑄坯的寬面溫度和截面溫度的變化曲線如圖2所示，從圖上可以看出，鑄坯下線溫度均在560~580℃之間，隨著時間的推移，第1層的鑄坯溫降速率明顯高于其他層，36h以后，第一層鑄坯的寬面和截面溫度分別達到179.7℃和155.6℃，而第5層和第9層的鑄坯的寬面和截面溫度在36小時達到283℃、295.5℃和244.5、233.2℃。
緩冷坑緩冷條件下鑄坯的寬面溫度和截面溫度的變化曲線如圖3所示，從圖上可以看出，鑄坯下線溫度時，寬面溫度達到510℃左右，而截面溫度在590℃左右，隨著時間的推移，第1層、第5層和第9層的溫度區(qū)別不大，當36h小時，鑄坯寬面和截面溫度為315.1、331、333.9℃和267.5℃、277.3℃和280.3℃。
鑄坯冷卻速率對比如圖4所示，冷卻速率的計算公式為
將冷卻速率平均可以得到，在鑄坯寬面上，正常緩冷冷卻平均速率為9.0℃/h，緩冷坑冷卻平均速率為5.0℃/h；在鑄坯截面上，正常緩冷冷卻平均速率為10.1℃/h，緩冷坑冷卻平均速率為8.7℃/h。
將不同層數(shù)、不同截面的溫度值進行平均，從而對比緩冷坑緩冷和正常堆垛緩冷的溫度變化趨勢，如圖5所示，并對溫度進行擬合，可以得到擬合曲線，從而可以發(fā)現(xiàn)緩冷坑內(nèi)鑄坯的冷卻速率明顯小于正常堆垛緩冷，說明緩冷坑對鑄坯有較好的保溫作用。并得到如下擬合曲線：
4結(jié)論
緩冷坑用來減緩鑄坯的冷卻速率，從而促進鑄坯內(nèi)的氫釋放和應力釋放，本文通過對比正常堆垛和緩冷坑堆垛內(nèi)的鑄坯溫度變化，從而得到鑄坯冷卻過程的溫度曲線和冷卻速率，全文得到以下結(jié)論：
1、鑄坯下線溫度在500~600℃之間，36h冷卻后，正常緩冷堆垛的鑄坯溫度在155~290℃之間，緩冷坑堆垛的鑄坯溫度在265~340℃之間。
2、在鑄坯寬面上，正常緩冷冷卻平均速率為9.0℃/h，緩冷坑冷卻平均速率為5.0℃/h；在鑄坯截面上，正常緩冷冷卻平均速率為10.1℃/h，緩冷坑冷卻平均速率為8.7℃/h。
3、通過擬合，可以得到鑄坯冷卻的降溫曲線，并可以得到緩冷坑內(nèi)鑄坯的等效降溫速率為6.4℃/h，正常堆垛鑄坯的等效降溫速率為9.2℃/h。
參考文獻
[1] 王衛(wèi)華,李戰(zhàn)軍,初仁生等.厚規(guī)格高合金鋼坯堆垛緩冷工藝開發(fā)[J].煉鋼,2019,35(05):57-62.
[2] 路坦,陳艷,倪修華,江中塊.55鋼鑄坯堆垛過程熱-力耦合數(shù)值分析[J].熱加工工藝,2016,45(15):91-94.
[3] 劉小軍,李惠蝶.提高中厚板連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的工藝優(yōu)化研究[J].寬厚板,2014,20(06):26-29.
[4] 李萬國,王慶,張紅令等.連鑄后工序鑄坯溫度與冷卻控制[J].連鑄,2016,41(06):31-36.
[5] 劉宗昌,楊慧,李文學等.去氫退火工藝的設計及應用[J].金屬熱處理,2003(03):51-53.
[6] 王衛(wèi)華,李戰(zhàn)軍,初仁生等.堆冷方式下板坯氫擴散效果[J].鋼鐵,2019,54(11):49-55.
[7] 楊東,許少普,黃紅乾等.鋼板中氫擴散的數(shù)值模擬[J].鋼鐵研究,2016,44(01):19-23.
[8] 王衛(wèi)華,王文軍,劉洋等.250～320 mm連鑄板坯堆垛緩冷過程仿真計算[J].特殊鋼,2013,34(01):13-15.
[9] 朱志遠,寧林新,王國連.板坯氫含量控制和中心碳偏析改善研究[J].鋼鐵,2006(10):32-34+38.
