CN100447260C - 盘式带钢快速冷却试验装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种为满足模拟带钢在连续退火过程中的退火工艺要求的盘式带钢快速冷却试验装置及其使用方法，该装置主要包括：一圆盘式箱体、一设置在箱体中的一可绕芯轴转动的盘式试样固定架，以及补偿导线，该箱体内依次设有试样装卸室，加热均热室，缓冷及过时效室，气雾冷却室和水淬室。使用时，将补偿导线焊接在试样表面，然后按照一定顺序进入各功能室，试样依次被加热均热、缓冷、冷却、过时效处理，最后进入气雾冷却室或水淬室冷却到室温，完成一个实验周期。本发明具有试样尺寸大、冷却方式多、冷却速度快、设备简单、故障率低、成本低廉等优点。

Description

盘式带钢快速冷却试验装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种盘式带钢快速冷却试验装置及其使用方法，尤其涉及一种为满足模拟带钢在连续退火过程中的退火工艺要求的盘式带钢快速冷却试验装置及其使用方法。

背景技术

带钢生产的一个环节是退火工序，大型带钢连续退火生产线已成为生产高质量带钢的主要工序。为了有效开展高强钢产品，需要进行冷轧钢板的快速冷却实验工作。宝钢现已着手进行前期技术研究工作，但是，原有实验装置由于设计不合理无法进行有效的实验。研究和开发带钢连续退火工艺过程是不断提高带钢产品质量和产量，降低成本，开发新产品的保证。模拟带钢连续退火工艺过程是研究和开发连续退火工艺的重要手段。

现已见到的带钢连续退火模拟装置有三种，示意图见图1、图2、图3。

如图1为卧式模拟装置，受到加热和冷却能力限制，试样尺寸偏小仅为200×70mm。试验时，将试样3’固定在试样支架2’上，经红外加热室4’加热到设定温度后，由试样推进装置1’将加热后试样水平送入冷却室6’，喷气箱7’喷入氮气进行冷却。因只有一个加热室，很难像连退炉那样及时缓冷和均热，冷却后过时效时温度控制较难。

如图2为立式模拟装置，试验时，在试样装卸室5”安装好试样后进入加热室1”，试样温度达到设定值后进入均热室2”，达到设定时间和温度后进入冷却室3”进行快冷，随后进入过时效室4”进行过时效处理。从装置的原理看，可以较好的模拟连续退火过程。但该设备体积庞大，配置复杂。在装置布置中将过时效炉放置在冷却室下，有二个缺陷：一是随着试验进行，冷却室内的温度会逐渐升高，对冷却速度有影响；二是过时效炉本身温度很难保持均匀。更重要的是该设备使用N₂冷却，冷却速度很难提高，对开发高强钢不利。

如图3、图4所示装置仍为立式模拟装置，将加热室、均热室和过时效炉放置在冷却室上方。装置采用N₂、H₂、H₂+H₂O气雾冷却方式。该模拟装置结构主要由高温加热室22”，均热室6”，过时效室7”，冷却室8”，试样支架及试样9”，喷气箱(或喷嘴)和支架10”、冷却介质入口11”、冷却介质排放出口12”，抽真空口13”，装卸试样箱14”，试样传动机构15”，试样位置指示装置16”等组成。其中冷却室配置有喷箱(喷嘴)间距调节装置17”，试样热电偶连线引出接头18”。试样架用试样传动电机19”通过不锈钢钢丝绳20”上下移动，由限位开关21”控制移动位置。该装置存在各区域之间密封性差，相互影响大；试样固定用的专用夹具容易变形；钢丝绳或链条易断，热电耦的补偿导线容易卡住或拉断，难以进行连续多次的试验等问题。

现在国内使用的模拟装置均是引进设备，这些设备在模拟连续退火工艺过程时存在以下不足之处：

1、现有的模拟装置冷却方式单一，冷却速度较低。冷却方式只有喷气和/或汽雾冷却方式，最高冷却速度≤50℃/s。随着高强钢等新型带钢产品的开发，冷却速度要求＞100℃/s，甚至＞200℃/s，现有设备已难以满足要求。

2、已知现有带钢冷却试验装置均采用立式长方形箱型结构，试样装入、加热、均热、缓冷、快冷、过时效等区域处于一条直线上，各区域用钢板隔开，留有长方形试样通过孔，从上至下垂直布置。试样固定在专用夹具上，夹具由钢丝绳或链条带动进行上下移动，完成试样装入、加热、均热、缓冷、快冷、过时效、取样等过程。试样上接有热电耦进行测温，热电耦的补偿导线从箱体上部穿入。这种结构各区域之间密封性差，相互影响大；试样固定用的专用夹具容易变形；钢丝绳或链条易断，热电耦的补偿导线容易卡住或拉断。

发明内容

本发明的目的是建立具备高氢和水淬两种冷却带钢方式的一种新型带钢连续退火工艺过程模拟装置。具有试样尺寸大(150×300mm)、冷却方式多、冷却速度快、设备简单、故障率低、成本低廉等优点，可连续模拟带钢在连续退火炉内的加热、均热、缓冷、快冷、过时效等工艺过程。

本发明的目的是这样实现的：

一种盘式带钢快速冷却试验装置，包括：一圆盘式箱体、一设置在箱体中的一可绕芯轴转动的盘式试样固定架，以及补偿导线，该箱体内依次设有试样装卸室，加热均热室，缓冷及过时效室，气雾冷却室，水淬室。

所述的盘式带钢快速冷却试验装置，所述补偿导线从芯轴内的导管穿入，所述箱体各腔室之间分隔板上装有耐高温密封条，耐高温密封条与试样固定架上的隔筋相接触；所述试样固定架设有内部水冷却结构，所述水冷却结构的冷却水自芯轴一端进入，流经试样固定架上的隔筋，再从芯轴的另一端流出；所述试样固定架上设有试样固定腿，所述试样固定腿有2个，相对试样固定架对称设置；所述加热均热室和缓冷及过时效室内壁上设有耐热保温材料和控温热电偶，所述气雾冷却室内设有喷气箱和喷嘴；还包括一设置在芯轴上的试样位置指示盘，所述水淬室上设有补水口和排水口。

所述的盘式带钢快速冷却试验装置的使用方法，包括以下步骤：

a)将试样固定在试样装卸室内的试样固定架上；

b)将补偿导线焊接在试样表面；

c)将装置内的空气抽出，通入氮气，置换出空气；

d)将装置内的氮气抽出，充入氢气；

e)将加热均热室加热至设定温度，将试样转动至加热均热室加热，试样到达设定温度和时间时，控制加热量，进行试样的均热；

f)当均热时间和温度到达设定值时，试样进入缓冷及过时效室进行缓冷；

g)缓冷后将试样罢到气雾冷却室，打开冷却介质入口的阀门，按照预定的冷却方式进行冷却，冷却方式有水冷、气冷或水气混合冷却；

h)冷却结束后试样被提升到缓冷及过时效室进行过时效处理；

i)过时效完成后再进入气雾冷却室或水淬室冷却到室温；

j)抽出装置内氢气，充入氮气到常压，即可取出试样。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、应用该模拟装置，可以消除方形结构各区域之间密封性差、相互影响大，试样固定用的专用夹具容易变形，钢丝绳或链条易断，热电耦的补偿导线容易卡住或拉断等问题。保证试验的连续和快捷，更好更方便地模拟带钢连续退火工艺过程。

2、可根据研究需要，控制加热速度，冷却速度提高到≥200℃/s，并实现在40～250℃/s范围内可按需求控制冷却速度。并可用该设备研究连续退火炉内气氛对产品质量的影响，研究各种露点条件下，带钢表面耐腐蚀的特性和规律。因该模拟装置具有试样尺寸大，喷嘴与试样距离可调，冷却速度高的特点，为研究和开发新钢种提供了必要条件。

附图说明

通过以下对本发明的实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1为现有的卧式连续退火模拟装置结构示意图；

图2为现有的第一种立式连续退火模拟装置结构示意图；

图3为现有的第二种立式连续退火模拟装置结构示意图；

图4为现有的第二种立式连续退火模拟装置内部结构透视示意图；

图5为本发明整体结构安装示意图；

图6为本发明箱体内部结构示意图；

图7为本发明外部结构示意图；

图8为本发明盘式式样架结构示意图。

具体实施方式

本发明采用氢气、氮气和水作为快速冷却的冷却介质，配置气雾双相喷嘴，可实现全氢冷却、氮气冷却、氢气+氮气冷却、氢气+氮气+水雾冷却、氢气+水雾冷却、氮气+水雾冷却、水雾冷却、水淬冷却等多种冷却方式。氢气导热系数比氮气高约7倍，且是还原性气氛，对带钢的加热和冷却非常有利，是一种较为理想的冷却介质。水是一种安全廉价的液态冷却介质，导热系数远高于气态冷却介质，对制造高强钢十分有利。

本发明盘式带钢快速冷却试验装置如图5、图6、图7、图8所示，装置为外形呈圆形的箱体结构，整体被轴承座2支撑在底座8上。箱体1被分隔成五个功能室：加热均热室3、缓冷及过时效室4、装卸试样室5、气雾冷却室6和水淬室7，中间有一个圆盘形水冷结构的试样架15，各功能室之间的分隔板上装有与圆盘形试样架15的架体相接触的耐高温密封条，从而保证各功能室之间的密封。整个装置呈立置圆盘型，并由底座8支撑。采用石英电热管进行试样加热均热，并在同一个室内完成；缓冷和过时效也在一个室内进行，从而简化了装置结构，使装置更紧凑。本装置设置水淬冷却室7，具备水淬冷却功能，可实现试样的快速冷却。适用于高强钢水淬冷却过程模拟以及其他带钢试样退火过程的模拟试验。

如图7所示，由于采用圆盘式试样固定架，试样在进行模拟试验时绕芯轴12转动，用于测量试样温度的热电耦及补偿导线9由芯轴12内的导管穿入，相对固定不动，因此，不会由于试样的运动而引起卡阻或补偿导线折断、缠绕等故障。圆盘式试样固定架15采用了内部通水冷却型结构，其所用冷却水可从试样架冷却水进水口17通入，冷却水从芯轴12的一端进入，流经圆盘式试样固定架15后再从芯轴12的另一端流出，不断地冷却试样固定架15，可有效防止试样固定架15的变形。此外，在试验过程中，圆盘式试样固定架15的隔筋与箱体内各室间的隔板处于同一位置，隔板边缘镶嵌耐热密封条，可有效降低各工作室间的窜气量，防止相互干扰，使试验精确度提高。

如图6所示，加热均热室3和缓冷及过时效室4内壁安装耐热保温材料，在侧面设置控温热电偶。气雾冷却室6和水淬冷却室7置于装置下部，有利于冷凝水及水淬水的排放，并可防止水汽进入加热室内。气雾冷却室4内配置喷气箱和喷嘴，喷嘴安装在短管上，可根据需要采用不同长度的短管进行间距调节。进行气体冷却时将进气阀单独打开；进行气雾冷却时可将冷却水阀和进气阀同时开启。试样在炉内位置可通过安装在芯轴12上的试样位置指示盘20确定。

如图6、图7、图8所示，实验时，裁取150×300mm的试样，打开试样装卸室5上的门，将试样固定在试样安装架15的试样固定腿16上，根据需要，用专用焊笔将补偿导线出口18处引出的热电偶焊接在试样表面。调节设定喷嘴间距，通过装有真空泵的抽真空及充氮气用管10将装置内空气抽出，并通过切换阀门通入氮气，使装置内充满氮气，置换空气，直到装置内氧含量小于0.5％；再启动真空泵将装置内氮气抽出，再开启氢气阀门从氢气管11中充入保护用的氢气。加热均热室3开始加热升温到设定温度，启动试样传动机构，将试样旋转到加热均热室3加热，试样到达设定温度和时间时，控制加热量，进行试样的均热。当均热时间和温度到达设定值后，试样进入缓冷及过时效室4进行缓冷；缓冷后将试样转到气雾冷却室6，打开冷却介质(氮气、氢气或氢气加水)入口19的相关阀门，按照预定的冷却方式进行冷却。冷却结束后试样被提升到缓冷及过时效室4进行过时效处理，过时效完成后再进入气雾冷却室6或水淬冷却室7冷却到室温，水淬冷却室7内所用的水可从水淬室补水口13补充加入，水淬水的排放可从水淬室排水口14排出，最后用真空泵抽出装置内保护气体，充入氮气到常压，即可取出试样，一个实验周期完成。

以上所述，只是本发明的最佳具体实施例，但是，本发明的特征，并不局限于此，凡任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易想到的变化方式，皆应涵盖在本发明的请求保护权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于，包括：

一圆盘式箱体、一设置在箱体中的一可绕芯轴转动的盘式试样固定架，以及补偿导线，该箱体内依次设有试样装卸室，加热均热室，缓冷及过时效室，气雾冷却室，水淬室。

2.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述补偿导线从芯轴内的导管穿入。

3.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述箱体各腔室之间分隔板上装有耐高温密封条，耐高温密封条与试样固定架上的隔筋相接触。

4.如权利要求3所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述试样固定架设有内部水冷却结构。

5.如权利要求4所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述水冷却结构的冷却水自芯轴一端进入，流经试样固定架上的隔筋，再从芯轴的另一端流出。

6.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述试样固定架上设有试样固定腿。

7.如权利要求6所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述试样固定腿有2个，相对试样固定架对称设置。

8.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述加热均热室和缓冷及过时效室内壁上设有耐热保温材料和控温热电偶。

9.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述气雾冷却室内设有气雾喷箱和气液双相喷嘴。

10.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：还包括一设置在芯轴上的试样位置指示盘。

11.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置，其特征在于：所述水淬室上设有补水口和排水口。

12.如权利要求1所述的盘式带钢快速冷却试验装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

a)将试样固定在试样装卸室内的试样固定架上；

b)将补偿导线焊接在试样表面；

c)将装置内的空气抽出，通入氮气，置换出空气；

d)将装置内的氮气抽出，充入氢气；

e)将加热均热室加热至设定温度，将试样转动至加热均热室加热，试样到达设定温度和时间时，控制加热量，进行试样的均热；

f)当均热时间和温度到达设定值时，试样进入缓冷及过时效室进行缓冷；

g)缓冷后将试样转到气雾冷却室，打开冷却介质入口的阀门，按照预定的冷却方式进行冷却；

h)冷却结束后试样被提升到缓冷及过时效室进行过时效处理；

i)过时效完成后再进入气雾冷却室或水淬室冷却到室温；

j)抽出装置内氢气，充入氮气到常压，即可取出试样。

13.如权利要求12所述的盘式带钢快速冷却试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤g)的冷却方式有水冷、气冷或水气混合冷却。

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