CN101480669B - 高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法及冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速线材轧机斯太尔摩(STELMOR)线的冷却方法及冷却装置。一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却装置，在斯太尔摩线运输辊道下方沿运输辊道方向依次设置有若干台下风机；在斯太尔摩线运输辊道上方沿运输辊道方向还依次设置有若干台上风机；上风机架设在可被吊运的钢结构框架上；所述上、下风机出风口相对于运输辊道对称，上、下风机的风向与运输辊道的夹角相等。本发明冷却方法在上述冷却装置中得以实现。本发明通过在运输辊道上方加装风机，实现线材的上下风冷，其冷却速度加快，同时使线材冷却更加均匀，从而解决线材搭接点组织、力学性能不均的问题。

Description

高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法及冷却装置

技术领域

本发明涉及高速线材轧机斯太尔摩(STELMOR)线的冷却方法及冷却装置。

背景技术

目前斯太尔摩线广泛应用于高速线材生产线上，其现有的结构为，在运输辊道上放置线材，运输辊道下方设置有下风机，对线材进行吹气冷却；运输辊道上方设置有盖板，盖板使斯太尔摩线内的温度均匀，现有的盖板开启方式为一端固定另一端上掀，与汽车前盖类似，盖板上方留有较大空间，以供盖板上掀。盖板使现有斯太尔摩线一体化，并保持固有的空间。下面以某条高速线材轧机生产线为例，进一步说明现有斯太尔摩线冷却方式：

参见图1，高速线材轧机斯太尔摩线冷却段长度达104米，配备14台大风量下风机2，可变频调速，布置在运输辊道之下供风冷却线材。每台下风机2的风量为154000m³/h，静态压力(mm，水柱)为300mm。斯太尔摩线有十段冷却段，十段冷却段以罗马数字标出；每段九米，前六段每段配有两台下风机2和二个风室(每个风室4.5m长)；第七段和第十段各配有一台下风机2和一个风室(风室长9m)，其中前五段每台下风机2都有风量调节的“佳灵装置”，实现风量的最佳分布，用于消除线圈搭接点温度差异。第八、第九段没有下风机2。“佳灵装置”是位于斯太尔摩线运输辊道下方，风机风道内的风量分配装置，“佳灵装置”可以调节风量的分配和导向，使线材获得较均匀的冷却速度，从而提高线材通条性能的均匀性。

但现有冷却装置及冷却方法突出缺点是：在风冷线上，线圈疏密分布不均，搭接点处线材密度最大，线圈中心处线材密度最小，因而线圈搭接点处不仅较其它位置冷却速度低，而且其相变起始位置和相变时间有不同程度的滞后。虽然通过调整“佳灵装置”或改变辊道速度可改变线材的不均匀程度，但线材同圈性能的差异仍较大，且碳锰当量愈高的线材，同圈性能的差异愈大。

现有高速线材轧机斯太尔摩线生产的线材产品，尤其是要求抗拉强度的高碳钢盘条，通常采用的是增加冷却线的长度和提高风机风量的方法，即从1980年代的冷却线长度75m左右、每台风机风量73000m³/h左右提高到2000年代的冷却线长度100m左右、每台风机风量154000m³/h左右。然而，在提高高碳钢盘条强度时，线材抗拉强度的同圈差波动较大的问题愈加严重。

中国专利CN200410050691.2公布了一种“高速线材轧机斯太尔摩线气雾冷却装置及方法”，即在吐丝机后，斯太尔摩线前的一段空冷辊道的上方，两侧对称地设置气雾冷却器，先从线圈搭接点上方，重点向搭接点处喷雾冷却，然后线材进入斯太尔摩风冷线，再从下方风冷，并利用“佳灵装置”重点向搭接点处吹气。通过该气雾冷却装置，线材搭接点与非搭接点的强度差降到5～7MPa，线材整体强度可提高20～25MPa。但是该专利采用喷射水雾到线材上，线材会产生锈蚀，影响质量。

国内高速线材轧机斯太尔摩线一般都是从国外引进，按照图纸进行建设，设备庞大，投入费用大，上述例举的冷却线段就长达104米，投入后，通常就不作改动，仅有的改动也都非常局限，通常都是在设备外围进行改进(如上述的专利)，有的是对现有的风机风量、风向等进行优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法及冷却装置，通过在运输辊道上方加装风机，实现线材的上下风冷，加快冷却速度，同时使线材冷却更加均匀，从而解决线材搭接点组织、力学性能不均的问题。

本发明是这样实现的：一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法，在斯太尔摩线运输辊道下方沿运输辊道方向依次设置若干台下风机对线材进行吹气冷却；在斯太尔摩线运输辊道上方沿运输辊道方向再依次设置若干台上风机对线材进行吹气冷却。

将所述上风机架设在可被吊运的钢结构框架上，这样上风机就可移动，在斯太尔摩线卡钢的时候，就可以进行维护，否则由上风机挡着，将无法维护。

将上风机吹气方向设置为与下风机吹气方向同向，对应的上、下风机的风吹在运输辊道同一位置，这样吹气效果好。

选择性地开启上风机及下风机，以使上下风机的开启有机结合，实现间歇式冷却。

一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却装置，在斯太尔摩线运输辊道下方沿运输辊道方向依次设置有若干台下风机；在斯太尔摩线运输辊道上方沿运输辊道方向还依次设置有若干台上风机。

所述上风机架设在可被吊运的钢结构框架上，钢结构框架包括有支撑架，支撑架分布在斯太尔摩线运输辊道两侧，且与地面垂直，支撑架通过开启式锁扣固定在斯太尔摩线运输辊道两侧的平台上。这样风机固定较牢靠，对现有设备影响较小。

所述上、下风机出风口相对于运输辊道对称，上、下风机的风向与运输辊道的夹角相等，其夹角范围为25°～50°。

斯太尔摩线的盖板为平移抽拉式，这样盖板方能打开，假如仍采用现有掀起式开启方式，盖板将由于钢结构框架的阻挡而无法打开。

所述上风机数量与下风机数量一致，这样就可实现多点吹气控制，实现多种吹气组合，达到最佳效果。

本发明改变了现有高速线材轧机斯太尔摩线冷却工艺，通过在运输辊道上方加装风机，实现线材的上下风冷，实现风量多点控制，从而线材冷却均匀，解决线材搭接点组织、力学性能不均的问题；本发明采用钢结构框架对上风机进行固定，从而使上风机实际投入使用成为了可能，防止了斯太尔摩线里卡钢不可维护的局面。

实验证明，通过斯太尔摩线上下风机吹气的线材搭接点与非搭接点的强度差降低10～50MPa；同时，可以减少线材表面的氧化铁皮，减少用户使用过程中的酸洗量，改善线材表面质量；降低了线材冷却线周围的环境温度，改善了操作环境。

附图说明

图1为现有高速线材轧机斯太尔摩线一种实施例的结构示意图；

图2为本发明高速线材轧机斯太尔摩线冷却装置的一种示意图；

图3A为一台风机冷却示意图；

图3B为二台风机同一方向冷却示意图；

图3C为二台风机逆方向冷却示意图；

图4A为本发明中钢结构框架主视图；

图4B为钢结构框架俯视图；

图4C为钢结构框架左视图。

图中：1运输辊道，2下风机，3上风机，4钢结构框架，5支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图2，一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却装置，在斯太尔摩线运输辊道1下方沿运输辊道1方向依次设置有若干台下风机2，在斯太尔摩线运输辊道1上方沿运输辊道1方向还依次设置有若干台上风机3，图2中出示了七台下风机2和七台上风机3，上下风机3、2位置一一对应，沿运输辊道1方向位置逐步提高。参见图2，运输辊道1与水平线成一β夹角，此夹角在现有技术中即有，一般为3°～6°。上风机3数量可与下风机2数量一致，也可适量减少，最好数量一致，这样上下风机3、2可组合选择方式更多，可调控性更强。同样为获得更好调整效果，上风机3中可以加装背景技术中所述的佳灵装置。

所述上风机3架设在可被吊运的钢结构框架4上，可以一台上风机3架设在一台钢结构框架4上，也可以多台上风机3同时架设在一台钢结构框架4上，具体视行车的吊运能力。行车用于吊运钢结构框架4，在必要时吊走钢结构框架4以及安装在其上的上风机3。钢结构框架4参见图4A至图4C，上风机3设置在钢结构框架4的F区，上风机3的电机设置在D区。钢结构框架4由支撑架支撑，支撑架由四根支撑杆5组成，四根支撑杆5对称分布在斯太尔摩线运输辊道1两侧，各边有两根，且支撑杆5与地面垂直。支撑架通过开启式锁扣固定在斯太尔摩线运输辊道1两侧的平台上，这样在正常情况下，钢结构框架4固定；在发生卡钢之类事故时，上风机3就需要移去，以对斯太尔摩线进行维护或维修，因此此时锁扣开启，这样就可以用行车对钢结构框架4进行吊运。

所述上风机3吹气方向与下风机2吹气方向同向，这样冷却速度快，冷却后线材力学性能好；对应的上、下风机3、2吹在运输辊道1同一位置，这样对线材上下的冷却就比较均匀，冷却效果好，冷却后线材力学性能均匀。最好上、下风机3、2出风口至运输辊道1垂直距离相等，也就是上、下风机3、2出风口相对于运输辊道1对称，上、下风机3、2风向与运输辊道1的夹角也相等，即图2中α＝γ，α和γ最佳取值范围为25°～50°，这样到达线材的风速也一致，进一步提高了冷却均匀性。

由于设置了钢结构框架4，因此在斯太尔摩线盖板需要打开时，采用原始的掀起式盖板已不可能，为此设计了平移抽拉式盖板，最好为左右方向平移，这样移动行程较少，开启方便；同时，平抑抽拉式盖板的设计也为上风机3的应用提供了可能，这样盖板打开的时候就不会受上风机3影响。这里盖板由液压控制，以加大自动化程度，开启方便。

本发明高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法在上述冷却装置中得以实现，通过加装上风机3改变现有技术的冷却工艺。

下面以试验对加装上风机后冷却技术效果作进一步分析：

试验高碳钢的化学成分：0.86～0.90％C，0.20～0.30％Si，0.75～0.85％Mn，≤0.015％P，≤0.0050％S，0.18～0.24％Cr，

钢种/数量：试验高碳钢，三块钢坯

测温仪器：手持式红外线测温仪

加热温度：1050℃(保温1小时后出炉)

轧制工艺：h：50mm→30mm→15mm→10mm→8mm

钢板下线温度：815℃左右

风机类型：轴流通风机

转速：960r/min

风量：8600M³/h

介质密度：1.2kg/m³

动力配套：1.1Kw

冷却方式：

1)一台风机——第1块钢板(参见图3A)：

一台下风机2冷却，下风机2吹气口的轴线与被冷却钢板的角度是50度，钢板下轧线温度是815℃，经过6分30秒的风冷，钢板的温度为300℃时停止吹气，冷速1.32℃/s。

2)二台风机同一方向——第2块钢板(参见图3B)：

二台上、下风机3、2冷却，二台上、下风机3、2吹气口的轴线与被冷却钢板的角度都是50度，钢板下轧线温度是815℃，经过5分30秒的风冷，钢板的温度为300℃时停止吹气，冷速1.56℃/s。

3)二台风机逆方向——第3块钢板(参见图3C)：

二台上、下风机3、2冷却，二台上、下风机3、2吹气口的轴线与被冷却钢板的角度都是50度，但成逆方向，钢板下轧线温度是815℃，经过5分40秒的风冷，钢板的温度为300℃时停止吹气，冷速1.51℃/s。

上述三种冷却方式都是从钢板815℃降到300℃时即停止吹气，从各冷却速度可以看出第二种方式冷却最快，第三种次之，第一种最慢；下面对三种钢板冷却后的力学性能进行分析，参见表1：

表1试验高碳钢材料的力学性能

钢板号	Rp0.2(MPa)	Rm(MPa)	Z(％)	备注
					1#-1	645	1090	23
1#-2	655	1100	21

1#平均	650	1095	22
					2#-1	705	1140	18.5
2#-2	680	1110	25
					2#平均	693	1125	21.75	2#Rm(MPa)比1#提高3％
3#-1	665	1110	16.5
					3#-2	660	1100	27
3#平均	663	1105	21.75	3#Rm(MPa)比1#提高1％

表1中，Rp0.2为非比例延伸强度，Rm为抗拉强度，Z为断面收缩率。从表中可以看出，第二、第三种冷却方式得到的钢板材料力学性能(主要参考抗拉强度Rm)得到了提高，最好的为第二种冷却方式，抗拉强度Rm比第一种提高了3％。

通过以上分析可知，采用钢板双面吹气冷却速度快效果好；而双面吹气冷却中，同一方向吹气冷却速度更快，冷却后钢板力学性能更好。因此本发明选择了加装上风机，并优选上、下风机同向吹气。

考虑到经济性以及具体冷却要求，可选择性地开启上风机3及下风机2，以使上、下风机3、2的开启有机结合，实现间歇式冷却。比如在背景技术中所述斯太尔摩线改造成本发明装置，则具体应用时，可这样结合：第1段二台上风机3吹气冷却，二台下风机2不吹气冷却；第2段二台上风机3不吹气冷却，二台下风机2吹气冷却；第3段二台上、下风机3、2同时吹气冷却；以此类推。当然还可有其他方式组合。

经试用证明，斯太尔摩冷却线的上方设置风机可以加大线材的冷却能力，尤其是加大大直径线材(＞Φ12.5mm)的冷却能力，有利于提高高碳钢盘条的索氏体化率；可以减少线材同圈温度差，防止或抑制高碳钢、轴承钢盘条搭接点网状渗碳体的析出，解决线材搭接点组织、力学性能不均的问题；对轴承钢盘条而言，可以比原工艺网状碳化物级别降低0.5～1级，改善轴承钢的珠光体形貌；上、下风机同时吹气冷却，可提高盘条组织的均匀性，细化珠光体晶粒，提高盘条的抗拉强度。

Claims (5)

1.一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法，在斯太尔摩线运输辊道下方沿运输辊道方向依次设置若干台下风机对线材进行吹气冷却，其特征在于：在斯太尔摩线运输辊道上方沿运输辊道方向再依次设置若干台上风机对线材进行吹气冷却，所述上风机吹气方向设置为与下风机吹气方向同向，并且上、下风机出风口相对于运输辊道对称，上、下风机的风向与运输辊道的夹角相等，夹角范围为25°～50°，对应的上、下风机的风吹在运输辊道同一位置。

2.根据权利要求1所述的高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法，其特征在于：所述上风机架设在可被吊运的钢结构框架上。

3.一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却装置，在斯太尔摩线运输辊道下方沿运输辊道方向依次设置有若干台下风机，其特征在于：在斯太尔摩线运输辊道上方沿运输辊道方向还依次设置有若干台上风机，所述上风机吹气方向设置为与下风机吹气方向同向，并且上、下风机出风口相对于运输辊道对称，上、下风机的风向与运输辊道的夹角相等，夹角范围为25°～50°，对应的上、下风机的风吹在运输辊道同一位置。

4.根据权利要求3所述的高速线材轧机斯太尔摩线冷却装置，其特征在于：所述上风机架设在可被吊运的钢结构框架上，钢结构框架包括有支撑架，支撑架分布在斯太尔摩线运输辊道两侧，且与地面垂直，支撑架通过开启式锁扣固定在斯太尔摩线运输辊道两侧的平台上。

5.根据权利要求3或4所述的高速线材轧机斯太尔摩线冷却装置，其特征在于：所述上风机数量与下风机数量一致。

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