CN102189128B - 一种上喷层流冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上喷层流冷却装置，包括若干个上喷装置小组，每个上喷装置小组包括4～6个上喷装置，每个上喷装置包括：一集管，其上均布有若干喷管，两柱塞孔设于集管的两端上方，以及设于柱塞孔内的两柱塞。此外每一个上喷装置小组还包括：两根扁担梁，分别垂直设于集管两侧；两台液压缸，设于中间两相邻集管之间，液压缸的液压杆与集管平行设置，两台液压缸的耳环分别通过两液压缸连接机构与两扁担梁固定连接；若干对柱塞连接机构，用以实现柱塞与扁担梁的连接，若干对柱塞连接机构中包括若干对自由连接机构。

Description

一种上喷层流冷却装置

技术领域

本发明涉及一种层流冷却装置，尤其涉及一种在热轧冷却流程中单侧宽度可调的上喷层流冷却装置。

背景技术

钢铁企业的热轧连轧机生产线都要使用到层流冷却装置，其主要功能就是将精轧出口的带钢，根据卷取设定的目标温度进行快速冷却，以保证带钢的产品性能。

以宝钢2050热轧厂为例，其层流冷却装置共有76组冷却集管(对应上下为一组)。其中前68组为主冷段，后8组为精冷段。一般分为若干个冷却区，每个冷却区都有各自的主冷段和精冷段的冷却区串接而成，冷却区的主冷段又由若干组强冷集管组和若干组主冷集管组构成。层冷模型在计算所需打开集管阀组时，按照主冷段从前往后，精冷段从后往前规则进行设定。因此，根据终轧温度到卷取温度的设定温降，主冷段的前4组以及精冷段的后4组在每次设定都是需要打开的，因此基本上处于常开状态；每组集管的位置(距精轧最后机架)在基础自动化控制中都有数据，另外基础自动化对于带钢在层流辊道上的位置都需要进行跟踪。其冷却控制如下：

首先，过程机根据设定的终轧温度和卷取温度，通过层冷模型计算，确定主冷段和精冷段冷却集管的打开组数，并下发指令给精轧基础自动化对水阀进行控制。

其次，当带钢出精轧最后机架由精轧后测温仪测出带钢实际的终轧温度后，再对冷却集管的打开组数进行相应的调节。

最后，当层冷后的卷取测温仪测出带钢的实际卷取温度后，根据设定的卷取目标值动态对层流冷却集管打开组数进行调节，以保证带钢的卷取温度在设定范围内。每个阀组的冷却水量可控制带钢温度为5度。

热轧带钢板形一直是用户们特别关注的质量问题，板形质量优劣直接影响产品的使用，尤其是近年来随着钢铁工业的迅猛发展，带钢产品应用领域不断拓展，用户对其板形质量的要求也日益提高。

热轧生产线不断发展，生产品种、规格逐渐扩大，目前的产品结构与以前已经截然不同，以前以普碳钢为主，目前主要生产微合金钢和碳锰钢。现有的层流冷却系统，随着轧线轧制规格的不断拓展和用户对产品质量要求的不断提高，已经不能满足部分钢种生产的需要，尤其是一些含有合金元素的强度钢(如：BS600、BS700、B510L、S45C、SS400等)。这些强度钢在经过层流冷却区域以后，由于现有的层流冷却系统存在着水压不稳、水流分布不均匀等问题造成带钢的冷却不均，从而导致带钢出现一系列板形质量问题，在轧线生产过程中容易发现带钢由于冷却不均造成的C翘，和宽度方向冷却不均造成的板形变化，尤其边部温度降低较大会在后续冷却过程中产生带来双边浪趋势的内应力，给带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性都会带来很大影响。

层流冷却对板形影响的主要是通过相变、应力和导热性。在国内外比较有效的措施就是边部遮挡装置，而且效果比较明显。目前，国内主要是德国SMS-DMG的EDGER MASKING边部遮挡技术的应用，通过油缸控制连杆机构来调整层流冷却上喷冷却水宽度的遮挡板。例如邯钢热轧CSP生产线2003年二线建设工程中引进的SMS公司边部遮挡技术的应用，邯宝热轧2250mm产线也得到成功应用。

日本三菱重工业株式会社2002年12月17日公开的专利《带材冷却装置》专利号JP2002361316A，其方案是在层流冷却时将带钢边部的冷却水通过储水槽收集来提高带钢边部的温度，储水槽收集的冷却水则通过专用排水管排出。显而易见，这种技术存在一个的缺点：在生产较窄带钢时，大量冷却水白白浪费。

日本川崎水岛厂早在20世纪80年代就开展了关于层流边部遮挡对改善板形的研究，川崎制铁有限公司在中国申请专利《金属带材的冷却方法和装置》(申请公开日1987.12.16，专利公开号CN87100594)，其层流冷却装置采用由一对限定狭缝的平板部件组成的层流喷管，冷却水流过此狭缝形成一冷却水屏栅，为调节该喷管内的通道区域，该层流喷管的平板部件至少有一个在垂直于冷却水流动的方向上可以变形，至少有一个平板较好地响应冷却水压力，引起通道区域变化，从而调节冷却水通道区域。此方法采用对层流冷却集管边部遮挡的方法，对带钢边部温度降低较大问题提供了一个解决办法，但该方法也存在不足之处，显而易见，这种现有技术的缺点是：在生产较窄带钢时，大量冷却水白白浪费，不利于生产资源的节约。

另外，现有技术提高带钢边部温度的方法，其原理都是采用对层流冷却集管边部进行一定宽度的遮挡，对带钢边部温度降低较大问题提供了一个解决办法，但该方法也存在共同的不足之处：

1.浪费资源：在生产较窄带钢时，被遮挡的大量冷却水白白浪费，不利于生产资源的节约，消耗电费、增加水处理成本。

2.影响环境：层流冷却遮挡板向两侧分流的冷却水，对电机和层流辊道轴承座带来不利影响，虽然采取了导流板，但仍然在一定程度上劣化了该处的环境。

3.故障率高：带钢跑偏时，两侧边部遮挡不能够同步调整，当带钢跑偏较大时，一侧的边部遮挡就无法发挥遮挡作用，导致带钢跑偏时不能正常使用。

4.机构卡死：层流冷却环境恶劣，经常发生连杆机构卡死故障。

5.精度不高：该连杆机构的遮挡板易变形，往往造成两侧遮挡精度不符合要求。

6.堆钢易损：层流冷却段发生堆钢故障时，连杆机构及遮挡板易造成变形或损坏。

7.无下喷遮挡：该连杆机构无法应用于下喷层流冷却，无下喷层流遮挡装置，带钢上下表面冷却不均匀，也会导致一定的带钢边部浪形。

所以，发明人发明了一种柱塞式上喷层流冷却装置，其能够根据带钢不同宽度的冷却工艺要求，对应建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，实现层流冷却区域在宽度上的相应变化，从而调节冷却水在通道宽度方向上的区域，保证带钢质量。然而经过一段时间的实际生产，发明人发现该装置在生产使用过程中故障率较高，需要消耗过高的生产维护成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种上喷层流冷却装置，该装置能够在不影响柱塞驱动稳定性的前提下，简化现有上喷层流冷却装置的结构，大大减少设备制造量和设备配置成本，并能够根据带钢不同宽度的冷却工艺要求，对应建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，实现层流冷却区域在宽度上的相应变化，从而调节冷却水在通道宽度方向上的区域，克服现有技术中层流冷却系统对带钢宽度方向存在着冷却分布不均匀的现象，减少带钢边部的温降，确保带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性。

本发明的发明构思是基于使用液压缸作为新的驱动元件代替原有的电机驱动，因为电机驱动成本过高，且需要很大的设备配置空间，而液压缸驱动可以实现驱动和传动装置的一体化。但是现有技术一直没有实现采用液压缸作为驱动元件的技术方案，是因为液压驱动很难保证各柱塞之间的平行度，而不能保证柱塞直线往复运动的平行度，就会导致柱塞卡死，因此如何解决平行度问题，是本发明要解决的问题，也因此发明人发明了特有的柱塞连接机构来保证柱塞在直线运功过程中能够通过自由连接机构自行调节平行度，防止卡死现象的发生。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种上喷层流冷却装置，包括若干个上喷装置小组，每个上喷装置小组包括4～6个上喷装置，每个上喷装置包括：一集管，沿垂直带钢运行方向设置；若干喷管，均布于各集管上；两尾端封闭的柱塞孔，分别设于所述集管两端上方，所述柱塞孔通过若干通孔与各喷管导通，所述柱塞孔还与集管导通；两柱塞，分别对应设于两柱塞孔内，活动阻断所述通孔；所述若干集管依次平行设置；此外，所述每一个上喷装置小组还包括：

两扁担梁，分别垂直设于所述集管两侧；

两液压缸，设于中间两相邻集管之间，所述液压缸的液压杆与所述集管平行设置，所述两液压缸的耳环分别通过两液压缸连接机构与所述两扁担梁固定连接；

若干对柱塞连接机构，用以实现柱塞与所述扁担梁的连接，所述若干对柱塞连接机构包括中包括若干对自由连接机构。

优选地，所述横梁分为两段，分别设置在所述集管上方的两端，所述柱塞孔为两个内端封闭的孔，分别设在两段横梁上。

优选地，所述自由连接机构包括：

一连接端头，包括一球头以及一与球头固定连接的轴颈，所述轴颈与柱塞外端固定连接；

一连接块组合，包括第一连接块以及与其固定连接的第二连接块，所述第一连接块上开有一矩形槽，所述第二连接块上开有一半球形槽和一轴颈通孔，所述轴颈通孔与所述半球形槽连接，所述矩形槽与半球形槽的开口端连接，所述球头一半设于半球形槽内，另一半设于矩形槽内，所述矩形槽槽底与所述球头之间设有间隙，所述轴颈设于轴颈孔内，所述第一连接块的封闭端面与扁担梁固定连接。该自由连接机构通过球头与矩形槽的间隙配合，能够自动调整柱塞直线运动的平行度。

优选地，所述柱塞连接机构还包括若干对固定连接机构，每一固定连接机构均包括：

一对设于柱塞外端部的径向凹槽，所述径向凹槽分设于所述扁担梁左、右两侧壁的外侧；

一对挡板，其下端分别设于所述径向凹槽中，其上端分别与所述扁担梁的左、右侧壁固定连接。

优选地，所述设于中间两相邻集管上的柱塞通过自由连接机构与所述扁担梁连接，其余柱塞通过固定连接机构与所述扁担梁连接。

优选地，所述相邻两集管之间设有一对导向装置，所述一对导向装置分别与两扁担梁连接，所述导向装置包括：

一导向槽，与所述集管平行架设；

一导向杆，设于所述导向槽内，沿所述导向槽滑动，所述导向杆的外端与扁担梁固定连接。

优选地，所述导向槽为交叉导轨。

优选地，所述液压缸连接机构包括一对开有销孔的支撑板，分设于所述液压缸耳环的上方和下方，所述耳环的对应位置开有一对应销孔，所述支撑板的外端与所述扁担梁固定连接，内端通过一插入销孔内的销轴与所述耳环固定连接。

本发明由于采用了以上技术方案，使该装置能够采用液压缸作为驱动元件，从而大大减小了设备配置成本，同时还能保证柱塞直线运动时运行平稳，不发生卡死现象。

附图说明

图1为本发明一种上喷层流冷却装置中一个上喷装置小组的结构示意图。

图2为图1的A向视图。

图3为本发明一种上喷层流冷却装置中连接块组合的结构示意图。

图4为本发明一种上喷层流冷却装置中连接端头的结构示意图。

图5为本发明一种上喷层流冷却装置中固定连接机构的结构示意图。

图6为本发明一种上喷层流冷却装置中液压缸连接机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-6具体介绍本发明的一种较佳实施例。

如图1和图2所示，本实施例中的上喷层流冷却装置，包括若干个上喷装置小组，每一个上喷装置小组中包括4个上喷装置，每一个上喷装置均包括：沿垂直带钢运行方向固定设置的集管1，集管1上均布有若干鹅颈喷管5，横梁2分成两段设置在集管1的两端上方，横梁2沿垂直方向设置若干通孔，用于导通集管1和各喷管5，横梁2沿水平方向设置有柱塞孔，柱塞孔与通孔相导通，柱塞孔的直径大于等于通孔的直径，柱塞3设置在柱塞孔内，其直径与柱塞孔相匹配，所述四根集管1依次平行设置，除上述部件外，每一个上喷装置小组还包括：两根扁担梁4，分别垂直设于集管1的两侧；两个液压缸6通过液压缸支座61架设于第二根和第三根集管之间，液压缸6的液压杆与集管平行设置，两个液压缸6的耳环分别通过两套液压缸连接机构10与两根扁担梁4固定连接；

四对柱塞连接机构，包括两对自由连接机构7和两对固定连接机构8，用以实现柱塞3与扁担梁4的连接。其中设于中间的第二和第三根集管上的柱塞通过自由连接机构7与扁担梁4连接，设于外侧的第一和第四根集管上的柱塞通过固定连接机构8与扁担梁4连接。此外，第一和第二根集管之间，以及第三和第四根集管之间还通过交叉导轨支架92架设有与集管平行的交叉导轨9，连杆91沿交叉导轨9滑动，对整个装置起支撑导向作用。

该装置中的自由连接结构包括如图3的连接块组合和如图4所示的连接端头。其中连接端头包括球头74和与其固定连接的轴颈75，轴颈75尾端设有螺纹孔，通过螺钉76与柱塞外端部连接。球头74设于连接块组合的凹槽中。连接块组合包括开有矩形凹槽711的第一连接块71，开有半球形槽722的第二连接块72，两槽开口端相对通过螺钉73固定连接，第二连接块上还开有轴颈通孔721，用于设置与其匹配的轴颈75，球头74一半设于半球形槽722内，另一半设于矩形凹槽711内，球头74与矩形凹槽711槽底设有间隙712，用以调整柱塞在直线运动过程中的平行度。

如图5所示，固定连接机构包括一对设于柱塞3外端部的径向凹槽82，径向凹槽82分设于扁担梁4的左、右两侧壁的外侧，扁担梁4采用H型钢，通过H型钢的左右两侧焊接钢板41，使得扁担梁4具有左右侧壁。一对挡板81下端分别设于径向凹槽82中，上端分别通过螺钉实现挡板81与扁担梁4左、右侧壁的固定连接。

如图6所示，液压缸连接机构包括一对开有销孔的支撑板101，支撑板101分设于液压缸耳环62的上方和下方，耳环62的对应位置也开有销孔，销轴102插入销孔内，销轴102的尾端开有轴向凹槽，销轴轴端挡板104一端插入凹槽内，另一端通过螺钉103固定在支撑板101上，从而实现了支撑板101与耳环62的固定连接，两块支撑板101的外端通过焊接与扁担梁4固定连接。

本发明所述的上喷层流冷却装置在使用过程中，由液压缸作为动力输出源，液压杆作为传动元件连接柱塞，从而实现对柱塞的驱动，一台液压缸可以实现同时驱动集管同侧的四根柱塞，大大减小了层流冷却装置中驱动元件和传动元件的设置，降低了设备配置成本，降低了故障发生率。同时自由连接机构的设置使得柱塞在直线往复运动中能够自动调整平行度，从而解决了液压缸作为驱动装置易发生柱塞卡死的难题，具有非常好的实施效果。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种上喷层流冷却装置，包括若干个上喷装置小组，每个上喷装置小组包括4～6个上喷装置，每个上喷装置包括：一集管，沿垂直带钢运行方向设置；若干喷管，均布于各集管上；两尾端封闭的柱塞孔，分别设于所述集管两端上方，所述柱塞孔通过若干通孔与各喷管导通，所述柱塞孔还与集管导通；两柱塞，分别对应设于两柱塞孔内，活动阻断所述通孔；所述若干集管依次平行设置；其特征在于，所述每一个上喷装置小组还包括：两扁担梁，分别垂直设于所述集管两侧； 

两液压缸，设于中间两相邻集管之间，所述液压缸的液压杆与所述集管平行设置，所述两液压缸的耳环分别通过两液压缸连接机构与所述两扁担梁固定连接； 

若干对柱塞连接机构，用以实现柱塞与所述扁担梁的连接，所述若干对柱塞连接机构包括若干对自由连接机构，其中所述自由连接机构包括： 

一连接端头，包括一球头以及一轴颈，所述轴颈一端与球头固定连接，另一端与柱塞外端固定连接； 

一连接块组合，包括第一连接块以及与其固定连接的第二连接块，所述第一连接块上开有一矩形槽，所述第二连接块上开有一半球形槽和一轴颈通孔，所述轴颈通孔与半球形槽连接，所述矩形槽与半球形槽的开口端连接，所述球头一半设于半球形槽内，另一半设于矩形槽内，所述矩形槽槽底与球头之间设有间隙，所述轴颈设于轴颈孔内，所述第一连接块的封闭端面与扁担梁固定连接。 

2.如权利要求1所述的上喷层流冷却装置，其特征在于，所述柱塞连接机构还包括若干对固定连接机构，所述每一固定连接机构均包括： 

一对设于柱塞外端部的径向凹槽，所述径向凹槽分设于所述扁担梁左、右两侧壁的外侧； 

一对挡板，其下端分别设于所述径向凹槽中，其上端分别与所述扁担梁的左、右侧壁固定连接。 

3.如权利要求2所述的上喷层流冷却装置，其特征在于，所述设于中间两相 邻集管上的柱塞通过自由连接机构与所述扁担梁连接，其余柱塞通过固定连接机构与所述扁担梁连接。 

4.如权利要求3所述的上喷层流冷却装置，其特征在于，所述相邻两集管之间设有一对导向装置，所述一对导向装置分别与两扁担梁连接，所述导向装置包括： 

一导向槽，与所述集管平行架设； 

一导向杆，设于所述导向槽内，沿所述导向槽滑动，所述导向杆的外端与扁担梁固定连接。 

5.如权利要求4所述的上喷层流冷却装置，其特征在于，所述导向槽为交叉导轨。 

6.如权利要求1-5中任意一项所述的上喷层流冷却装置，其特征在于，所述液压缸连接机构包括一对开有销孔的支撑板，分设于所述液压缸耳环的上方和下方，所述耳环的对应位置开有一对应销孔，所述支撑板的外端与所述扁担梁固定连接，内端通过一插入销孔内的销轴与所述耳环固定连接。 

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