CN102189130A - 一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，包括若干组上喷装置，每一组上喷装置包括：一集管；若干喷管；一横梁，分别设置在所述集管上的两端，所述横梁沿水平方向设置一柱塞孔，两柱塞分别设置于所述柱塞孔的两端；两套驱动装置，分别设于所述集管的两端，且分别与两柱塞连接；两套平衡装置，分别设于两套驱动装置的上方，其中每一套平衡装置均通过一同步板与一套驱动装置和一柱塞对应固定连接。该装置较之现有技术，在调节层流冷却宽度时能够自动确保驱动装置的受力平衡，从而提高工作稳定性，避免驱动装置单侧受力造成偏转力矩，影响柱塞驱动的稳定性。

Description

一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置

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。

为此，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，专利申请号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：

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自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，该装置在调节层流冷却宽度时能够自动确保驱动装置的受力平衡，从而提高工作稳定性，避免驱动装置单侧受力造成偏转力矩，影响柱塞驱动的稳定性，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。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，该装置包括若干组上喷装置，每一组上喷装置包括：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；一横梁，设置于所述集管上，所述横梁沿垂直方向设置有若干通孔，分别导通所述集管和各喷管，所述横梁沿水平方向设有一柱塞孔，所述柱塞孔与所述通孔相导通；两柱塞，分别设置于所述柱塞孔的两端，活动阻断所述通孔；两套驱动装置，分别设于所述集管两端的上方，且分别与两柱塞连接；以及：两套平衡装置，分别设于所述两套驱动装置的上方，所述每一套平衡装置均通过一同步板与所述一套驱动装置和一个柱塞对应固定连接。

优选地，所述驱动装置包括：

一驱动装置箱体，固定设于所述集管上；

一丝杆，贯穿所述驱动装置箱体，并与所述柱塞平行设置，所述丝杆外端部与所述同步板固定连接；

一对啮合连接的蜗轮蜗杆，设于所述驱动装置箱体内，所述蜗轮中心孔内设有一带内螺纹的丝杆套，所述丝杆与丝杆套啮合连接；

一电机，与所述蜗杆连接，向蜗杆传输转矩。

优选地，所述平衡装置包括：

一平衡箱体，固定设于所述驱动装置箱体上，所述平衡箱体侧壁上开有一通孔；

一对T型平衡套，对称设于所述通孔的两端，所述T型平衡套的T型头部设于平衡箱体外，并与平衡箱体固定连接，所述T型平衡套的T型尾部通过通孔设于平衡箱体内；

一平衡杆，套于所述T型平衡套内，贯穿所述平衡箱体，并与所述柱塞平行设置，所述平衡杆的外径与T型平衡套的内孔直径相匹配，所述平衡杆的外端部与所述同步板固定连接。。

优选地，为了保证整个层流冷却装置在水平方向上的平衡，所述每一组上喷装置还包括两套导向装置，分别固定设于所述集管两端的横梁上，所述每一套导向装置均包括：

一箱体，包括固定连接的上箱体和下箱体，所述下箱体与所述横梁固定连接；

一对阶梯轴，分别通过轴承对称设置于所述上箱体和下箱体内；

一对导向轮，分别套于所述一对阶梯轴上，所述导向轮外圆周面上设有外螺纹，与所述丝杆啮合。

优选地，所述柱塞包括一柱塞头和一与其连接的柱塞杆，所述柱塞头与所述同步板固定连接，所述柱塞杆包括一销芯以及一套于销芯外的销套，所述柱塞杆尾部通过一密封以及一压板实现密封。销芯能够保证柱塞的刚性，销套能够保证柱塞的耐磨性。

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，所述两段横梁之间的各喷管与所述集管导通。

优选地，所述每一组上喷装置还包括一进水管，与所述集管的一端导通。

优选地，所述每一组上喷装置还包括一进水管，与所述集管顶部的中央导通。

优选地，所述导向轮上还设有润滑孔。

本发明由于采用了以上技术方案，使该装置在调节层流冷却宽度时能够自动确保丝杆受力平衡，避免丝杆单侧受力造成偏转力矩，进而影响柱塞驱动的稳定性，从而提高了整个驱动装置的工作稳定性。此外该装置还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，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。

附图说明

图1为本发明一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置的结构示意图。

图2为图1所示的装置右侧结构的放大图。

图3为图1中A-A处的剖视图。

图4为本发明一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置中柱塞的结构示意图。

图5为本发明一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置中驱动装置和平衡装置的结构示意图。

图6为图5的右视图。

图7为本发明一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置中导向装置的结构示意图。

图8为图7的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-8具体介绍本发明的一种较佳实施例。

如图1和图2所示，本实施例中的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，包括若干组上喷装置，每一组上喷装置均包括：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3，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3，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5设置在柱塞孔内，其直径与柱塞孔相匹配，驱动装置6分别通过支座对称设于集管1左右两端的上方，平衡装置7固定设于驱动装置上方。驱动装置6中的丝杆61、平衡装置7中的平衡杆71均与柱塞5平行设置，丝杆61、平衡杆71和柱塞5的外端部均与同步板4固定连接。此外该装置还包括对丝杆61进行导向的导向装置8。该上喷层流冷却装置的进水管9设于集管1的一端，与集管1导通，该装置通过柱塞5沿水平方向的移动而阻断相应通孔，以实现冷却水宽度的调节。

如图3所示，同步板4的中心开有孔，丝杆61的外端部插入孔中，并通过键44进行固定。同步板4的上端和下端分别开有槽41和46，平衡杆71和柱塞5的外端部分别设于所述槽内，并通过柱销42、45以及开口销43、47固定。

如图4所示，柱塞5包括柱塞头51和与其固定连接的柱塞杆，其中柱塞杆包括销芯52和套于其外的销套53，这样设计是为了既保证柱塞5的刚性需要，又保证其耐磨性。为了提高柱塞5的密封作用，还使用压板55将密封54固定于柱塞杆的尾端，并用螺钉56拧紧。

如图5和图6所示，该层流冷却装置中的驱动装置包括丝杆61。蜗轮62和蜗杆63，上述元件均设于驱动装置箱体内，该箱体通过支座固定设于集管上。电机与蜗杆63连接，输出转矩，蜗杆63与蜗轮62连接，向蜗轮62传递转矩，蜗轮62的中心孔内设有一带有内螺纹的丝杆套，丝杆套与丝杆61螺纹连接，将转矩转化为丝杆61的直线运动。为了防止丝杆61单侧受力，影响柱塞的工作稳定性，该层流冷却装置还设置了平衡装置。平衡装置的平衡箱体72上开有通孔用于对称安装T型平衡套73，T型平衡套73通过螺钉固定在箱体72上，该对称安装的T型平衡套73内套有平衡杆71，且其内孔直径与平衡杆71的外径匹配，以确保平衡杆71与柱塞相对于丝杆能够受力平衡。

此外，为了保证该上喷层流冷却装置在水平方向的平衡性，该装置还设置了如图7和图8所示的导向装置。该导向装置包括固定连接的上箱体81和下箱体82，其中下箱体82的下端设有一对对称设置的侧板821，侧板上开有孔822，螺钉穿过孔822，将整个箱体固定于横梁上。上箱体81和下箱体82内分别对称设有阶梯轴811，阶梯轴811通过轴承812定位，导向轮813套于阶梯轴811上，导向轮813的外圆周表面上设有外螺纹，以此实现两个导向轮813与丝杆61的啮合。

本发明所述的装置在使用过程中，由电机提供转矩输出，进而将转矩传递给与其连接的蜗轮蜗杆，蜗轮再将转动传递给与其连接的丝杆，从而实现转动到平行移动的转换，丝杆带同与其连接的同步板平移，从而将直线运动同步传递给柱塞，从而实现冷却水宽度的调节。整个装置在工作的过程中，由于平衡杆也随着柱塞同步移动，故可防止整个装置的偏载，起到了平衡作用。此外，导向装置的设置除了可对丝杆起导向作用，还可保证整个层流冷却装置在水平方向的平衡。

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 (9)

1.一种自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，包括若干组上喷装置，每一组上喷装置包括：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；一横梁，设置于所述集管上，所述横梁沿垂直方向设置有若干通孔，分别导通所述集管和各喷管，所述横梁沿水平方向设有一柱塞孔，所述柱塞孔与所述通孔相导通；两柱塞，分别设于所述柱塞孔的两端，活动阻断所述通孔；两套驱动装置，分别设于所述集管两端的上方，且分别与两柱塞连接；其特征在于，所述每一组上喷装置还包括：

两套平衡装置，分别设于所述两套驱动装置的上方，所述每一套平衡装置均通过一同步板与一套驱动装置和一柱塞对应固定连接。

2.如权利要求1所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述驱动装置包括：

一驱动装置箱体，固定设于所述集管上；

一丝杆，贯穿所述驱动装置箱体，并与所述柱塞平行设置，所述丝杆外端部与所述同步板固定连接；

一对啮合连接的蜗轮蜗杆，设于所述驱动装置箱体内，所述蜗轮中心孔内设有一带内螺纹的丝杆套，所述丝杆与丝杆套螺纹连接；

一电机，与所述蜗杆连接，向蜗杆传输转矩。

3.如权利要求2所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述平衡装置包括：

一平衡箱体，固定设于所述驱动装置箱体上，所述平衡箱体侧壁上开有一通孔；

一对T型平衡套，对称设于所述通孔的两端，所述T型平衡套的T型头部设于平衡箱体外，并与平衡箱体固定连接，所述T型平衡套的T型尾部通过通孔设于平衡箱体内；

一平衡杆，套于所述T型平衡套内，贯穿所述平衡箱体，并与所述柱塞平行设置，所述平衡杆的外径与T型平衡套的内孔直径相匹配，所述平衡杆的外端部与所述同步板固定连接。

4.如权利要求3所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述每一组上喷装置包括两套导向装置，分别固定设于所述集管两端的横梁上，所述每一套导向装置均包括：

一箱体，包括固定连接的上箱体和下箱体，所述下箱体与所述横梁固定连接；

一对阶梯轴，分别通过轴承对称设置于所述上箱体和下箱体内；

一对导向轮，分别套于所述一对阶梯轴上，所述导向轮外圆周面上设有外螺纹，实现与所述丝杆的啮合。

5.如权利要求4所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述柱塞包括一柱塞头和一与其连接的柱塞杆，所述柱塞头与所述同步板固定连接，所述柱塞杆包括一销芯以及一套于销芯外的销套，所述柱塞杆尾部通过一密封以及一压板实现密封。

6.如权利要求5所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述横梁分为两段分别设置在所述集管上方的两端，所述两段横梁之间的各喷管与所述集管导通。

7.如权利要求6所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述每一组上喷装置包括：一进水管，与所述集管的一端导通。

8.如权利要求6所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述每一组上喷装置包括：一进水管，与所述集管顶部的中央导通。

9.如权利要求7或8所述的自平衡柱塞式上喷层流冷却装置，其特征在于，所述导向轮上设有一润滑孔。

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