CN102581043A - 用于带钢热轧过程的水雾冷却系统及水雾冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于带钢热轧过程的水雾冷却系统及水雾冷却方法。所述水雾冷却系统包括水雾冷却装置、供水系统及供气系统，水雾冷却装置包括水管、气管及多个水气混合腔，每个水气混合腔上均设有进水口和进气口，进水口与水管连通，进气口与气管连通，每个水气混合腔的一端均安装有水雾喷嘴，水雾喷嘴的喷口朝向热轧过程中的带钢，供水系统通过水管向水气混合腔输送冷却用水，供气系统通过气管向水气混合腔输送压缩空气。本发明的水雾冷却系统及水雾冷却方法能对带钢的下表面进行均匀冷却，保证带钢的表面质量，减少氧化铁皮缺陷，并能实时控制水雾的压力，保证了产品的表面质量，同时又节约了水资源。

Description

用于带钢热轧过程的水雾冷却系统及水雾冷却方法

技术领域

本发明涉及一种水雾冷却系统，具体涉及一种用于带钢热轧过程的水雾冷却系统及水雾冷却方法。

背景技术

轧机是热连轧生产线的重要设备，机架内的轧辊能使来料的中间坯经旋转轧辊的压缩变形达到所需厚度。热轧机的轧辊是在近1000℃的高温下工作，为了保证轧辊的安全使用和和热轧的质量，需要使用冷却水对轧件进行冷却，并且保证轧件上、下表面的温差在一定范围之内。

目前采用冷却系统是在精轧机的F1～F2机架的下表面喷洒冷却水的方式对带钢的下表面进行冷却。现有技术存在以下几个主要问题：

1、带钢温降

热轧工艺除了对带钢表面质量的严格要求以外，对每一轧制阶段的温度也有很高的要求。带钢下表面在F1～F2机架之间被冷却水吹扫之后，会对轧制温度和终轧温度造成一定的影响。有些带钢对终轧温度要求较为苛刻，应尽可能避免在此类带钢生产时在其下表面使用吹扫水的办法降温。

2、带钢上、下表面的温差过大

目前来料轧件的下表面的温度高于上表面的温度，带钢下表面温度高，会导致轧辊的温度过高而引起氧化铁皮量过大，影响为轧件的表面质量。此外上、下表面温差过大可能会对轧制稳定性造成影响，甚至引起轧破、跑偏和板形差等问题。

3、资源消耗问题

现有的冷却系统在F1～F2机架之间的带钢下设置水喷嘴，采用的是常喷模式，系统工作状态是常开方式，不管轧线上有没有带钢，一旦系统打开，就是长流水状态，常喷模式会造成水资源的浪费。

4、水系统的压力不稳定

现有的冷却系统中的水压力不能进行调节，系统内的水压力就是工作压力，工作压力会随着外界供水系统的压力变化而变化，在压力波动的状态下，可能造成引起轧破、跑偏和板形差等问题，对轧制稳定性造成影响。

5、冷却不均匀

由于冷却水工作时对带钢的下表面的吹扫点过于集中，带钢下表面的冷却不均匀，进一步影响到轧辊的表面温度不均匀，影响到板形的质量和表面质量。此外，在轧制所有品种的带钢都使用同一种吹扫模式，且工作压力恒定不变，用于一些难轧品种(如：汽车板等)容易产生氧化铁皮，而用于对表面要求较低的带钢时，造成不必要的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能实时控制，压力可调的水雾冷却系统，既能对带钢的下表面进行均匀降温，解决带钢上、下表面的温差过大和温降问题，又能节省水资源。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于带钢热轧过程的水雾冷却系统，其特征在于，包括水雾冷却装置、供水系统及供气系统，所述水雾冷却装置设置在带钢热轧设备的机架间的活套下，所述水雾冷却装置包括水管、气管及多个水气混合腔，每个所述水气混合腔上均设有进水口和进气口，所述进水口与所述水管连通，所述进气口与所述气管连通，每个水气混合腔的一端均安装有水雾喷嘴，所述水雾喷嘴的喷口朝向热轧过程中的带钢，所述供水系统通过所述水管向所述水气混合腔输送冷却用水，所述供气系统通过所述气管向所述水气混合腔输送压缩空气。

作为优选，所述进水口位于所述进气口与所述水雾喷嘴之间。

作为优选，所述水雾喷嘴的一端为喷口端，所述水雾喷嘴的另一端为水气进入端，所述喷口端与所述水气进入端通过连接器连接，所述水雾喷嘴通过所述连接器安装在所述水气混合腔上；所述喷口端包括喷口和支架，所述支架安装在所述连接器上，所述喷口安装在所述支架上，所述喷口上还设有用于控制水雾方向的斜槽；所述水气进入端位于所述水气混合腔内，所述水气进入端内安装有用于稳定水流的导向叶片。

作为优选，所述水气进入端的侧面还设有多个过滤口。

所述水管的进水端设有水管过滤网。

所述气管的进气端设有气管过滤网。

本发明还提供了带钢热轧过程的水雾冷却方法，其特征在于，使用如上所述的任一种水雾冷却系统对热轧过程中的带钢进行水雾冷却。

作为优选，所述水雾冷却系统还包括控制PLC(Programmable LogicController，可编程序逻辑控制器)、设置在轧机F1机架上用于检测F1机架是否咬钢的第一压力传感器、设置在轧机F2机架上用于检测F2机架是否抛钢的第二压力传感器、设置在所述水管上的第一电磁阀和设置在所述气管上的第二电磁阀；所述水雾冷却方法还包括：当所述第一压力传感器检测到F1机架咬钢时，所述控制PLC控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀得电接通所述水管和所述气管；当所述第二压力传感器检测到F2机架抛钢时，所述控制PLC控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀断开所述水管和所述气管。

进一步地，作为优选，当所述第一压力传感器检测到F1机架咬钢时，所述控制PLC延时一段时间后才接通所述水管和所述气管。

作为优选，所述水雾冷却系统还包括设置在F2机架上用于检测带钢运行速度的速度编码器，所述控制PLC根据所述速度编码器检测到的带钢运行速度确定带钢头部被咬入轧机后接通所述水管和所述气管的延时时间T。

本发明的水雾冷却系统能够保证连续轧制过程中带钢的上、下表面温度趋于一致，利于轧辊形成较好的氧化膜，保证带钢上下表面的表面质量，减少氧化铁皮缺陷的发生。同时在上、下表面温度趋于一致的情况下，能获得较好的带钢板形，保证了板形的凸度、楔形度等质量指标，确保了连续轧制的稳定性和轧制过程中的稳定生产。该水雾冷却装置的开闭及系统压力能够实时控制，节约了水资源，并解决了压力波动的状态下可能造成引起轧破、跑偏和板形差的问题。

附图说明

图1为本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的水雾冷却装置的一个实施例的立体结构示意图；

图2为图1的主视图(部分)；

图3为图2的D-D向的断面示意图；

图4为本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的供水系统与供气系统的一个实施例的示意图；

图5为图1中水雾喷嘴上部的部分立体结构示意图；

图6为图1中水雾喷嘴的结构示意图；

图7为图6的A-A向剖视放大示意图；

图8为图6的B-B向剖视放大示意图；

图9为图6的C-C向剖视放大示意图；

图10为本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的一个实施例的控制结构示意图；

图11为本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的一个实施例的工作过程流程图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的实施方式。

图1为本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的水雾冷却装置的一个实施例的立体结构示意图；图2为图1的主视图(部分)；图3为图2的D-D向的断面示意图。

本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统包括水雾冷却装置10、供水系统50和供气系统60。本实施例中，水雾冷却装置10设置在精轧机的F1、F2机架间的的活套下，使用时水雾喷嘴4的喷口朝向热轧过程中的带钢，用于冷却热轧带钢的中间坯的下表面。

如图1、图2所示，水雾冷却装置10包括水管2和气管1，连通在水管2和气管1一侧的多个水气混合腔5；每个水气混合腔5靠近水管2的一端均安装有一个水雾喷嘴4。

如图3所示，气管1和水管2通过若干螺钉3与水气混合腔5连接，与水管2相通的进水口位于水气混合腔5靠近水雾喷嘴4的一端，与气管1相同的进气口位于进水口的下端，进水口比进气口更靠近水雾喷嘴4，从水管2流入水气混合腔5内的冷却水被从气管1流出的压缩空气冲击，在水气混合腔5混合后从水雾喷嘴4中以水雾的形式喷出。

本发明的水雾冷却装置通过气管和水管的配合，冷却水在水气混合腔混合后从水雾喷嘴中以水雾状喷向带钢的中间坯的下表面，水雾状的冷却水分布均匀，能够对带钢中间坯的下表面进行均匀降温，解决了连续轧制过程中带钢上、下表面温差过大的现象，保证了板形的凸度、楔形度、板形表面质量，同时提高了轧制稳定性，保证了连续轧制作业。由于降低了带钢中间坯的下表面的温度，解决了轧辊表面氧化膜形成不佳而产生氧化铁皮的问题。

图9为本发明的一个实施例的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的供水系统与供气系统的示意图。如图9所示，与水雾喷嘴4相通的水管2由供水系统50供应冷却水，供水系统50包括水箱51，过滤器52，液压泵53，第一换向阀56，第一可调节流阀57和第一单向阀58；冷却水从水箱51依次经过过滤器52，液压泵53，第一换向阀56，第一可调节流阀57和第一单向阀58与水管2相通。在本实施例中，第一换向阀56采用二位二通电磁换向阀，起到开关的作用，第一换向阀56得电，供水系统50开始供水，反之，当第一换向阀56失电时，供水系统50停止供水。第一可调节流阀57可以调节进入水雾喷嘴4内的冷却水流量，可以根据要加工的钢材种类不同，调节冷却水的流量，控制冷却速度。

如图9所示，与水雾喷嘴4相通的气管1由供气系统60供应压缩空气，供气系统60包括气压源61、第二换向阀62，第二可调节流阀63和第二单向阀64；压缩空气从气压源61经第二换向阀62，第二可调节流阀63，第二单向阀64与气管1相通。第二换向阀62也采用二位二通电磁换向阀，起到开关的作用，当第二换向阀62得电时，供气系统开始供应压缩空气，当第二换向阀62失电时，供气系统停止供气。第二可调节流阀63起到调节气流速度的作用，可以根据实际轧制的钢材的种类进行调节。

如图2所示，作为优选，本实施例中水管2的进水端设有水管过滤网7，气管1的进气端设有气管过滤网8。水管过滤网7和气管过滤网8用于过滤气管1和水管2中的杂质，防止水雾喷嘴4被堵塞。

作为优选方案，本实施例中，供水系统50还包括溢流阀54和蓄能器55，溢流阀54与蓄能器55连接在液压泵53和第一换向阀56之间。溢流阀54在水压过大时会自行溢流，起到保护供水系统的作用。蓄能器55是一个存储压力容器，能够缓冲供水系统在开关时的冲击，并且由于其保压作用，可提高通路时的响应速度。

在热连轧生产线的F1、F2机架间的活套下设置本发明的水雾冷却装置后选取一个月的时间对F2机架的上、下轧辊的温差进行统计，结果表明F2机架的上、下轧辊的温差在2.2℃左右(下辊高于上辊)，并且F2机架的轧辊均未发生氧化铁皮封锁的情况。测试表明本发明的水雾冷却系统对带钢的中间坯的下表面冷却效果好，对辊面及带钢表面质量得到改善，轧辊的氧化膜形成较好，有利于获得较好产品表面质量。

图5为图1中水雾喷嘴上部的部分立体结构示意图；图6为图1中水雾喷嘴的结构示意图；图7为图6的A-A向剖视放大示意图；图8为图6的B-B向剖视放大示意图；图9为图6的C-C向剖视放大示意图。

如图5、图6所示，本实施例中，水雾喷嘴4的一端为喷口端，水雾喷嘴4的另一端为水气进入端，喷口端与水气进入端通过连接器46连接，水雾喷嘴4通过连接器46上的外螺纹414安装在水气混合腔5上；连接器46的一端通过螺纹411与支架43连接，连接器46的另一端通过螺纹412与水气进入端连接；喷口端包括喷口42和支架43，喷口42通过螺纹410安装在支架43上，喷口42上还设有用于控制水雾方向的斜槽41；水雾喷嘴4安装在水气混合腔5上之后，水气进入端位于水气混合腔5内；如图8所示，水气进入端内安装有用于稳定水流的导向叶片45。如本实施例所示水雾喷嘴的分段安装方式，便于安装和更换，当某个水雾喷嘴发生堵塞时，只需要把相关部件拆卸下来即可更换维修，节省了维修更换的时间。

如图6、图7所示，本实施例中，作为优选，在水雾喷嘴的水气进入端的外侧还设有多个过滤口44，过滤口44沿水雾喷嘴4的长度方向设置，水气进入端的周围设置有多个过滤口44冷却水和压缩空气混合后通过过滤口44进入水雾喷嘴4内，过滤口44能进一步过滤水或者气体中杂质，防止喷口堵塞。

图10为本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的一个实施例的控制结构示意图；图11为本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的一个实施例的工作过程流程图。如图10所示，本实施例中，水雾冷却装置还包括控制PLC(Programmable Logic Controller，可编程序逻辑控制器)100、设置在F1机架上的第一压力传感器101与速度编码器102及设置在F2机架上的第二压力传感器103；控制PLC100能接收来自第一压力传感器101的带钢轧制压力信号、速度编码器102的带钢运行速度信号及第二压力传感器103的带钢轧制压力信号；控制PLC100可以向供水系统的第一换向阀56和供气系统的第二换向阀62发出开闭的信号。本实施例中，第一换向阀56和第二换向阀62均为二位二通电磁阀，起到开关供水系统和供气系统的作用。

以下结合如图10和图11说明本发明的用于带钢热轧过程的水雾冷却系统的详细工作过程，该水雾冷却系统的一个工作循环分为以下步骤：

201～控制PLC接收咬钢信号：当控制PLC100接收到设置在F1机架上的第一压力传感器101的带钢轧制压力信号变大时，表明F1机架上的轧辊开始咬钢，系统开始计时；

202～控制PLC接收带钢速度信号：控制PLC100根据设置在F1机架上的速度编码器102的信号计算出带钢速度V；

203～控制PLC计算喷射延时时间：延时时间T有多种计算方法，其中一种的计算公式为：T＝S/v+ΔL，其中：

ΔL：可调延时参数，此参数可根据实际情况调整

S：从F1机架到水雾喷嘴的距离

V：带钢速度

当然延时时间T可以设置为零，即从F1机架咬钢开始即开始喷射水雾，设置延时时间T是因为水雾冷却装置安装在F1和F2机架之间，从F1机架到水雾喷嘴之间还有一定的水平距离S，当带钢经过水雾冷却装置的上方时，水雾冷却系统才打开，开始喷射水雾，达到进一步节约用水的目的。

204～喷射水雾：控制PLC100向第一换向阀56和第二换向阀62发出打开的信号：此时供水系统的第一换向阀56得电，水管打开，供水系统向水雾喷嘴供应冷却水；同时供气系统的第二换向阀62也得电，气管打开，供气系统向水雾喷嘴供应压缩空气；

205～控制PLC接收抛钢信号，当设置在F2机架上的第二压力传感器103的带钢轧制压力降低为零时表明带钢尾部通过F2机架；

206～关闭水雾喷射装置：控制PLC得到第二压力传感器103的F2抛钢信号后向第一换向阀56和第二换向阀62发出关闭的信号；水管和气管关闭水雾喷射装置停止喷射。

本实施例通过设置在F1机架上的第一压力传感器101和设置在F2机架上的第二压力传感器103确定轧机的咬钢和抛钢状态，通过设置F1机架上的速度编码器102测定带钢的运行速度，其结构简单，应用在现有的热轧生产线上，具有改造成本低的优点。与现有技术采用常开的喷水方式相比，本发明的水雾喷射系统只在轧机工作时才工作，能够节约水资源，同时也节省能源。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于带钢热轧过程的水雾冷却系统，其特征在于，包括水雾冷却装置、供水系统及供气系统，所述水雾冷却装置设置在带钢热轧设备的机架间的活套下，所述水雾冷却装置包括水管、气管及多个水气混合腔，每个所述水气混合腔上均设有进水口和进气口，所述进水口与所述水管连通，所述进气口与所述气管连通，每个水气混合腔的一端均安装有水雾喷嘴，所述水雾喷嘴的喷口朝向热轧过程中的带钢，所述供水系统通过所述水管向所述水气混合腔输送冷却用水，所述供气系统通过所述气管向所述水气混合腔输送压缩空气。

2.如权利要求1所述用于带钢热轧过程的水雾冷却系统，其特征在于，所述进水口位于所述进气口与所述水雾喷嘴之间。

3.如权利要求1所述用于带钢热轧过程的水雾冷却系统，其特征在于，

所述水雾喷嘴的一端为喷口端，所述水雾喷嘴的另一端为水气进入端，所述喷口端与所述水气进入端通过连接器连接，所述水雾喷嘴通过所述连接器安装在所述水气混合腔上；

所述喷口端包括喷口和支架，所述支架安装在所述连接器上，所述喷口安装在所述支架上，所述喷口上还设有用于控制水雾方向的斜槽；

所述水气进入端位于所述水气混合腔内，所述水气进入端内安装有用于稳定水流的导向叶片。

4.如权利要求3所述用于带钢热轧过程的水雾冷却系统，其特征在于，所述水气进入端的侧面还设有多个过滤口。

5.如权利要求1所述用于带钢热轧过程的水雾冷却系统，其特征在于，所述水管的进水端设有水管过滤网。

6.如权利要求1所述用于带钢热轧过程的水雾冷却系统，其特征在于，所述气管的进气端设有气管过滤网。

7.带钢热轧过程的水雾冷却方法，其特征在于，使用如权利要求1-6任一项所述的水雾冷却系统对热轧过程中的带钢进行水雾冷却。

8.如权利要求7所述的带钢热轧过程的水雾冷却方法，其特征在于，所述水雾冷却系统还包括控制PLC、设置在轧机F1机架上用于检测F1机架是否咬钢的第一压力传感器、设置在轧机F2机架上用于检测F2机架是否抛钢的第二压力传感器、设置在所述水管上的第一电磁阀和设置在所述气管上的第二电磁阀；

所述水雾冷却方法还包括：

当所述第一压力传感器检测到F1机架咬钢时，所述控制PLC控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀接通所述水管和所述气管；

当所述第二压力传感器检测到F2机架抛钢时，所述控制PLC控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀断开所述水管和所述气管。

9.如权利要求8所述的带钢热轧过程的水雾冷却方法，其特征在于，当所述第一压力传感器检测到F1机架咬钢时，所述控制PLC延时一段时间后才接通所述水管和所述气管。

10.如权利要求9所述的带钢热轧过程的水雾冷却方法，其特征在于，所述水雾冷却系统还包括设置在轧机F1机架上用于检测带钢运行速度的速度编码器，

所述控制PLC根据所述速度编码器检测到的带钢运行速度确定所述延时时间。

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