CN103406372B - 一种高速线材风雾混合控制冷却方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种高速线材风雾混合控制冷却方法及装置，属于轧钢线材控制冷却方法及设备技术领域，用于对高速线材进行控制冷却。其技术方案是：在吐丝机出口处以及1#~2#风机辊道的上、下方分别安装喷头，喷头与上水管道和上气管道相连接，喷头将压缩空气和水混合成雾滴后喷出，冷却线材的上、下表面，通过分别控制压缩空气与水的流量和流量比控制喷头喷出的雾量及雾滴尺寸，实现对线材冷却速度的控制，在喷雾冷却之后再采用风机进行吹风冷却控制线材的相变过程。本发明提高了线材产品的质量和产量，降低了生产成本，提高了生产效率，是一种新的高速线材冷却方法和装置，可以大幅度提升高速线材的质量，具有显著的经济效益，有极大的市场推广应用价值。

Description

一种高速线材风雾混合控制冷却方法及装置

技术领域

本发明涉及一种对高速线材进行控制冷却的方法及装置，属于轧钢线材控制冷却方法及设备技术领域。

背景技术

目前，高速线材轧制吐丝成圈后普遍采用斯太尔摩风冷线进行冷却，这种工艺方法在控制高速线材组织性能方面取得了显著效果，是一种较为完善的高速线材风冷工艺。斯太尔摩风冷线全长一般为60~100m，设有7~12台大功率风机，布置在风冷辊道下方，以吹风冷却、自然空冷和保温缓冷等形式控制线材的相变过程。斯太尔摩运输线有三种控制冷却方式：标准型、延迟型和缓慢型。标准型斯太尔摩冷却的运输速度为0.25~1.3m/s，冷却速度为4~10℃/s，适用于高碳钢线材。缓慢型冷却运输速度为0.05~1.3m/s，冷却速度为0.25~10℃/s，适用于低碳钢及低合金钢线材。延迟型冷却的运输速度为0.05~1.3m/s，冷却速度为1~10℃/s，可以用于各种线材的生产。斯太尔摩冷却工艺的主要优点是：线材的冷却速度可以进行人为控制，比较容易地保证线材的质量；与其他各种控制冷却工艺相比，斯太尔摩工艺较为稳妥、可靠，三种类型的控制冷却方法适用的钢种范围很大，基本能满足当前现代化高线生产的需要。近年来，为满足高质量线材生产的需要，人们又从以下几个方面对斯太尔摩风冷线进行了改进：增加风冷辊道长度，延长冷却时间；采用大风量的风机并增加风机数量，提高冷却速度，从650℃~800℃范围内，最大风冷速度已提高到17℃/s，以此提高线材的强度；各段输送辊道均为爬坡式，每段辊道的头尾交界处设置相对落差200~250mm，以分开线圈之间的距离；在输送辊道上设有振动辊，用来改变输送辊道上线圈的重叠位置，以改善搭接点温度均衡；采用电动“佳灵”装置，强化线圈两侧搭接点处的风冷，降低线材同圈性能差。尽管采用以上诸多改进措施，但仍然难以满足某些高品质线材生产的需要，其主要原因是风冷的冷却速度相对较低的缘故。

近年来出现的ED法及EDC法，也称散卷热水浴法，是将吐丝后的线圈连续散卷浸入热水槽中进行冷却，经过一段时间的热水浴后，再进入风冷运输辊道进行风冷，以此进行相变控制。这种控冷方法与斯太尔摩风冷相比，冷却强度增加，冷却范围扩大，冷却更均匀，特别适用于高、低碳钢和某些低合金钢。但该方法的缺点是线材经过热水浴后可能产生红锈，冷却设备相对比较复杂，设备投资增加。

中国专利号CN101480669B公开了一种高速线材轧机斯太尔摩线冷却方法及冷却装置，该方法在斯太尔摩运输辊道下方和上方分别设置若干台风机，通过增加风量提高冷却速度，解决线材搭接点组织性能不均的问题。由于该方法仍然以吹风冷却为手段，虽然加大风量以后冷却速度有所增加，但受到风冷冷却速度极限的限制，仍然难以满足某些品种对高速冷却的需要。

中国专利号CN1287921C公开了一种线材轧机斯太尔摩冷却线上的喷雾冷却装置及使用方法，利用该方法可以在提高斯太尔摩线的冷却强度的同时解决搭接点组织性能不均的问题。但该方法只是在吐丝机出口、斯太尔摩风机前的一段空冷辊道的上方对称地设置气雾冷却器，从线圈上方重点向线圈搭接点处喷雾冷却，以解决搭接点性能不均匀问题，没有对线圈整体实施喷雾冷却。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速线材风雾混合控制冷却方法及装置，这种方法利用喷雾冷却提高线材出吐丝机后在高温段的冷却速度，防止晶粒长大，同时又避免形成脆性组织，并结合后期的吹风冷却控制低温段的相变过程，从而得到细小的晶粒组织和弥散的析出物，提高线材的强度。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种高速线材风雾混合控制冷却方法：

（1）在吐丝机出口处以及1#~2#风机辊道的上方安装上喷头，上喷头与上水管道和上气管道相连接，上喷头将压缩空气和水混合成雾滴后向下喷出，冷却线材的上表面；

（2）在1#~2#风机辊道的下方安装下喷头，下喷头与上水管道和上气管道相连接，下喷头将压缩空气和水混合成雾滴后向上喷出，冷却线材的下表面；

在以上过程中，通过分别控制压缩空气与水的流量和流量比控制上喷头和下喷头喷出的雾量及雾滴尺寸，实现对线材冷却速度的控制；

（3）在喷雾冷却之后再采用风机进行吹风冷却控制线材的相变过程。

上述高速线材风雾混合控制冷却方法，所述的上喷头成组布置，各组单独控制压缩空气和水的混合比，压缩空气和水的体积混合比范围为0~500:1，压缩空气的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，水的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，压缩空气的流量调节范围为10m³/h~200000m³/h，水的流量调节范围为1m³/h~4000m³/h。

上述高速线材风雾混合控制冷却方法，所述下喷头成组布置，各组单独控制压缩空气和水的混合比，压缩空气和水的体积混合比范围为0~500:1，压缩空气的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，水的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，压缩空气的流量调节范围为10m³/h~10000m³/h，水的流量调节范围为1m³/h~200m³/h。

一种高速线材风雾混合控制冷却装置，它的构成中包括上喷头、雾罩、排雾管道、风机、下喷头、集水槽、排水管道、金属软管、上水管道、上气管道，上喷头成组安装在吐丝机出口处以及1#~2#风机辊道的上方，下喷头成组安装在1#~2#风机辊道的下方，上喷头和下喷头共同组成喷雾段，风机6~10台，安装在喷雾段之后，雾罩设置在各组喷头正上方，用于收集喷雾后形成的雾气，雾罩中心位置安装排雾管道，将雾罩收集的雾气排到生产车间外面，喷雾段辊道下方设置集水槽，用于收集喷雾后从辊道缝隙流淌下来的污水，集水槽下端设置排水管道，将污水导入循环水池，上水管道和上气管道设置在斯太尔摩运输线两侧，上水管道和上气管道分别与喷头相连接，为喷头提供压缩空气和水，金属软管用于连接喷头与上水管道和上气管道，以便喷头的转动、维修或更换。

上述高速线材风雾混合控制冷却装置，所述上喷头的每组喷头连接管道上的阀体，每组喷头与阀体的管路上安装有可绕一端摆动90°的转动装置，以便清理堆积在辊道上的线材或便于辊道维修。

上述高速线材风雾混合控制冷却装置，所述下喷头的每组喷头连接管道上的阀体，每组喷头与连接管路为可拆卸连接，以便进行更换。

本发明的有益之处在于：

本发明与现有技术相比较具有突出的实质性特点和显著的进步，主要体现在：

（1）利用本发明所述的工艺方法可以提高线材吐丝后的冷却强度，灵活控制线材的相变过程，在线材成分相同的情况下，提高成品线材强度5~10%，节约合金元素，降低生产成本；

（2）通过对吐丝后的线材进行喷雾快速冷却，可以减少线材表面氧化铁皮的生成量，提高金属收得率；

（3）利用本发明所述的方法及装置，可以减少风机数量，缩短风冷线长度，节约车间面积，降低投资成本；

（4）本发明与现有技术相比较，提高了线材产品的质量和产量，降低了生产成本，提高了生产效率，是一种新的高速线材冷却方法和装置，可以大幅度提升我国高速线材的质量，具有显著的经济效益，有极大的市场推广应用价值。

附图说明

图1是高速线材风雾混合控制冷却装置示意图。

图2是图1的E-E剖视图。

图中标记如下：工作台1、吐丝机2、运输辊道3、上喷头4、雾罩5、排雾管道6、风机7、下喷头8、集水槽9、排水管道10、金属软管11、上水管道12、上气管道13、吐丝段A、第一雾冷段B、第二雾冷段C、风冷段D。

具体实施方式

本发明的高速线材风雾混合控制冷却方法如下：

（1）在吐丝机2出口处以及1#~2#风机辊道的上方安装上喷头4，上喷头4与上水管道12和上气管道13相连接，上喷头4将压缩空气和水混合成雾滴后向下喷出，冷却线材的上表面；

（2）在1#~2#风机辊道的下方安装下喷头8，下喷头8与上水管道12和上气管道13相连接，下喷头8将压缩空气和水混合成雾滴后向上喷出，冷却线材的下表面；

在以上过程中，通过分别控制压缩空气与水的流量和流量比控制上喷头4和下喷头8喷出的雾量及雾滴尺寸，实现对线材冷却速度的控制；

（3）在喷雾冷却之后再采用风机7进行吹风冷却控制线材的相变过程。

在上述冷却方法中，上喷头4成组布置，各组单独控制压缩空气和水的混合比，压缩空气和水的体积混合比范围为0~500:1，压缩空气的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，水的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，压缩空气的流量调节范围为10m³/h~200000m³/h，水的流量调节范围为1m³/h~4000m³/h。

同样，下喷头8成组布置，各组单独控制压缩空气和水的混合比，压缩空气和水的体积混合比范围为0~500:1，压缩空气的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，水的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，压缩空气的流量调节范围为10m³/h~10000m³/h，水的流量调节范围为1m³/h~200m³/h。

本发明在控制冷却过程中涉及的设备及装置包括：

工作台1、吐丝机2、运输辊道3、上喷头4、雾罩5、排雾管道6、风机7、下喷头8、集水槽9、排水管道10、金属软管11、上水管道12、上气管道13。

图中显示，吐丝机2与运输辊道3安装在工作台1上，吐丝段A的上方安装1~2组上喷头4，第一雾冷段B的上方安装1~4组上喷头4，下方安装2~8支下喷头8，第二雾冷段C的上方安装1~4组上喷头4，下方安装2~8支下喷头8，上喷头4用于向下喷雾冷却上层线材，下喷头8用于向上喷雾冷却下层线材，雾罩5用于收集喷雾后形成的雾气，排雾管道6将收集的雾气排到室外。上喷头4的每组喷头连接管道上的阀体，每组喷头均可绕一端摆动90°，以便清理堆积在辊道上的线材或便于辊道维修。下喷头8的每组喷头连接管道上的阀体，每组喷头均可从侧面移出，以便进行更换。

图中显示，在吐丝段A、第一雾冷段B和第二雾冷段C的下方装设有集水槽9，用于收集上面流淌下来的污水，排水管道10将集水槽9内的污水导入循环水池。

图中显示，第二雾冷段C的后面是风冷段D，风冷段D由6~10台风机7组成，用于对雾冷后的线材补充冷却。

图中显示，工作时，吐丝机2吐出的线材成圈地散落在运输辊道3上，当线材运行到吐丝段A的上喷头4下方时，被上喷头4喷出的气雾快速冷却，运行到第一雾冷段B和第二雾冷段C位置时，被上喷头4和下喷头8喷出的气雾同时冷却，此时，通过调整压缩空气和水的流量控制雾滴的大小和喷射强度，控制喷出的气雾对线材的冷却能力，将线材冷却到相变温度，当线材继续运行到风冷段D位置时，再由风机7对线材进行吹风冷却，控制线材的相变过程。

下面以生产φ10mmHRB400MPa建筑用螺纹钢筋为例说明本发明的具体实施过程：

经过轧制后的成品线材由吐丝机2吐出，吐丝温度为950℃，成圈后散落在运输辊道3上；当线材运行到吐丝段A的上喷头4下方时，吐丝段A一组上喷头4全部开启，喷出的气雾对线材进行快速冷却，使线材温度降到890℃~900℃；线材运行到第一雾冷段B位置时，第一雾冷段B的两组上喷头4和七支下喷头8全部开启，喷出的气雾对线材上下层同时进行冷却，通过调整压缩空气和水的流量控制雾滴的大小和喷射强度，使线材温度降到700℃~800℃；当线材运行到第二雾冷段C位置时，第二雾冷段C的三组上喷头4和七支下喷头8全部开启，喷出的气雾对线材进行快速冷却，通过调整压缩空气和水的流量控制雾滴的大小和喷射强度，使线材温度降到600℃~650℃；当线材运行到风冷段D位置，进入相变温度范围，由6~8台风机7对线材进行吹风冷却，直到300℃~350℃结束风冷。

Claims (6)

1.一种高速线材风雾混合控制冷却方法，其特征在于：

（1）在吐丝机（2）出口处以及1#~2#风机辊道的上方安装上喷头（4），上喷头（4）与上水管道（12）和上气管道（13）相连接，上喷头（4）将压缩空气和水混合成雾滴后向下喷出，冷却线材的上表面；

（2）在1#~2#风机辊道的下方安装下喷头（8），下喷头（8）与上水管道（12）和上气管道（13）相连接，下喷头（8）将压缩空气和水混合成雾滴后向上喷出，冷却线材的下表面；

在以上过程中，通过分别控制压缩空气与水的流量和流量比控制上喷头（4）和下喷头（8）喷出的雾量及雾滴尺寸，实现对线材冷却速度的控制；

（3）在喷雾冷却之后再采用风机（7）进行吹风冷却控制线材的相变过程。

2.根据权利要求1所述的高速线材风雾混合控制冷却方法，其特征在于：所述的上喷头（4）成组布置，各组单独控制压缩空气和水的体积混合比，压缩空气和水的体积混合比范围为0~500:1，压缩空气的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，水的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，压缩空气的流量调节范围为10m³/h~200000m³/h，水的流量调节范围为1m³/h~4000m³/h。

3.根据权利要求2所述的高速线材风雾混合控制冷却方法，其特征在于：所述下喷头（8）成组布置，各组单独控制压缩空气和水的体积混合比，压缩空气和水的体积混合比范围为0~500:1，压缩空气的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，水的压力调节范围为0.2MPa~10MPa，压缩空气的流量调节范围为10m³/h~10000m³/h，水的流量调节范围为1m³/h~200m³/h。

4.一种高速线材风雾混合控制冷却装置，其特征在于：它的构成中包括上喷头（4）、雾罩（5）、排雾管道（6）、风机（7）、下喷头（8）、集水槽（9）、排水管道（10）、金属软管（11）、上水管道（12）、上气管道（13），上喷头（4）成组安装在吐丝机（2）出口处以及1#~2#风机辊道的上方，下喷头（8）成组安装在1#~2#风机辊道的下方，上喷头（4）和下喷头（8）共同组成喷雾段，风机（7）6~10台，安装在喷雾段之后，雾罩（5）设置在各组喷头正上方，雾罩（5）中心位置安装排雾管道（6），喷雾段辊道下方设置集水槽（9），集水槽（9）下端设置排水管道（10），上水管道（12）和上气管道（13）设置在斯太尔摩运输线两侧，上水管道（12）和上气管道（13）分别与喷头相连接，金属软管（11）连接喷头与上水管道（12）和上气管道（13）。

5.根据权利要求4所述的高速线材风雾混合控制冷却装置，其特征在于：所述上喷头（4）的每组喷头连接上水管道（12）和上气管道（13）上的阀体，每组喷头与阀体的管路上安装有可绕一端摆动90°的转动装置。

6.根据权利要求5所述的高速线材风雾混合控制冷却装置，其特征在于：所述下喷头（8）的每组喷头连接上水管道（12）和上气管道（13）上的阀体，每组喷头与阀体的管路为可拆卸连接。