CN104630435B - 用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，包括相对设置的左喷箱和右喷箱、以及挡板，其中，左喷箱和右喷箱均包括喷箱箱体以及位于喷箱箱体一侧的多个突出式喷嘴，左喷箱和右喷箱上每两相邻突出式喷嘴之间的凹陷区域为喷箱溢流区，挡板至少设置两块，两挡板分别连接左喷箱和右喷箱上相对的两喷箱溢流区的两侧、并将其两侧密封。本发明提出的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，可以达到良好的稳定带钢与喷箱之间气流压力分布，减少造成带钢扭摆振动的激励源，从而抑制带钢运行过程中受气流冲击发生扭转被刮伤的情况，同时又不影响设备运行的冷却效果和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及热处理设备技术领域，尤其涉及一种用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置。
背景技术
在冷轧金属板带热处理技术领域中，提高冷轧带钢强度的一种有效方法是在热处理工艺中将带钢快速冷却。为了大幅度提高冷却过程中带钢的冷却速度，又能够得到良好的带钢表面和板形，现已开发出用高速气体喷吹冷却带钢的快速冷却技术。但随着各产业对高质量产品的需求不断增加，对冷轧薄板产品的表面质量和产量要求越来越高，生产线上的带钢运行的速度也不断提高。由于机械振动以及工艺设备的振动或对带钢冲击，会引发运动中带钢的振动，而这种振动会影响产品表面质量及板形，甚至可能会引发带钢断裂危及生产线安全。
例如在高速气体喷吹冷却段，喷口气流速度高达150m/s，带钢表面气体冲击力会高达1.4bar，两侧的瞬时气压差可达到2kPa，此时气体冲击力的不稳定性会引起带钢的抖动和扭摆。如果这种振动得不到抑制，会给生产带来严重的影响，当振动后带钢偏离机组中心线，通常会恶化冷却效果，更为严重的是振动可能导致带钢与喷嘴碰撞。因此冷却装置设计时，在兼顾如何提高冷却速度的同时需要思考如何抑制带钢振动。
鉴于抑制带钢振动的重要性，其抑制措施和方法已经引起了广泛关注，但现有的各种带钢抑制措施和方法（如稳定装置、减小鼓风速度、提高带钢张力）或存在设备投资大，维护运行费用高的问题，或存在影响冷却，或受生产条件限制。例如专利CN 1916226A通过在带钢两侧设置电磁装置进行控制，但存在设备投资大，维护运行费用高的问题；专利CN 100379886C通过给出一个合适的带钢宽度和喷箱面板之间的距离的合适比例来防止带钢振动，但其结果是风箱体积需要增大，气体流经喷嘴的时间延长，吸收喷嘴外部热风的热量增加，温度升高，不利于快速冷却；CN101910424A提出的方法虽然有效，但密集的喷管阵列，无论制造还是损坏后的维修都十分困难，同时喷管太长也会增大气体的流动阻力损失，降低风机等设备运行的经济性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，旨在实现降低带钢振动的作用，同时投资运行费用少、不影响冷却效果。
为实现上述目的，本发明提供一种用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，包括相对设置的左喷箱和右喷箱、以及挡板，其中，所述左喷箱和右喷箱均包括喷箱箱体以及位于所述喷箱箱体一侧的多个突出式喷嘴，所述左喷箱和右喷箱上每两相邻突出式喷嘴之间的凹陷区域为喷箱溢流区，所述挡板至少设置两块，两所述挡板分别连接所述左喷箱和右喷箱上相对的两喷箱溢流区的两侧、并将其两侧密封。
优选地，多个所述挡板在所述左喷箱和右喷箱的高度方向上均匀分布。
优选地，多个所述挡板在所述左喷箱和右喷箱的高度方向上间隔设置。
优选地，每上下两相邻所述挡板之间间隔至少3个所述喷箱溢流区。
优选地，每对所述左喷箱和右喷箱上布置2~4对所述挡板。
优选地，所述左喷箱和右喷箱的喷箱箱体上均设有管道接口，所述左喷箱的管道接口和所述右喷箱的管道接口连通。
优选地，所述左喷箱和右喷箱的管道接口的截面积均为其喷箱气体入口的1/16~1/4。
优选地，所述左喷箱的管道接口和所述右喷箱的管道接口使用软连接方式连通。
本发明提出的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，通过两挡板分别连接左喷箱和右喷箱上相对的两喷箱溢流区的两侧，可以达到良好的稳定带钢与喷箱之间气流压力分布，减少造成带钢扭摆振动的激励源，降低了带钢的振动，从而抑制带钢运行过程中受气流冲击发生扭转被刮伤的情况，同时又不影响设备运行的冷却效果和经济性。同时本喷箱装置结构简单，既适合新增设备，也适合对已有设备进行技术改造。
附图说明
图1为本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置的结构示意图；
图2为本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置的原理示意图；
图3为未安装挡板的喷箱装置在工作时气体流向示意图；
图4为本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置在工作时气体流向示意图；
图5为本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置和传统喷箱中带钢振动位移与风速的关系图。
图中：1.左喷箱；2右喷箱；3.挡板；4. 喷箱溢流区；5. 带钢。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1和图2，图1为本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置的结构示意图；图2为本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置的原理示意图。
本优选实施例中，用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，包括相对设置的左喷箱1和右喷箱2、以及挡板3，其中，左喷箱1和右喷箱2均包括喷箱箱体以及位于喷箱箱体一侧的多个突出式喷嘴，左喷箱1和右喷箱2上每两相邻突出式喷嘴之间的凹陷区域为喷箱溢流区4，挡板3至少设置两块，两挡板3分别连接左喷箱1和右喷箱2上相对的两喷箱溢流区4的两侧、并将其两侧密封。该挡板3在喷箱（指左喷箱1或右喷箱2，下同）两侧对称布置。喷箱溢流区4由于空间大气压低，成为射流换热后气体逃逸的主要通道。每对喷箱布置2~4对这种挡板3，以达到较好的稳定带钢5的效果。
多个挡板3在左喷箱1和右喷箱2的高度方向上均匀分布。多个挡板3在左喷箱1和右喷箱2的高度方向上间隔设置，以进一步提高稳定带钢5的效果。每上下两相邻挡板3之间间隔至少3个喷箱溢流区4，以保证大多数换热后的气体能够顺畅的离开冷却区域，避免大幅降低喷箱的冷却效果。
图2中用俯视方向的截面图，描述了挡板3如何形成静压室来抑制带钢5抖动。当气体从突出式喷嘴喷出时，由于气体湍流作用，带钢5的两侧会产生局部的瞬时压差。局部瞬时压差的存在，使气体向压力最低的大气压区流动，但由于其中左喷箱1和右喷箱2的边部的挡板3的阻隔，这种回流气体只能向射流区域中的低压区运动，而当带钢5由于弹性力回复中间位置时，又会因为惯性而继续向另一侧继续扭摆，此时向低压区流动中的气流会成为带钢5运动的阻力（类似于气垫式的阻尼），起到消耗带钢5振动能量、稳定带钢5运行的作用。
结合图3和图4，更进一步说明了本发明所起的作用。未安装挡板3时，当冷却气体从进风管道进入左喷箱1和右喷箱2内，然后经过均匀分布的突出的窄缝喷嘴阵列加速，从突出式喷嘴的唇部喷吹，垂直的撞击带钢5的表面。由于带钢5是固体表面，因此，气体撞击后会沿带钢5表面流动一段距离，然后沿与喷出速度相反的方向反弹到喷箱面板上。窄缝喷嘴阵列间错布置，在相邻的两个突出式喷嘴中，有一个凹陷的空间区域被称为喷箱溢流区4，该喷箱溢流区4是用来给撞击带钢5后气体作为逃逸通道的。当气体反弹到该喷箱溢流区4后，再沿喷箱的宽度方向（也是带钢5的宽度方向）从两侧流出工作区域，并被排废风机抽走，具体走向如图4中的有箭头的曲线所示。
这种流动方式的弊端是，突出式喷嘴喷出的最中间的气体可能会有两种流向，如图3所示，中部的气体流向箭头，可能往左方或者右方，由于两侧的流动阻力大体相当，因此气流处于一种不稳定的状态，产生涡旋。这种流动的不稳定性，会使得带钢5表面的气体压力分布也发生波动，使得带钢5受到的气压不均衡产生的扭矩，带钢5发生扭转，扭转的方向是以带钢5运行中心线为旋转轴线。这种扭转可能会导致带钢5两翼刮擦到突出式喷嘴的表面，划伤带钢5，同时也可能会损坏突出式喷嘴。这种形式的带钢5振动，在生产中是要极力避免的。
当采用了本发明的喷箱溢流区4增加两侧挡板3的方案时，气体的流向变成了如图4所示的走向（为了清楚的表示流线，沿带钢5中心线方向剖开，只显示了左侧喷箱和带钢5之间的情况，右侧类似）。由于挡板3的阻隔作用，让该区域的气体不能按常规路线的离开，必须要绕到带钢5的两翼，因而使带钢5表面的气压不会沿流线迅速降低，整个挡板3和喷箱溢流区4围成的区域，气压分布相对图3更加均匀，同时由于气体在带钢5两翼的汇集，形成了类似气垫的阻尼，带钢5沿行进方向的轴线扭摆时，需要克服气体阻力，从而消耗了振源的能量，抑制了带钢5振动的幅度。当然这样一来，气体不能顺畅离开，对该喷箱溢流区4的喷嘴换热能力会造成一定影响，因此整个喷箱长度方向，不能过于密集的设置挡板3。通过实验证明，间隔3个以上溢流区（或3排以上喷嘴），能将这种不良影响降低到5%以内。
本发明的实施方案通过实验进行了测试，主要是用金属涡流探头，测量了实验室尺寸级别喷箱对悬垂带钢的冲击。该实验测试的喷箱尺寸，为实际工业生产应用中所采用的1/3比例。带钢的最大位移（即振幅），结果如图5所示。对于某种结构尺寸的窄缝喷嘴喷箱，若不采用本发明的技术方案时，喷嘴处气流速度超过35m/s时，带钢的最大位移（振幅）就会陡然增大到之前的4倍；而采用本方案后，当气流速度达到45m/s时，仍能够保持带钢位移不陡增，带钢振幅随气流速度的变化曲线较为平缓。
同时通过数值模拟的方法，验证了该技术方案对喷箱的冷却效果没有显著影响，也不会增加喷箱的内部流动阻力损失，因此不影响设备运行的经济性。
以上测试结果表明，本发明提出的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，通过两挡板3分别连接左喷箱1和右喷箱2上相对的两喷箱溢流区4的两侧，可以达到良好的稳定带钢5与喷箱之间气流压力分布，减少造成带钢5扭摆振动的激励源，降低了带钢5的振动，从而抑制带钢5运行过程中受气流冲击发生扭转被刮伤的情况，同时又不影响设备运行的冷却效果和经济性。同时本喷箱装置结构简单，既适合新增设备，也适合对已有设备进行技术改造。
进一步地，左喷箱1和右喷箱2的喷箱箱体上均设有管道接口，左喷箱1的管道接口和右喷箱2的管道接口连通。管道接口上安装有与其匹配的法兰，通过法兰连接侧面连通管道。通过侧面连通管道连通带钢5两侧的喷箱，维持带钢5两侧喷箱的压力平衡，保证带钢5两侧不会出现明显的压差，避免导致带钢5表面气流冲击力的差异造成的带钢5扭摆振动。同时，喷箱两侧面分别留置连通带钢5两侧喷箱的管道接口，随着突出式喷嘴气流速度增加，带钢5的振动位移只有微小的增加。
左喷箱1和右喷箱2的管道接口的截面积均为其喷箱气体入口的1/16~1/4。该比例范围可以保证良好的气压平衡效果，同时又能减小气压连通管的尺寸，便于设备空间布置。
左喷箱1的管道接口和右喷箱2的管道接口使用软连接方式（如金属波纹管）连通。采用软连接的方式，可适应喷箱的热胀冷缩以及整个系统在气流中的振动。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，包括相对设置的左喷箱和右喷箱、以及挡板，其中，所述左喷箱和右喷箱均包括喷箱箱体以及位于所述喷箱箱体一侧的多个突出式喷嘴，所述左喷箱和右喷箱上每两相邻突出式喷嘴之间的凹陷区域为喷箱溢流区，所述挡板至少设置两块，两所述挡板分别连接所述左喷箱和右喷箱上相对的两喷箱溢流区的两侧、并将其两侧密封。
2.如权利要求1所述的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，多个所述挡板在所述左喷箱和右喷箱的高度方向上均匀分布。
3.如权利要求2所述的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，多个所述挡板在所述左喷箱和右喷箱的高度方向上间隔设置。
4.如权利要求2所述的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，每上下两相邻所述挡板之间间隔至少3个所述喷箱溢流区。
5.如权利要求2所述的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，每对所述左喷箱和右喷箱上布置2~4对所述挡板。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，所述左喷箱和右喷箱的喷箱箱体上均设有管道接口，所述左喷箱的管道接口和所述右喷箱的管道接口连通。
7.如权利要求6所述的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，所述左喷箱和右喷箱的管道接口的截面积均为其喷箱气体入口的1/16~1/4。
8.如权利要求6所述的用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置，其特征在于，所述左喷箱的管道接口和所述右喷箱的管道接口使用软连接方式连通。
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