CN104651599A - 用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置 - Google Patents

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，包括相对设置的两风箱以及导流分隔板，其中，风箱包括风箱箱体以及位于风箱箱体一侧的多个突出式喷嘴，风箱上每两相邻的突出式喷嘴之间的凹陷区域为风箱溢流区，导流分隔板安装于风箱溢流区内将其分成两个相互隔离的独立区域，导流分隔板的顶端和底端分别与两突出式喷嘴密封连接。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，通过在风箱溢流区内安装导流分隔板，稳定了带钢与风箱之间气流压力分布，减少了造成带钢扭摆振动的激励源，降低了带钢的振动，从而抑制了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

用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置

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风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，旨在实现减小带钢振动的作用，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，包括相对设置的两风箱以及导流分隔板，其中，所述风箱包括风箱箱体以及位于所述风箱箱体一侧的多个突出式喷嘴，所述风箱上每两相邻的突出式喷嘴之间的凹陷区域为风箱溢流区，所述导流分隔板安装于所述风箱溢流区内将其分成两个相互隔离的独立区域，所述导流分隔板的顶端和底端分别与两所述突出式喷嘴密封连接。

优选地，每一所述风箱溢流区上安装有一所述导流分隔板。

优选地，所述导流分隔板位于所述风箱溢流区的中线位置。

优选地，所述导流分隔板的边缘与所述突出式喷嘴的边缘平齐。

优选地，两所述风箱的风箱箱体上均设有管道接口，两所述风箱的管道接口连通。

优选地，所述风箱的管道接口的截面积为其进风管道接口的1/16~1/4。

优选地，两所述风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，通过在风箱溢流区内安装导流分隔板，稳定了带钢与风箱之间气流压力分布，减少了造成带钢扭摆振动的激励源，降低了带钢的振动，从而抑制了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。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是本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置中的风箱的结构示意图；

图2是图1所示风箱的左视方向的结构示意图；

图3是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4是喷箱装置未安装导流分隔板时在喷入气体时的流向示意图；

图5是本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置的效果分析示意图；

图6是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对比示意图。

图中，1-进风管道接口；2-风箱箱体；3-突出式喷嘴；4-风箱面板；5-导流分隔板； 6-管道接口；7-侧面连通管道；8-带钢；9-风箱溢流区。

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是本发明用于抑制气体冷却过程带钢振动的喷箱装置中的风箱的结构示意图；图2是图1所示风箱的左视方向的结构示意图。

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，包括相对设置的两风箱以及导流分隔板5，其中，两风箱之间的空间为带钢的运行轨道，风箱包括风箱箱体2以及位于风箱箱体2一侧的多个突出式喷嘴3，风箱上每两相邻的突出式喷嘴3之间的凹陷区域为风箱溢流区9，导流分隔板5安装于风箱溢流区9内将其分成两个相互隔离的独立区域，导流分隔板5的顶端和底端分别与两突出式喷嘴3密封连接。

进一步地，参照图1，每一风箱溢流区9上安装有一导流分隔板5，此时可提高对带钢8的减震效果。

进一步地，参照图1、图2和图5，导流分隔板5位于风箱溢流区9的中线位置。导流分隔板5的形状与风箱的面板的截面互补。导流分隔板5的边缘与空出式喷嘴的边缘平齐，从而完全阻断均分射流后回流的气体，防止回流气体在平行于带钢8宽度方向的不稳定流动，同时在风箱溢流区9形成左右压力均匀分布的气垫，减弱了气体压力分布扰动造成的振动激励，从而达到稳定带钢8运行的目的。

进一步地，结合参照图1至图3，两风箱的风箱箱体2上均设有管道接口6，两风箱的管道接口6连通。管道接口6上安装有与其匹配的法兰，通过法兰连接侧面连通管道7。通过侧面连通管道7连通带钢8两侧的风箱，维持带钢8两侧风箱的压力平衡，保证带钢8两侧不会出现明显的压差，避免导致带钢8表面气流冲击力的差异造成的带钢8扭摆振动。同时，风箱两侧面分别留置连通带钢8两侧风箱的管道接口6，随着突出式喷嘴3气流速度增加，带钢8的振动位移只有微小的增加

风箱的管道接口6的截面积为其进风管道接口61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。

两风箱的管道接口6使用软连接方式（如金属波纹管）连通。采用软连接的方式，可适应风箱的热胀冷缩以及整个系统在气流中的振动。

本风箱装置的工作过程如下：冷却介质的气体通过进风管道接口61，进入风箱箱体2，然后气体通过突出式喷嘴3加速后喷射到带钢8的表面进行冷却。冷却带钢8后反弹回来的气体，通过突出式喷嘴3之间的风箱溢流区9向风箱箱体2两侧的空间流动并排出。相比常规的气体风箱，本发明在突出式喷嘴3之间的风箱溢流区9中线位置，增加了导流分隔板5，导流分隔板5与溢流区的截面形状相同，外沿与突出式喷嘴3的边缘相平齐，在风箱溢流区9完全隔断两侧的溢流气体，实现均分溢流区气流的作用，稳定了风箱和带钢8之间流场，减弱了带钢8振动的激励源。通过风箱两侧的管道接口6和侧面连通管道7连接使带钢8两侧风箱的风箱处于连通状态，确保两侧冷却气体压力场的空间分布稳定和平衡。

在喷箱装置未安装导流分隔板5时，气体的流动方式如图4所示。冷却气体从进风管道进入风箱箱体2，然后经过均匀分布的突出式喷嘴3阵列加速，从突出式喷嘴3的唇部喷吹，垂直的撞击带钢8表面。由于带钢8是固体表面，因此气体撞击后会沿带钢8表面流动一段距离，然后沿与喷出速度相反的方向反弹到风箱面板4上。突出式喷嘴3阵列间错布置，在相邻的两个突出式喷嘴3中，有一个凹陷的空间区域称为风箱溢流区9，该风箱溢流区9是用来给撞击带钢8后的气体作为逃逸通道的。气体反弹到该空间后，再沿风箱的宽度方向（即带钢8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，经突出式喷嘴3喷出的最中间的气体可能会有两种流向，如图4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8表面的气体压力分布也发生波动，使得带钢8受到的气压不均衡产生的扭矩，使带钢8发生扭转，扭转的方向是以带钢8运行中心线为旋转轴线。这种扭转可能会导致带钢8两翼刮擦到突出式喷嘴3表面，划伤带钢8，同时也可能会损坏突出式喷嘴3。这种形式的带钢振动，在生产中是要极力避免的。

为了解决该问题，本发明提出了增加导流分隔板5的方法。当设置了该结构后，气体的流向变成如图5所示的方式。由于导流分隔板5的存在，人为的引导了经突出式喷嘴3中间位置喷出的气体在带钢8表面反弹后的流动方向，只允许向左或者向右，不存在流动方向的突然转变，也就消除了这种因为带钢8表面气压在时空上不均衡产生的扭矩，消除了这一因素产生的带钢8扭摆振动的激励源，从而降低了带钢8的振动。

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风箱对悬垂带钢的冲击。该实验测试的风箱尺寸，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6所示。对于某种结构尺寸的窄缝喷嘴风箱，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3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风箱的冷却效果没有不利影响，也不会增加风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，通过在风箱溢流区9内安装导流分隔板5，稳定了带钢8与风箱之间气流压力分布，减少了造成带钢8扭摆振动的激励源，降低了带钢8的振动，从而抑制了带钢8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。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。

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 (7)

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，包括相对设置的两风箱以及导流分隔板，其中，所述风箱包括风箱箱体以及位于所述风箱箱体一侧的多个突出式喷嘴，所述风箱上每两相邻的突出式喷嘴之间的凹陷区域为风箱溢流区，所述导流分隔板安装于所述风箱溢流区内将其分成两个相互隔离的独立区域，所述导流分隔板的顶端和底端分别与两所述突出式喷嘴密封连接。

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，每一所述风箱溢流区上安装有一所述导流分隔板。

3.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，所述导流分隔板位于所述风箱溢流区的中线位置。

4.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，所述导流分隔板的边缘与所述突出式喷嘴的边缘平齐。

5.如权利要求1至4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，两所述风箱的风箱箱体上均设有管道接口，两所述风箱的管道接口连通。

6.如权利要求5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，所述风箱的管道接口的截面积为其进风管道接口的1/16~1/4。

7.如权利要求5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，两所述风箱的管道接口使用软连接方式连通。