CN104741394A - 一种产生扁平喷射流的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种产生扁平喷射流的冷却装置，包括用于储存冷却水的箱体和用于形成喷射流的狭缝，狭缝通过设置在箱体内部的引流通道与箱体连通，该冷却装置还包括进水管组件，进水管组件上端为冷却水入口，该冷却水入口位于所述箱体外部的正上方，进水管组件下端为设置在箱体内部且水平放置的水平圆管，水平圆管的两侧开设有多个小孔；引流通道的上端为喷射水流入口，喷射水流入口位于靠近所述箱体顶部的位置，引流通道与狭缝连通，狭缝由一个固定板和一个可调节板形成，可调节狭缝宽度。本发明解决了现有冷却装置打开水流慢、关闭水流慢以及耐热性差的问题。

Description

一种产生扁平喷射流的冷却装置

技术领域

本发明涉及金属加工轧后冷却技术领域，具体涉及一种产生扁平喷射流的冷却装置，用于热轧带钢、中厚板的轧后处理。

背景技术

目前，随着先进钢铁材料的开发研究，为获得高附加值、可循环的钢铁产品，轧后超快速冷却作为提高钢铁材料性能和实现钢种开发的重要工艺手段，在热轧带钢生产中发挥着重要作用。缝隙式喷射（狭缝式射流）冷却方式由于冷却强度很大，在淬火机以及需要快速强冷的宽厚板热轧领域应用越来越多。

国外专利：

LOI THERMPROCESS GmbH(德国洛伊热处理有限公司)的专利族：名称《Deicefor Cooling Material by Producing A Flat Jet》，授权号DE50203689D1、DE20114136、WO03018232A1、EP1420912A1、EP1420912B1、KR20040035744、JP2005500169、ATE299765、RU2004109151、RU2294813，上述专利结构相同，冷却水从正上方进入容腔，经倾斜狭缝喷出，实现扁平射流。

国内专利：

（1）CN02816740.6、CN1547517、CN1263550C，《通过产生一种扁平喷射流对材料进行冷却的装置》，德国洛伊热处理有限公司，这几个专利号所述内容与上述国外专利完全相同，属于同一个专利族。

（2）CN101020196、CN100443207，《可形成扁平喷射流的冷却装置》，辽宁省轧制工程技术中心。该冷却装置壳体上部间隔一定距离焊接有输入冷却介质接口，由钢板焊接成的一体的壳体内垂直焊接隔板，隔板中间间隔地焊接有多个均流筒；后壳体下端直角焊接壳体下板，内有连接两直角边的弧形板，弧形与直角形成的空间沿装置宽度延伸为冷却介质外循环腔，前壳体下端连接引水结构；引水板立边与前壳体下端呈夹角焊接，滑块、引水档分别通过连接件与引水板结合，引水档的直边与壳体下板边缘斜面形成可调的扁平喷射流缝隙。

冷却介质由上部冷却介质接口进入壳体的上冷却腔，液位达到并充溢均流筒后，通过筒底板的孔流入壳体下腔，均流筒使壳体充满冷却介质，而通过筒底板的孔均匀地将冷却介质送入壳体下腔。

（3）CN102049357B、CN201900052U，《缝隙式喷头冷却装置》，中冶京诚工程技术有限公司。包括：上腔体和下腔体，上腔体和下腔体通过分配通道连通；至少一个冷却介质输入接头，设置在上腔体上；缝隙式喷射流喷嘴，位于下腔体上；下腔体的外壳为铸钢制成，上腔体的外壳为焊接制成，上腔体还连接有冷却上腔体的冷却系统。

冷却水通过冷却介质输入接头进入上腔体中，并在上腔体中蓄水后从上腔体流入到下腔体，并到达缝隙式喷射流喷嘴处，通过调整调整螺母以及连接螺栓，调整缝隙式喷射流喷嘴的缝隙，从而得到合适的喷射流对钢板进行冷却。

（4）CN201120240767.3，《一种产生扁平射流的冷却装置》，东北大学。内管与C形管通过定位条偏心固定形成内管与外管间空腔，并在轴向形成一狭缝，狭缝宽度可通过拉紧螺栓和压紧螺栓进行调节，在外管外径向焊接有多道加固筋防止变形；内管、入口端部法兰与冷却介质管路相连，内管出口端设置内腔排污口；内管开有两排通流孔。

冷却介质从入口端部法兰进入内管后经通流孔流入到偏心空腔，冷却介质通过多道阻尼设置后在轧线宽度方向上形成均匀水流，再经狭缝形成扁平喷射流对钢板进行冷却。

上述国内4种专利在形成狭缝的出口位置结构相同，只不过前端冷却水来源不同。上述专利(1)～(3)的冷却水从正上方流入，专利(4)的冷却水是从内嵌的圆管中经多个小孔流入。上述4种专利都有以下共同的缺点：

①打开水流慢：根据轧件运行位置，当PLC控制启动喷射水流时，冷却水需要先灌满整个容腔，才能开始向辊道上喷水，存在一定的滞后性，系统打开响应不佳；

②关闭水流慢：根据轧件运行位置，当PLC控制关闭喷射水流时，虽然前端阀门可以立即关闭，但是（上冷却集管）整个容腔内剩余的冷却水将继续因自重缓慢地从狭缝中滴落，直至全部流空，因此根本不能实现瞬间断水，系统响应关闭响应极差。

③耐热性差：整个冷却装置因为与辊道表面相距很近，当根据工艺需要不喷水时，由于空腔内没有蓄水，因此受到轧件（热钢板）的热辐射后整个装置的温升会比较大，装置内的密封件极易损坏，装置本身也容易因长期受热而变形和加速劣化。

发明内容

本发明的目的是提供一种产生扁平喷射流的冷却装置，该冷却装置在喷水冷却时，不需要每次都将冷却水灌满整个箱体，在停止喷水时，绝大部分冷却水仍然留存在箱体内，箱体中始终蓄有大半箱水，始终处于冷却状态，用以解决现有冷却装置打开水流慢、关闭水流慢以及耐热性差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种产生扁平喷射流的冷却装置，包括用于储存冷却水的箱体和用于形成喷射流的狭缝，所述狭缝通过设置在箱体内部的引流通道与箱体连通，该冷却装置还包括进水管组件，所述进水管组件上端为冷却水入口，该冷却水入口位于所述箱体外部的正上方，所述进水管组件下端为设置在箱体内部且水平放置的水平圆管，所述水平圆管的两侧开设有小孔；

所述的引流通道是由倾斜设置的第一引流板和第二引流板形成的逐渐缩小的倾斜缝隙，所述箱体的下底板开设有与所述引流通道相配合的槽，所述第一引流板和第二引流板通过所述的槽嵌装在箱体的下底板上，所述引流通道的上端为喷射水流入口，所述的喷射水流入口位于靠近所述箱体顶部的位置，所述引流通道底端通过所述的槽与所述的狭缝连通；

所述的狭缝由一个固定板和一个可调节板形成，狭缝宽度沿板宽方向可调节，所述固定板和可调节板均位于所述箱体的外部、安装在所述箱体的下底板上，所述狭缝与引流通道相连的一端为弧形。

进一步地，所述的可调节板与所述箱体的下底板之间设置有耐温密封条。

进一步地，所述可调节板上安装有偏心螺栓，所述的可调节板通过所述的偏心螺栓固定在所述箱体的下底板上，通过调整所述偏心螺栓的偏心量，调节所述的狭缝宽度。

进一步地，该装置包括一个支撑板，所述的支撑板固定安装在所述箱体的下底板，所述的可调节板通过第一调节螺栓安装在所述箱体的下底板，所述的支撑板通过第二调节螺栓与所述的可调节板连接，通过第二调节螺栓的拉紧或压紧，调节所述的狭缝宽度。

进一步地，所述的进水管组件包括进水法兰、垂直管、三通和水平圆管，水平圆管在最下端，水平圆管通过三通与垂直管和进水法兰连通，所述的进水法兰与三通的高差根据需要由垂直管的长度确定。

进一步地，所述可调节板和固定板形成狭缝的面为光滑斜面。

进一步地，冷却水经进水法兰入口，到水平圆管的小孔，再到喷射水流入口，最后到狭缝水流喷射出口，其过流截面积逐渐减小，用以确保水压和水流的稳定。

进一步地，所述的水平圆管与箱体的侧壁均保持设定的距离，用以确保从水平圆管小孔中流出的水能迅速无碍地充满箱体。

进一步地，所述的箱体的下底板通过螺栓与箱体的侧壁固定安装。

根据本发明的产生扁平喷射流的冷却装置，特别适用于热轧带钢、中厚板的轧后处理。

本发明达到的有益效果：

（1）本发明冷却水只有在灌满箱体后，才能从引流管道的顶端向下从狭缝中流出。当需要再次喷水时，控制打开前端阀门，无需再次灌满整个箱体，只需很少的冷却水就能再次喷射出扁平射流，因此打开的水流所需的时间很短，启动响应快.

（2）当需要停止喷水时，控制关闭前端阀门，这时只有高过引流板1和2顶端的少量冷却水继续从缝隙中流尽，箱体内绝大部分的冷却水将存留在箱体中，因此，关闭水流所需的时间也很短，切断响应快。

（3）由于箱体中始终蓄有大半箱水，因此箱体一直处在冷却状态，即使由于工艺需要暂时不喷水，装置也不会因为轧件（热钢板）的热辐射造成持续升温，装置的防热效果好，装置不易热变形，其内的各个密封件寿命能大幅度地延长，不易漏水。

（4）本发明从引流板到狭缝喷射出口是一个与斜喷角相一致的、截面积均匀缩小的狭缝通道，能极好地保证缝隙喷射流的稳定性和宽度方向上的直线度，冷却效果更好。

（5）本发明产生射流的狭缝的整体宽度可以根据需要进行调整，其沿板宽方向（从中间到两边）的水流密度也可根据工艺调整，以实现轧件中间和边部的温度均匀性；另外，该装置的结构合理，能在极短的时间内快速喷水和快速断水；该装置的蓄水结构能充分地保护装置自身和其密封件免受热辐射的侵害，延长使用寿命。

（6）现有的冷却装置多为上、下两个箱体，结构复杂；本发明的冷却装置只有一个箱体，节约材料，而且高度方向占用空间小，便于布局。

附图说明

图1是本发明冷却装置实施例一的结构示意图；

图2是本发明进水管组件的结构示意图；

图3是本发明冷却装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明作进一步详细的说明。

图1-3中，1为形成引流通道的第一引流板，2为形成引流通道的第二引流板，3为箱体，4为进水法兰，5为水平圆管，6为箱体的下底板，7为形成狭缝的固定板，8为偏心螺栓，9为形成狭缝的可调节板，10为耐温密封条，11为支撑板，12为第二调节螺栓，15为第一调节螺栓，16为垂直管，17为三通。

本发明的产生扁平喷射流的冷却装置包括：用于储存冷却水的箱体和用于形成喷射流的狭缝，所述狭缝通过设置在箱体内部的引流通道与箱体连通，该冷却装置还包括进水管组件，所述进水管组件上端为冷却水入口，该冷却水入口位于所述箱体外部的正上方，所述进水管组件下端为设置在箱体内部且水平放置的水平圆管，所述水平圆管的两侧开设有小孔；

所述的引流通道是由倾斜设置的第一引流板和第二引流板形成的逐渐缩小的倾斜缝隙，所述箱体的下底板开设有与所述引流通道相配合的槽，所述第一引流板和第二引流板通过所述的槽嵌装在箱体的下底板上，所述引流通道的上端为喷射水流入口，所述的喷射水流入口位于靠近所述箱体顶部的位置，所述引流通道底端通过所述的槽与所述的狭缝连通；

所述的狭缝由一个固定板和一个可调节板形成，狭缝宽度沿板宽方向可调节，所述固定板和可调节板均位于所述箱体的外部、安装在所述箱体的下底板上，所述狭缝与引流通道相连的一端为弧形。

实施例一：

如图1所示，本实施例的冷却装置包括：用于形成引流通道的第一引流板和第二引流板、箱体、进水管组件、用于形成狭缝的固定板和可调节板、用于调节狭缝宽度的偏心螺栓以及用于保证箱体密封不漏水的耐温密封条。

本实施例在箱体的下底板上开设有槽，该槽是一个穿透下底板的通槽，第一引流板和第二引流板通过该开设的槽嵌装在箱体的下底板上，下底板通过螺栓与箱体的侧壁连接，第一引流板和第二引流板倾斜设置，第一引流板和第二引流板形成的引流通道是一个从上到下逐渐缩小的倾斜缝隙，引流通道的上端为喷射水流入口，该喷射水流入口靠近箱体的顶部，用以确保冷却水只有在灌满箱体后，才能从喷射水流入口流入下方的狭缝水流喷射出口，引流通道的下端通过下底板开设的槽与用于形成喷射流的狭缝连通，用于将箱体内的冷却水引流到狭缝，从狭缝水流喷射出口喷射而出形成扁平喷射流。

用于形成扁平喷射流的狭缝由一个固定板和一个可调节板形成，该固定板与可调节板均位于箱体的外部、安装在箱体的下底板上，固定板与箱体的下底板固定连接，可调节板通过一个偏心螺栓与下底板连接，通过调整该偏心螺栓的偏心量可以调节可调节板在整个板宽方向上与固定板之间的距离，从而调节狭缝的宽度，狭缝与引流通道相连的一端略有弧形，以便引导从引流通道流过来的冷却水，可调节板与箱体的下底板相连的部分还设置有耐温密封条，以确保密封无泄漏。

如图2，本实施例中的进水管组件包括进水法兰、垂直管、三通和水平圆管，进水法兰与三通的高差根据需要由垂直管的长度确定，水平圆管在最下端，水平圆管通过三通与垂直管和法兰连通。进水管组件的上端为冷却水入口，该冷却水入口位于箱体外部的正上方，水平圆管位于箱体内部，水平圆管的宽度与扁平射流的宽度一致，水平圆管在其左、右两侧各开多个出水小孔，冷却水从冷却水入口进入圆管，通过圆管上开设的小孔均匀地进入箱体内。箱体在扁平喷射流的宽度方向上延伸，需要维修时松开箱体的下底板与箱体侧壁连接的螺栓即可。

本实施例喷射水流入口的截面积略小于水平圆管上开设的所有小孔的面积之和，水平圆管上开设的多个小孔面积之和略小于入口法兰的总面积，冷却水经进水法兰入口，到水平圆管的小孔，再到喷射水流入口，最后到狭缝水流喷射出口，其过流截面积逐渐减小，用以确保水压和水流的稳定。

水平圆管与箱体的侧壁均保持设定的距离，以确保水流通畅，使从水平圆管的小孔中流出的水能迅速无碍地充满箱体。本实施例用于形成狭缝的固定板与可调节板相对的斜面为光滑斜面，便于水流的喷射。

本发明冷却装置的工作过程：冷却水从进水管组件上端的冷却水入口，经进水法兰、垂直管，进入水平圆管，然后通过水平圆管上开设的多个小孔均匀地流入箱体内，等冷却水几乎灌满箱体后，从喷射水流入口经第一引流板和第二引流板形成的逐渐缩小的引流通道，流入固定板与可调节板形成的狭缝，最后冷却水从狭缝的狭缝水流喷射出口喷射而出，形成扁平喷射流。

当完成冷却任务，需要停止喷水时，控制关闭给水阀门，这时不再有冷却水流入箱体，由于喷射水流入口靠近箱体顶部，因此箱体中只有高过喷射水流入口的少量冷却水会经过引流通道继续从狭缝中流尽，箱体中绝大部分的冷却水还存留在箱体中，保证箱体始终处于冷却状态。

当需要再次喷水冷却时，控制打开给水阀门，这时冷却水再次通过进水管组件进入箱体，由于箱体中已经存有大半箱的冷却水，冷却水的液位位于靠近喷射水流入口的位置，因此只需很少的冷却水就能灌满箱体，再次喷射出扁平射流，而无需重新向箱体内输送整箱的冷却水。

实施例二：

如图3，本实施例二与实施例一的不同之处在于：本实施例二的冷却装置包括一个支撑板，所述的支撑板固定安装在所述箱体的下底板，所述的可调节板通过第一调节螺栓安装在所述箱体的下底板，所述的支撑板通过第二调节螺栓与所述的可调节板连接。

本实施例显示了狭缝宽度的另一种调整形式。本实施例将支撑板固定在箱体的下底板上，以支撑板为支撑，通过第二调节螺栓的拉紧或压紧，即可调节可调节板与固定板之间的相对位置，从而调节狭缝宽度。本实施例不需要使用偏心螺栓，结构简单易加工。

本发明根据冷却工艺要求和钢板中间与边部的冷却梯度要求，通过调整并锁紧偏心螺栓或第二调节螺栓，调整板宽方向的狭缝宽度，实现所需的扁平喷射流。当需要排污时，松开偏心螺栓或第二调节螺栓，扩大狭缝宽度，放水冲洗即可。

本发明的冷却装置，冷却水从进水管组件的进水法兰向下，经水平圆管上开设的小孔流到箱体内，只有在灌满箱体后，才能从第一引流板和第二引流板顶端的喷射水流入口向下从固定板和可调节板形成的狭缝中流出。因此，本发明的冷却装置具有以下优点：

（1）当需要停止喷水时，控制关闭给水阀门，这时只有高过第一引流板和第二引流板顶端喷射水流入口的少量冷却水继续从缝隙中流尽，箱体内绝大部分的冷却水仍然存留在箱体中，因此关闭水流所需的时间也很短，切断响应快；

（2）当需要再次喷水时，控制打开前端阀门，由于箱体中已经存有大半箱的冷却水，冷却水的液位位于靠近喷射水流入口的位置，只需要输送很少的一部分冷却水就能灌满箱体，无需重新向箱体内输送整箱的冷却水，而只需很少的冷却水就能喷射出扁平射流，因此打开的水流所需的时间很短，启动响应快；

（3）由于箱体中始终蓄有大半箱水，因此箱体一直处在冷却状态，即使由于工艺需要暂时不喷水，装置也不会因为轧件（热钢板）的热辐射造成持续升温，装置的防热效果好，装置不易热变形，其内的各个密封件寿命能大幅度地延长，不易漏水。

轧后超快速冷却是提高钢铁材料性能和实现钢种开发的重要工艺手段，扁平射流的冷却能力强，宽度方向比较均匀，是实现超快冷的理想方式。本发明提供的产生扁平射流的冷却装置，不仅具备现有专利的能产生扁平射流和在线调整缝隙的功能，而且完美解决了当前主流冷却形式的开、闭响应慢和抗热辐射能力差等缺点，适用于对板状和带状材料的快速冷却，适用于热轧带钢、中厚板的轧后处理，应用前景较广阔。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种产生扁平喷射流的冷却装置，包括用于储存冷却水的箱体和用于形成喷射流的狭缝，所述狭缝通过设置在箱体内部的引流通道与箱体连通，其特征在于该冷却装置还包括进水管组件，所述进水管组件上端为冷却水入口，该冷却水入口位于所述箱体外部的正上方，所述进水管组件下端为设置在箱体内部且水平放置的水平圆管，所述水平圆管的两侧开设有小孔；

所述的引流通道是由倾斜设置的第一引流板和第二引流板形成的逐渐缩小的倾斜缝隙，所述箱体的下底板开设有与所述引流通道相配合的槽，所述第一引流板和第二引流板通过所述的槽嵌装在箱体的下底板上，所述引流通道的上端为喷射水流入口，所述的喷射水流入口位于靠近所述箱体顶部的位置，所述引流通道底端通过所述的槽与所述的狭缝连通；

所述的狭缝由一个固定板和一个可调节板形成，狭缝宽度沿板宽方向可调节，所述固定板和可调节板均位于所述箱体的外部、安装在所述箱体的下底板上，所述的可调节板与所述箱体的下底板之间设置有耐温密封条，所述狭缝与引流通道相连的一端为弧形。

2.根据权利要求1所述的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于所述的可调节板与所述箱体的下底板之间设置有耐温密封条。

3.根据权利要求1所述的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于所述可调节板上安装有偏心螺栓，所述的可调节板通过所述的偏心螺栓固定在所述箱体的下底板上，通过调整所述偏心螺栓的偏心量，调节所述的狭缝宽度。

4.根据权利要求1所述的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于该装置包括一个支撑板，所述的支撑板固定安装在所述箱体的下底板，所述的可调节板通过第一调节螺栓安装在所述箱体的下底板，所述的支撑板通过第二调节螺栓与所述的可调节板连接，通过第二调节螺栓的拉紧或压紧，调节所述的狭缝宽度。

5.根据权利要求1所述的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于所述的进水管组件包括进水法兰、垂直管、三通和水平圆管，水平圆管在最下端，水平圆管通过三通与垂直管和进水法兰连通，所述的进水法兰与三通的高差根据需要由垂直管的长度确定。

6.根据权利要求1所述的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于所述可调节板和固定板形成狭缝的面为光滑斜面。

7.根据权利要求5所这的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于冷却水经进水法兰入口，到水平圆管的小孔，再到喷射水流入口，最后到狭缝水流喷射出口，其过流截面积逐渐减小，用以确保水压和水流的稳定。

8.根据权利要求1所述的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于所述的水平圆管与箱体的侧壁均保持设定的距离，用以确保从水平圆管的小孔中流出的水能迅速无碍地充满箱体。

9.根据权利要求1所述的产生扁平喷射流的冷却装置，其特征在于所述的箱体的下底板通过螺栓与箱体的侧壁固定安装。