CN104772353B - 热轧控冷喷淋集管装置及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热轧控冷喷淋集管装置及其冷却方法，其包括：喷淋集管、缓流平衡装置、节流板、多个分流帽、多个微调喷射部件与多个U型管；所述缓流平衡装置平行安装于所述喷淋集管的内腔，所述节流板安装于所述喷淋集管上部，多个所述分流帽以错位排列的方式，按两行均匀地嵌入在所述节流板上，每个所述分流帽均对应连通一个所述U型管的一端，且每个所述U型管在远离所述节流板一端的内部均对应设置一个微调喷射部件。本发明有效地提高喷淋管的冷却综合可控能力和目标吻合适应能力，实现通过喷淋装置需求和目标达到相一致的对应控制能力，达到满足板带生产的均匀性冷却控制的目的。

Description

热轧控冷喷淋集管装置及其冷却方法

技术领域

本发明属于热轧带钢或中厚板的控冷技术领域，具体的涉及用于热轧带钢轧后控制冷却、轧后板带热处理，确切的说是一种针对热轧带钢层流冷却喷淋集管通过集管腔体的结构转变以满足板带冷却控制的均匀性要求，同时，能根据板带宽幅冷却的不同特点以实现宽度水凸度控制的装置及其冷却方法。

背景技术

热轧优质带钢或者热轧板带生产是目前钢铁业中的重要领域，对后续生产及运用起到相当重要的作用。尤其是对热轧带钢高强钢生产的需求量更多，产品质量需求更高，以水代金提高板材的综合性能，已成为热轧生产的迫切需求，更是节能减排的重要举措。在目前钢材市场的日益竞争的环境下，如何提高生产工艺、降低生产成本、提高钢材优质产品，是钢铁企业的头等大事，钢铁企业应不惜重金研发新工艺、新装备。

然而，在传统的TMCP（Thermo Mechanical Control Process，在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却的技术总称。）下，热轧带钢层流冷却生产中的瓶颈技术在于冷却不均匀、冷后变形大、板形差。虽然大多数企业都采用了边部遮挡、集管分区阀门调节、头尾延时控制等技术，但使用效果均不够理想。一是带钢边部过冷，甚至宽幅冷却不均而瓢曲，二是头尾翘曲变形严重。究其原因在于：上述方案在一定程度上均未将装置与冷却对象之间建立起等量的数量关系，还包括由于设备复杂，操作也不够方便、控制不准，造成实际冷却效果不佳。因此，需要寻求喷淋集管与冷却对象之间的准确的数量对应关系，以此解决热轧钢层流冷却生产过程中造成的冷却不均匀、冷后变形大、板形差的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种热轧控冷喷淋集管装置及其冷却方法，用于解决现有技术中因喷淋集管装置与待冷带钢之间配合不协调，造成的热轧带钢层流冷却生产过程中的冷却不均匀、冷后变形大、板形差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种热轧控冷喷淋集管装置，所述热轧控冷喷淋集管装置至少包括：喷淋集管、缓流平衡装置、节流板、多个分流帽、多个微调喷射部件与多个U型管；所述缓流平衡装置平行安装于所述喷淋集管的内腔，所述节流板安装于所述喷淋集管上部，多个所述分流帽以错位排列的方式，按两行均匀地嵌入在所述节流板上，每个所述分流帽均对应连通一个所述U型管的一端，且每个所述U型管在远离所述节流板一端的内部均对应设置一个微调喷射部件。

作为本发明的热轧控冷喷淋集管装置的一种优选方案，所述热轧控冷喷淋集管装置还包括控制阀，所述控制阀安装在所述喷淋集管的一端。

作为本发明的热轧控冷喷淋集管装置的一种优选方案，所述缓流平衡装置上设置有多个通孔。

作为本发明的热轧控冷喷淋集管装置的一种优选方案，所述通孔的孔径沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布，所述通孔的分布位置沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布。

作为本发明的热轧控冷喷淋集管装置的一种优选方案，所述分流帽的孔径大小、所述分流帽的分布位置与所述微调喷射部件的大小满足下列曲线方程，所述曲线方程为：

式中，ω为机械结构几何尺寸影响系数；为冷却介质物性系数的常积函数；λ(x)为冷却对象的介质物性系数的常积函数；ΔT(x)为距离板带宽度中心处x距离值的温度变化，为距离板带宽度中心处x距离值的温度变化值的导数，y（x）为曲线方程。

本发明的另一目的在于提供一种热轧控冷喷淋集管装置的冷却方法，所述冷却方法具体包括：

步骤1，根据所述热轧板带的类型，调节所述喷淋集管装置的控制阀，控制所述喷淋集管内水流的水压大小；

步骤2，当所述水流流通至所述缓流平衡装置时，根据所述热轧板带的宽度，调节所述通孔的分布位置及孔径大小，均匀所述水流的水压；

步骤3，当所述热轧板带达到所述喷淋集管装置的冷却范围时，均匀流入所述节流板与所述U型管的水压，根据所述分流帽的分布位置与孔径大小，调节所述U型管的喷水位置；

步骤4，当所述热轧板带达到所述喷淋集管装置的冷却范围时，根据所述热轧板带类型、厚度与宽度，通过所述微调喷射部件控制U型管的喷水量。

优选地，所述喷淋集管内水压的大小为0.3～1Mpa。

如上所述，本发明的一种热轧控冷喷淋集管装置及其冷却方法，具有以下有益效果：

首先，通过在喷淋集管内部安装缓流平衡装置，避免了常规喷淋集管因内部压力不规则，造成喷淋集管出口压力波动大的现象，均匀了喷淋集管的内部压力；其次，喷淋集管对带钢宽幅变化时所需冷却水量的控制，吻合板带沿宽度方向的自身需水量进行对应喷淋冷却，满足带钢宽度方向上的均匀冷却需求；最后，喷淋集管上的控制阀与微调喷射部件相配合，可实现多点微调控制，满足不同规格的品种需求，能使用不同状态的冷却控制要求。

通过轧控冷喷淋集管装置的冷却方法，在冷却过程中，可根据板带的类型、宽度与厚度综合考虑，且从板带的宽度方向上看，所述喷淋集管的分流帽与所述微调喷射部件在宽向上的分布为多点拟合的类似于平坦的曲线，喷淋集管对板带的宽度方向具有较强的吻合适应能力，能适应带材的冷却要求；对提高喷淋集管的喷淋冷却的均匀性和适应性，提高喷淋集管的综合冷却强度，具有高度实用性。

附图说明

图1显示为本发明的实施例提供的热轧控冷喷淋集管装置结构示意图；

图2显示为本发明的实施例提供的热轧控冷喷淋集管装置K向视图；

图3显示为本发明的实施例提供图2中的热轧控冷喷淋集管装置S-S剖视图；

图4显示为本发明的实施例提供图2中的热轧控冷喷淋集管装置H-H剖视图；

图5显示为本发明的实施例提供图4中的热轧控冷喷淋集管装置分流帽口径拟合图；

图6显示为本发明的实施例提供的热轧控冷喷淋集管装置的冷却方法流程图。

元件标号说明：

1、喷淋集管，2、U型管，3、控制阀，4、缓流平衡装置，5、节流板，6、分流帽，7、微调喷射部件。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图4所示，一种热轧控冷喷淋集管装置，所述热轧控冷喷淋集管装置至少包括：喷淋集管1、缓流平衡装置4、节流板5、多个分流帽6、多个微调喷射部件7与多个U型管2；所述缓流平衡装置4平行安装于所述喷淋集管1的内腔，所述节流板5安装于所述喷淋集管1上部，多个所述分流帽6以错位排列的方式，按两行均匀地嵌入在所述节流板5上，每个所述分流帽6均对应连通一个所述U型管2的一端，且每个所述U型管2在远离所述节流板5一端的内部均对应设置一个微调喷射部件7。

在本实施例中，其中，所述热轧控冷喷淋集管的型号优选为LSD，所述微调喷射部件7隐藏安装于所述U型管的一端内部，所述节流板5安装于所述喷淋集管1的上部，且所述节流板5与所述缓流平衡装置4相对平衡，所述节流板5上设置贯穿其的多个分流帽6，所述U型集管2两两之间呈现相对排列，并且每个所述U型管2的一端均包裹着一个分流帽6，使得经过所述分流帽6的水压流入所述U型管2。

具体地，所述热轧控冷喷淋集管装置还包括控制阀3，所述控制阀3安装在所述喷淋集管1的一端。

在本实施例中，通过所述控制阀3控制水流进入所述喷淋集管1的水压大小，调节所述水流的压力为操作者所需的状态。

具体地，所述缓流平衡装置4上设置有若干通孔。

在本实施例中，所述通孔的孔径沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布，所述通孔的分布位置沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布。

具体地，在本实施例中所述缓流平衡装置4镶嵌安装在所述喷淋集管1内，且平铺安装于所述喷淋集管1内部，在所述缓流平衡装置4的调节下保证了节流板5进入水压分布均匀流态，当水流进入节流板5时，通过分流帽6与微调喷射部件7的平衡作用，将水流准确的转变为待冷带钢所需的水流量和水流状态，同时根据实际使用状态还可以通过微调喷射部件进行修正调节，以满足实际生产的需求。

按照控冷理论可知：喷淋集管1的喷水量以及沿宽度和长度方向的水流分布是影响板带喷淋冷却的重要因素，因而对板带宽度方向以及纵向方向上的冷却均匀性是冷却控制的一项非常重要的指标，由于中部的喷水量自然沿两边扩散，理论上导致边部的冷却水量与中部的冷却水量有所不同，若仅依靠阀门的整体调节在实际生产中根本不可能很好的满足使用要求。本实施方案就是对喷淋集管1采用预设值、修正可调的凸度模式，符合板带喷淋冷却的宽向冷却规律。

同时，本发明高效层流冷却装备技术作为新一代控制轧制和控制冷却的新型技术，与传统的TMCP技术相结合，建立起合理的综合控制体系，以解决传统控制冷却技术在装备本身的开发上必须具有良好的综合调节可控的性能，能与目标冷却建立一一对应关系，达到最佳的冷却换热效果，从而满足精确控制板带生产工艺的需求。

具体地，如图5所示，为本实施例中热轧控冷喷淋集管1装置分流帽口径拟合图，所述分流帽6的孔径大小、所述分流帽6的分布位置与所述微调喷射部件7的大小满足以下曲线方程决定，所述曲线方程为：

式（1）中，ω为机械结构几何尺寸影响系数；为冷却介质物性系数的常积函数；λ(x)为冷却对象的介质物性系数的常积函数；ΔT(x)为距离板带宽度中心处x距离值的温度变化，为距离板带宽度中心处x距离值的温度变化值的导数，y（x）为曲线方程。

在本实施例中，所述分流帽6的分布位置、所述分流帽6孔径大小与所述微调喷射部件7的大小，在带钢的宽向上多点拟合可形成光滑曲线。

如图6所示，为本发明的实施例提供的热轧控冷喷淋集管装置的冷却方法流程图，所述冷却方法具体包括：

在步骤S601，根据所述热轧板带的类型，调节所述喷淋集管装置的控制阀3，控制所述喷淋集管内水流的水压大小；

其中，由于所述热轧控冷喷淋集管装置的型号为LSD，因此，所述热轧板带的类型为LSD。所述控制阀3只能粗略的控制喷淋集管内水流的压力，不能够精确的控制流淌至每个U型管2水压，所述喷淋集管内水压的大小为0.3～1Mpa，根据需求调节所述水流的压力为操作者所需的状态。

在步骤S602，当所述水流流通至所述缓流平衡装置时，根据所述热轧板带的宽度，调节所述通孔的分布位置及孔径大小，均匀所述水流的水压；

当所述述喷淋集管内水流的水压为0.3～1Mpa时，所述缓流平衡装置4镶嵌安装在所述喷淋集管1内，且平铺安装于所述喷淋集管1内部，所述通孔的孔径沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布，所述通孔的分布位置沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布，在所述缓流平衡装置4的调节下保证了节流板5进入水压呈分布均匀流态，当水流进入节流板5时，通过分流帽6与微调喷射部件7的平衡作用，将水流准确的转变为待冷带钢所需的水流量和水流状态。

在步骤S603，当所述热轧板带达到所述喷淋集管装置的冷却范围时，均匀流入所述节流板与所述U型管的水压，根据所述分流帽6的分布位置与孔径大小，调节所述U型管的喷水位置；

所述分流帽6的分布位置、所述分流帽6孔径大小与所述微调喷射部件7的大小，在热轧板带的宽向上多点拟合可形成光滑曲线，其中，所述分流帽6的孔径大小、所述分流帽6的分布位置与所述微调喷射部件7的大小满足式（1）中的曲线方程。

在步骤S604，当所述热轧板带达到所述喷淋集管装置的冷却范围时，根据所述热轧板带类型、厚度与宽度，通过所述微调喷射部件控制U型管的喷水量。

在本实施例中，当所述热轧板带达到所述喷淋集管装置的冷却范围时，根据热轧板带实际的类型、厚度与宽度，预设喷淋集管的喷水量，设置所述微调喷射部件的开关大小，使得所述喷淋集管装置具有综合调节可控的性能，能与目标冷却建立一一对应关系，达到最佳的冷却换热效果，从而满足精确控制板带生产工艺的需求。

所述热轧控冷喷淋集管装置的工作原理：当水流进入至喷淋集管1时，通过控制阀3调节所述喷淋集管1的水压大小，调节至所述操作者所需的水压状态，当水流通过所述缓流平衡装置4时，由于缓流平衡装置4内设置的多个通孔，所述通孔的分布位置沿热轧板带的宽度方向呈正态分布，所述通孔的孔径大小也沿热轧板带的宽度方向呈正态分布，导致流过所述喷淋集管1内的水压被均化，使得进入所述节流板5的水压呈分布均匀状态；当水流进入到所述节流板5时，通过所述分流帽6与所述U型管2上的微调喷射部件7平衡分流作用，同时，所述分流帽6的分布位置、所述分流帽6的孔径位置以及所述微调喷射部件7调控的大小，均按照式（1）中的曲线方程分布；通过对喷淋集管1内的喷水量与喷水位置实行预设值、修正可调的凸度模式，使得水流准确的转变为待冷带钢所需的水流量和水流状态，同时根据实际使用状态还可以通过微调喷射部件进行修正调节，以满足实际生产的需求。

综上所述，首先，通过在喷淋集管1内部安装缓流平衡装置4，避免了常规喷淋集管1因内部压力不规则，造成喷淋集管1出口压力波动大的现象，均匀了喷淋集管1的内部压力；其次，喷淋集管1对带钢宽幅变化时所需冷却水量的控制，吻合热轧板带沿宽度方向的自身需水量进行对应喷淋冷却，满足热轧板带或者带钢宽度方向上的均匀冷却需求；最后，喷淋集管1上的控制阀3与喷淋集管1相配合，通过一一对每个微调喷射部件7可实现多点微调控制，满足不同规格的品种需求，能使用不同状态的冷却控制要求。

在所述喷淋集管1上新增LSD喷淋集管装置能有效提高喷淋管的冷却综合可控能力和目标吻合适应能力，实现通过喷淋装置需求目标达到相一致的对应控制能力，达到满足板带生产的均匀性冷却控制的目的。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种热轧控冷喷淋集管装置，其特征在于，至少包括：

喷淋集管、缓流平衡装置、节流板、多个分流帽、多个微调喷射部件与多个U型管；所述缓流平衡装置平行安装于所述喷淋集管的内腔，所述节流板安装于所述喷淋集管上部，多个所述分流帽以错位排列的方式，按两行均匀地嵌入在所述节流板上，每个所述分流帽均对应连通一个所述U型管的一端，且每个所述U型管在远离所述节流板一端的内部均对应设置一个微调喷射部件；所述热轧控冷喷淋集管装置还包括控制阀，所述控制阀安装在所述喷淋集管的一端；所述缓流平衡装置上设置有多个通孔；其中，所述通孔的孔径沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布，所述通孔的分布位置沿热轧板带的宽度方向呈现正态分布。

2.根据权利要求1所述的热轧控冷喷淋集管装置，其特征在于，所述分流帽的孔径大小、所述分流帽的分布位置与所述微调喷射部件的大小满足下列曲线方程，所述曲线方程为：

式中，ω为机械结构几何尺寸影响系数；为冷却介质物性系数的常积函数；λ(x)为冷却对象的介质物性系数的常积函数；ΔT(x)为距离板带宽度中心处x距离值的温度变化，为距离板带宽度中心处x距离值的温度变化值的导数，y(x)为曲线方程。

3.一种热轧控冷喷淋集管装置的冷却方法，包括采用权利要求1至2中任意一项所述的热轧控冷喷淋集管装置，所述冷却方法具体包括：

步骤1，根据所述热轧板带的类型，调节所述喷淋集管装置的控制阀，控制所述喷淋集管内水流的水压大小；

步骤2，当所述水流流通至所述缓流平衡装置时，根据所述热轧板带的宽度，调节所述通孔的分布位置及孔径大小，均匀所述水流的水压；

步骤3，当所述热轧板带达到所述喷淋集管装置的冷却范围时，均匀流入所述节流板与所述U型管的水压，根据所述分流帽的分布位置与孔径大小，调节所述U型管的喷水位置；

步骤4，当所述热轧板带达到所述喷淋集管装置的冷却范围时，根据所述热轧板带类型、厚度与宽度，通过所述微调喷射部件控制U型管的喷水量。

4.根据权利要求3所述的热轧控冷喷淋集管装置的冷却方法，所述喷淋集管内水压的大小为0.3～1Mpa。