CN1049303A - 冷却热轧板材的方法 - Google Patents

Abstract

冷却热轧板材的方法，它是不断地将与板材(1) 的表面成一角度(α)的，彼此相对的两股定向液流(6) 形式的冷却液输送至板材(1)的表面上，同时在两股 液流之间，借助从板材(1)反射回来的液流形成冷却 液层(9)，该冷却液层处在稳定的沸腾薄膜状态中。 与基本液流的同时，输送两股附加的冷却液流(7)，每 一股附加液流的方向均是指向与基本液流(6)中的一 股液流十分接近的冷却液层(9)的一个部分。

Description

冷却热轧板材的方法

本发明属于金属轧制，即属于热轧板材或带材的方法，並涉及热轧轧板材的冷却方法。

所建议的冷却热轧板材的方法可以在热轧轧机上，在精轧板材或带材阶段以及直接在将板材和带材卷绕在卷筒上之前，主要是在冷却钢板情况下使用。

除此之外，热轧板材冷却方法可以在，例如在淬火机中热处理板材时使用。

对板材质量具有重大影响的生产热轧板材工艺过程的重要阶段之一是在轧制结束，将板材卷绕在卷筒上之前保证规定的板材冷却的温度规范。在轧制结束时，钢板温度约为900℃。为了获得所要求的金属结构，对于每一品种的钢板和不同的轧制速度，要求有自己的冷却温度规范。

下面这种冷却热轧板材的方法获得了广泛的推广：它是将均匀分布在板材表面被冷却部分上面的收集器喷咀中自由流出的喷流形式的冷却液输送至热轧板材上。这个方法的特点是冷却基本上是在喷流与板材表面接触地方的局部上进行的，这使得板材冷却不均匀，板材质量变坏，其轧制速度，也就是轧机的生产率受到限制。

已知也有一种可以比较均匀的冷却板材表面的热轧板材冷却方法。这种方法是：不断将与板材表面成一定角度的，彼此相对的两股定向液流形式的冷却液送至板材表面，同时在两股液流之间，借助从板材表面反射回来的液流形成一个冷却液层，这个冷却液层处在稳定的沸腾薄膜状态，在这种状态下，在“液-汽”分离表面上产生驻波。连续的冷却流层的形成只有当冷却液从喷嘴流上的速度不高时才可能。这种冷却热轧板材的方法不可能改变金属冷却的温度规范，特别是，不可能提高其冷却强度，因为，为了提高冷却强度，必须提高输送的冷却液流的压头。这将使反射回来的冷却液流脱离板材表面，这样就不可能在板材表面形成一个处于稳定的沸腾薄膜状态的冷却液层。因此，这种方法不可能保证板材冷却的温度规范具有高的冷却速度。

本发明的目的是要创造一种冷却热轧板材的方法，它可以保证具有高冷却速度的板材冷却温度规范，因而能够提高轧机的生产率。

本发明的实质是，在冷却热轧板材的方法中，不断将以一定角度，彼此相对的两股定向液流形式的冷却液输送至板材表面上，同时借助从板材表面反射回来的液流形成一个冷却液层，冷却液层处在稳定的沸腾薄膜状态，在该状态下，在“液-汽”分离表面上产生驻波；与输送上述液流的同时，输送另外两股冷却液流将反射液流压向板材表面，反射液流被指向与最初的两股液流非常接近的冷却液层部分。

将附加的冷却液流输送至离基本液流很近的冷却液层部分上可使相交的冷却液流——反射的和附加的——的合成速度向量的方向实际上平行于板材表面，並且当基本液流的速度很大时，不致使反射液流脱离板材表面。同时，对于每一种规定的冷却规范，冷却液层稳定的沸腾薄膜状态容易通过使基本的和附加的液流相互定向，即改变它们之间的角度，以及利用形成基本和附加液流的喷流压头的比例关系来保证。

使附加的冷却液流的方向彼此相对，与板材表面成一定角度是有利的。在这种情况下，基本的与附加的液流均指向一个方向，这样实际上不会产生飞溅和翻滚的浪花，这就保证了冷却液层的连缺性。

为了保证和保持附加液流与板材表面之间的，实际上可使反射液流完全压向板材表面的所要求的角度，最好使用导电液体作为冷却液，並且在附加的冷却液流上加上静电场。在这种情况下，很容易在规定的冷却规范下保持附加液流落下的必要角度。当改变冷却规范时，可以很容易和快速地改变附加液流的落下角度。

为了保证板材冷却的高速度，最好在输送基本的和附加的冷却液流的同时，在附加液流之间的冷却液层中至少在两个点上激发振动，这两个点之间的距离为(1.1～1.7)驻液长。在这种情况下，“液-汽”分离边界使自己振动的振幅增加，这使得液体与金属接触。最终增加金属的冷却速度。

利用气流在冷却液层中激发振动是最容易的。

这样，所建议的冷却热轧板材的方法可以将轧制速度提高10～20％，这在现代轧制速度条件下，可以大大提高轧机的生产率。

下面，本发明将用其具体实施例和附图加以说明，其中：

图1为根据本发明，用示意图方式表示的按照所建议方法板材冷却部分的总图(轴测投影)；

图2表示在图1II-II线方向上截面的放大图；

图3为根据本发明，用示意图方式表示的具有按照所建议方法与板材表面成不同角度的基本和附加冷却液流的板材冷却部分的侧视图；

图4表示根据本发明与图3所示一样的侧视图，不过带有与附加冷却液流相互作用的电极。

图5表示根据本发明的在板材表面上的冷却液层的一部分，它带有一根按照所建议方法输送激发振动的气流的管道。

所建议的冷却热轧板材的方法如下。当把板材1(图1)沿着放置在最后一个精轧机架(图中没有示出)后面的轧机运输辊道2移动时，利用冷却液流将板材从大约900℃的温度冷却至550℃，作为冷却液最经常使用的是水。通过管道系统将冷却液输送至配置在运输辊道2的上方，与其液柱(辊子)平行的管状收集器3，4。多对管状收集器3，4构成10至20个冷却地段5。每一个冷却部分5由两个输送基本冷却液流6至板材1上的管状收集器3组成。根据板材1宽度的不同，管状收集器3之间的距离H可为2～5米。管状收集器3与辊道2表面之间的距离B可为0.8～1.2米。在输送基本冷却液流6的管状收集器3之间放置着输送附加冷却液流7的管状收集器4，相邻管状收集器3与4之间的距离H可为0.3～1.0米。相邻部分5的管状收集器3安装可带有允许的间隙。管状收集器3，4装配成可绕自身轴线回转，並且每一个收集器都有许多喷咀8，它们彼此之间距离相同，同时，喷咀8之间的距离应该使从收集器3，4中的每一个收集器的喷咀8流出的单独的冷却液喷流在板材1表面的附近相应地形成一个统一的液流。每一个喷咀8的直径可为8～16毫米。

在每一个部分5上，同时将从相应的管状收集器3与4中流出的基本的和附加的冷却液流6与7输送至板材1表面上，板材1根据所要求的冷却规范不同，以7～12米/秒的速度沿运输辊道2运动，同时在基本与附加冷却液流之间，利用从板材表面反射回来的液流形成厚度为0.03～0.1米的，处在稳定的沸腾薄膜状态中的冷却液层9。这种沸腾的特点是，冷却液层9 (图2)与板材1的表面以厚度为0.2～0.3毫米的蒸汽层10隔开，这时在“液-汽”分离表面P上产生驻液，其长度L_s如众所周知，可按下式决定： $L=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{6}{g(1-2)}}$ 式中 σ——冷却液的表面张力系数，牛顿/米；

 g——自由降落加速度，米/秒²：

ρ₁——冷却液密度，公斤/米³；

ρ₂——蒸汽密度，公斤/米³。

对于水，驻波长度L为0.17米。

基本液流6是以与板材1表面成角度α(图3)，彼此相对输送的。这个角度α可为15°～80°，並取决于管状收集器3之间的距离H与冷却规范，同时由收集器3的回转来给定。基本液流6的速度为3～6米/秒。附加的冷却液流7是从管状收集器4，以与板材1表面成β角，彼此相对来输送的。附加的液流7用于将反射液流压向板材1的表面。

这些附加液流7的方向可以垂直于板材1的表面，因为在这种情况下，将液流输送至板材1上的过程可以简化。但是，将反射液流7压向板材1表面的条件较坏，因为附加的和基本的液流的向量具有对面相迎的方向，这常常会导致产生飞溅和破坏冷却液层9的连续性。

角度β决定于角度α，通常大于或等于它，可为20°～90°。当调整规定的冷却规范时，根据压头的不同，用肉眼来选择角度β，使得冷却液层9不脱离板材1的表面。附加液流7的速度总是大于或等于基本液流6的速度，並可为3～6米/秒。

假如管状收集器3，4静止不动，而冷却液的压头可以在这样的范围内增加，以致用附加的液流7不可能将反射液流压向板材1的表面，则通常采用导电液体作为冷却液。一般任何用于冷却的工业用水都是导电的。在附加的冷却液流7上可加上静电场，以保持附加液流7输送所要求的角度。静电场是利用电极11产生的(图4)，电极上加有50～120千伏的高电压。(在静电场中，附加液流7的运动轨迹被弯曲，这就可以使彼此相交的液流的速度合成向量的方向实际上平行于板材1的表面。电极11可作成定装在离附加液流7非常近的地方，平行于管状收集器4的芯轴的形式。

为了提高板材1的冷却强度，最好在冷却液层9中，至少在两个点上另外再激发起振动，该两点之间的距离L₁(图5)为相应于““液-汽”分离表面P的稳定状态的驻波长度L的1.1～1.7倍。在冷却液层9中的振动使“液-汽”分离边界P的振动振幅和频率增加。为了使冷却液能够接触板材表面，必需在规定的范围内选择强迫振动的波长，这个范围是在分析在薄膜沸腾条件下，“液-汽”二相介质的流体动力平衡条件的基础上决定的。这种介质最稳定的存在在术语上称为“泰勒波”。当距离L₁＜1.1L时，“液-汽”分离边界P保持稳定状态，液体与金属不接触。当距离L₁＞1.7L时，振动迅速衰减，因为冷却液层运动，同时振动不叠加。可以用任何一种已知的方法在冷却液层9中激发这些振动。最简单是利用气流来激发振动，作为气体一般可用空气。气流通过与具有压缩空气的管道13相连的支管12输送，支管12在冷却液层的中间部分插入冷却液层9中，並且支管(喷咀)之间的距离L₁定为0.18～0.29米。当支管12的直径为0.01～0.02米时，两个支管12的空气流量为15～25米³/时，为了使空气流达到“液-汽”分离表面P，並在其上激发振动，这样的流量是足够了。

为了更好地理解冷却热轧板材的方法，下面举出一些其具体的实施例子。

例1

在热轧机的导出运输辊道2(图1)上，以7米/秒的速度输送厚度为3毫米，宽度为1.2米的板材1。在12秒钟内将板材1从900℃的温度冷却至580℃，即速度达到约27米/秒。在长度为84米的运输辊道2的部分上作出H＝5米的16个冷却部分5。每一个管状收集器3，4都各有10个输出孔直径为12毫米的喷咀8。通过每一个收集器3，4的水流量为32米³/时。收集器3，4放置得使每一个喷咀8的轴线对板材1的表面成50°角。这时，α与β角亦不50°。附加液流7从与收集器3距离为h＝0.35米的收集器4中输送至反射水流可能脱离板材1的表面的部分上。这时，没有观察到反射液流脱离板材1表面。板材1在16个部分5的每一个下面通过时冷却20℃，在冷却结束时，板材的温度等于规定的温度。使用所建议方法的这种冷却速度比已知的冷却速度高10％。

例2

热轧板材的冷却方法基本上与例1中相同，只有一点例外，即输送附加液流7的收集器4静止不动，喷咀8的轴线与板材1表面之间的角度等于70°，从而给出角度β＝70°。芯轴形式的电极11安装在距离运输辊道2为0.5米的高度上，同时与收集器4的喷咀8的距离为0.1米。电极上加有100千伏的电压。在电极11的静电场作用下，附加液流7的轨迹弯曲，在液流的相交点上角度β为55°。这时，没有发现反射液流脱离板材1的表面，这样就可保证规定的速度和冷却强度。

例3

在热轧机的引出辊道2上输送电机钢制的板材1。板材1厚度为2.2毫米，宽度为1.5米。在卷绕在卷筒上之前，必需在7秒钟内将板材从880℃冷却至600℃，即冷却速度达40℃/秒。有10对管状收集器3进入工作，输送基本液流6至板材1的角度α为55°。有10对输送附加液流7的管状收集器4进入工作。输送液流7至板材1的角度β为62°。同时沿着5根支管输送空气，这些支管以其末端插入冷却液层9中，距离板材1表面0.1米。支管之间的距离为0.23米，约为1.3L，空气压头为0.23兆帕，支管直径为16毫米。

在这种情况下，可以保证电机钢制的板材的规定冷却速度(40℃/秒)，这种钢要求板材冷却速度高。利用所建议方法的这种冷却速度可以将轧机生产率提高20％。

Claims (6)

1.一种冷却热轧板材的方法，它就是：不断地将与板材(1)的表面成一角并(α)的，彼此相对的两股定向液流(6)形式的冷却液输送至板材(1)的表面上，同时在两股液流(6)之间，借助由板材(1)表面反射回来的液流形成一个冷却液层(9)，该冷却液层处在稳定的沸腾薄膜状态下，这时在“液-汽”分离表面(P)上产生驻波，其特征为：在输送基本液流(6)的同时，输送两股附加的冷却液流(7)，每一股附加冷却液流的方向部指向与相应的基本液流(6)十分接近的冷却液层(9)的一个部分。

2.根据权利要求1的冷却热轧板材的方法，其特征为：附加冷却液流(7)的方向为与板材(1)的表面成一角度(β)，彼此相对。

3.根据权利要求1或权利要求2的冷却热轧板材的方法，其特征为：通常使用导电液体作为冷却液，並且在附加冷却液流(7)上加有静电场。

4.根据权利要求1或权利要求2的冷却热轧板材的方法，其特征为：在冷却液层(9)中，在附加液流(7)之间，在与输送基本的和附加的冷却液流(6、7)的同时，应至少在两个点上激发振动，过两点之间的距离(L₁)为驻波长(L)的1.1～1.7倍。

5.根据权利要求3的冷却热轧板材的方法，其特征为：在冷却液层(9)中，在附加液流(7)之间，在与输送基本的和附加的冷却液流(6，7)的同时，应至少在两个点上激发振动，这两点之间的距离(L)为驻液长的1.1～1.7倍。

6.根据权利要求4的冷却热轧板材的方法，其特征为：利用气流在冷却液层中激发振动。

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