CN107537870B - 一种优质大棒材控冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优质大棒材控冷装置，应用在钢铁冶金大棒材控温冷却生产技术领域，包括沿棒材运行方向顺序连接的进水管、喷嘴机构、湍流管段、上回水管和下回水管，喷嘴机构包括喷嘴外壳和设置其内的内锥套与外锥套；内锥套与外锥套具有匹配的锥面，且两者相互靠近形成喷环结构；湍流管段包括直管段与夹角段；夹角段包括扩张孔和收缩孔。主要解决现有的大棒控冷装置冷却强度不足，冷却过程中喷环结构磨损不均，拆装困难的问题。本发明提供一种优质大棒材控冷装置，在保证大棒冷却强度足够的同时，可有效提高大棒材控冷装置的灵活性，降低大棒生产过程中的生产成本，提高企业经济效益。

Description

一种优质大棒材控冷装置

技术领域

本发明属于钢铁冶金大棒材控温冷却生产技术领域，具体涉及一种优质大棒材控冷装置。

背景技术

近年来，我国钢铁产能过剩、长材市场竞争激烈，竞争形式已从产量竞争向技术竞争与成本竞争转变。轧后控冷技术作为提高棒材机械性能的有效方法在近期得到快速发展，结合大压下低温轧制，通过控制轧后棒材的冷却速度，达到细化晶粒、优化显微组织和性能的目的。由于该技术可简化甚至省略热处理工序，降低生产成本，缩短线材生产周期，并提高生产效率，因此具有较好的经济效益和社会效益。然而，由于大棒材冷却断面上和圆周上冷却的不均匀性，大棒材控温水冷是一项非常难以解决的技术问题，目前国内只有东北特钢、凌源钢厂等少数几个大棒材生产厂家使用大棒材轧后控温水冷技术，而且主要集中在对Φ75mm以下圆钢进行冷却，个别厂家可以将水冷规格拓展到Φ90mm，Φ90mm以上大棒材的控温水冷在国内及国外的生产厂中几乎没有使用。尽管该项技术目前尚不完全成熟，但却可有效提高产品组织性能，尤其是对以轴承钢为代表的优质钢控制冷却效果极为明显，可大幅提高产品的市场竞争力，所以近几年新建的大棒材生产线多有在生产线为该设备预留了位置，只待该项技术取得突破时采用，便于依托优质产品快速占领市场。

大棒材穿水冷却系统可以对轧制前后的高温棒材进行强制冷却和在线热处理的设备，可有效提高轧后大棒材的综合机械性能，喷嘴是棒材穿水冷却系统中的关键部件。目前，棒线材穿水冷却系统所用的喷嘴主要是圆环喷射式结构形式。圆环喷射式喷嘴主要由内锥套与外锥套构成，内锥套与外锥套之间形成环形缝隙，冷却水经该环型缝隙高速喷出并冷却大棒材表面。

目前，国内大棒材车间主要采用的水冷装置主要有直喷式、直管式和文氏管式三种结构，这三种结构具体描述如下：

直喷式水冷装置：喷嘴由外锥套和内锥套之间形成收敛的环形缝隙构成，冷却水从收敛的环形缝隙喷出，形成流股的射能。

直管式水冷装置：冷却水从喷嘴的底部进入喷嘴的环形通道，冷却水从收敛的环形缝隙喷出。但是在喷嘴后增设了直管，轧件在直管段与冷却水充分接触，增加了水冷强度。

文氏管式水冷装置：冷却水从喷嘴的底部进入喷嘴的环形通道，冷却水从收敛的环形缝隙喷出。但是在喷嘴后增设了湍流段文氏管，轧件在直管段与冷却水充分接触，增加了水冷强度。

综上所述，由于以上现有技术中的水冷装置关键喷嘴结构均采用圆环喷射式结构，即由外锥套和内锥套之间形成收敛的环形缝隙，并通过调整垫片尺寸调整环缝尺寸，受重力影响，大棒材在运行过程中主要与底部的喷嘴、直管或文氏管相互接触，导致底座结构较其他方向结构磨损较大，且喷环结构为整体结构，更换时需要整体更换，拆装不方便，极为浪费生产维护成本。

为了解决大棒控冷装置冷却强度不足，冷却过程中喷环结构磨损不均，拆装困难的问题，本发明提供一种优质大棒材控冷装置，在保证大棒冷却强度足够的同时，可有效提高大棒材控冷装置的灵活性，降低大棒生产过程中的生产成本，提高企业经济效益。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种优质大棒材控冷装置，以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种优质大棒材控冷装置，包括沿棒材运行方向顺序连接的进水管、喷嘴机构、湍流管段和回水管，其特征在于：所述喷嘴机构包括喷嘴外壳，和可拆卸式独立设置其内的内锥套与外锥套；所述内锥套与外锥套为内径相同的中空结构，并具有匹配的锥面，且两者相互靠近形成喷环结构；两者所述中空结构部分连通形成冷却管道；所述内锥套外壁、外锥套外壁与喷嘴外壳内壁围成环形的积水腔，所述积水腔与进水管连通。

优选的，所述湍流管段包括交叉组合连接的直管段与夹角段；所述夹角段内腔由直径不同的扩张孔和收缩孔交叉组合并直线过渡形成波折型结构；所述回水管包括沿棒材运行方向顺次设置在湍流管段出口端的上回水管和下回水管。

优选的，还包括设置在上回水管和下回水管之间的反向水封喷嘴，以及沿棒材运行方向设置在下回水管后端的反向气封喷嘴；所述反向水封喷嘴与棒材运行方向夹角为15～45°，喷射水压为0.1MPa～2.0Mpa；反向气封喷嘴的压缩空气气压0.3MPa～0.6Mpa。

优选的，还包括垫片；所述垫片沿棒材运行方向设置在喷嘴外壳内壁与内锥套或外锥套之间。

优选的，所述内锥套与外锥套匹配的锥面夹角为0°～20°，且外锥套与内锥套相互靠近形成的喷环结构的缝宽沿喷水方向逐渐减小；所述喷水方向与棒材运行方向的喷射夹角为20°～90°，喷射水压为0.1MPa～2.0MPa。

优选的，所述喷嘴机构至少为一组，当喷嘴机构为多组时，沿棒材运行方向，第一组喷环结构的喷射夹角最小，为20°～40°，后续喷环结构的喷射夹角为30°～90°，且与各喷嘴机构连通的进水管彼此独立受控。

优选的，所述夹角段与直管段长度比值范围为1.5～3.0；所述扩张孔和收缩孔间的过渡直线与棒材运行方向夹角均为15°～25°。

优选的，所述反向水封喷嘴和反向气封喷嘴各至少为一组。

优选的，所述冷却管道的内径为喷嘴入口直径；所述直管段的内径为水箱喷嘴名义直径；所述控冷装置不同位置直径由大到小依次为，扩张孔直径>喷嘴入口直径>收缩孔直径>水箱喷嘴名义直径。

优选的，所述水箱喷嘴名义直径与棒材直径差值范围为15mm～50mm。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用的内锥套与外锥套为剖分式结构，装置结构精简，可根据喷环结构的磨损情况及时更换配件，不需要整体更换，实现了拆装方便，生产维护成本降低的目的。

2、本发明采用的上回水管，将其设置在控冷装置的顶部，可保证使冷却水完全充满控冷装置，保证棒材冷却效果的均匀性。

3、本发明采用的扩张孔和收缩孔可改变水流流动状态，进而提高冷却效果，直管段可以有效保证棒材的平稳运行，为提高冷却能力。

4、本发明可根据实际的冷却工艺需求，自行选择喷嘴机构、反向水封喷嘴、反向气封喷嘴等的数量及位置，并可在本文所述范围内自行调控喷射水压、气压、喷射角度、结构夹角以及结构直径等工艺参数，实现大棒材冷却的灵活控制，获得最佳的冷却效果。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明整体结构正视图；

图2为喷嘴机构剖视图；

图3为湍流管段剖视图。

附图中标记如下：进水管1、喷嘴机构2、喷嘴外壳21、内锥套22、外锥套23、喷环结构24、积水腔25、冷却管道26、湍流管段3、直管段31、夹角段32、扩张孔321、收缩孔322、上回水管4、下回水管5、反向水封喷嘴6、反向气封喷嘴7、垫片8。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1～3，一种优质大棒材控冷装置，包括沿棒材运行方向顺序连接的进水管1、喷嘴机构2、湍流管段3和回水管，所述喷嘴机构2包括喷嘴外壳21，和可拆卸式独立设置其内的内锥套22与外锥套23；所述内锥套22与外锥套23为内径相同的中空结构，并具有匹配的锥面，且两者相互靠近形成喷环结构24；两者所述中空结构部分连通形成冷却管道26；所述内锥套外壁22、外锥套23外壁与喷嘴外壳21内壁围成环形的积水腔25，所述积水腔25与进水管1连通；所述湍流管段3包括交叉组合连接的直管段31与夹角段32；所述夹角段32内腔由直径不同的扩张孔321和收缩孔322交叉组合并直线过渡形成波折型结构；所述回水管包括沿棒材运行方向顺次设置在湍流管段出口端的上回水管4和下回水管5。

轧后高温大棒材由冷却管道26进入本控冷装置并向前方运动，外部冷却水经进水管1进入积水腔25，在外部水压的作用下，由喷环结构24喷出，对棒材进行冷却，随后棒材经湍流管段，进入下一工序，冷却水则从回水管流出。

本发明采用的内锥套22与外锥套23为剖分式结构，可根据喷环结构24的磨损情况及时更换配件，不需要整体更换，避免一体式喷环结构不方便更换进而磨损不均的情况出现，实现了拆装方便，生产维护成本降低的目的。

本发明采用的上回水管4，将其设置在控冷装置的顶部，可保证使冷却水完全充满控冷装置，保证棒材冷却效果的均匀性，不能完全由上回水管流出的冷却水，则由下回水管5流出控冷装置。

本发明采用的扩张孔321和收缩孔322可改变水流流动状态，进而提高冷却效果，直管段31可以有效保证棒材的平稳运行，为提高冷却能力。

进一步的，本发明采用的控冷装置，还包括设置在上回水管4和下回水管5之间的反向水封喷嘴6，以及沿棒材运行方向设置在下回水管5后端的反向气封喷嘴7；所述反向水封喷嘴6与棒材运行方向夹角为15～45°，优选的，喷射水压为0.1MPa～2.0Mpa；反向气封喷嘴7的压缩空气气压0.3MPa～0.6Mpa。

本发明采用的反向水封喷嘴6，可防止冷却水随大棒材带出；采用的反向气封喷嘴7，可进一步有效阻止少量仍存在于大棒材上或本该流入下回水管5的冷却水被大棒材带出。

进一步的，本发明采用的控冷装置，还包括垫片8；所述垫片8沿棒材运行方向设置在喷嘴外壳21内壁与内锥套22或外锥套23之间，可通过垫片8调整内锥套22与外锥套23锥面的贴近距离，实现对喷环结构24的喷水缝宽的调节，从而实现灵活调节冷却水的喷水压力及喷水量。

进一步的，本发明采用的内锥套22与外锥套23匹配的锥面夹角为0°～20°，且外锥套与内锥套相互靠近形成的喷环结构24的缝宽沿喷水方向逐渐减小；所述喷水方向与棒材运行方向的喷射夹角为20°～90°，优选的，喷射水压为0.1MPa～2.0MPa。

进一步的，本发明采用的喷嘴机构2至少为一组，当喷嘴机构为多组时，沿棒材运行方向，第一组喷环结构的喷射夹角最小，为20°～40°，后续喷环结构的喷射夹角为30°～90°，且与各喷嘴机构连通的进水管1彼此独立受控，以此实现不同喷射夹角的喷嘴机构分别独立供水，进而实现不同的水压冷却，大棒材冷却的调控更加灵活，更有利于精益化达到最佳冷却效果。第一组喷环结构主要起到降低棒材温度的目的，后续喷环结构主要起喷射开在冷却过程中冷却水在棒材表面形成的蒸汽膜。

在冷却过程中，可以根据冷却工艺要求，设置喷嘴机构组数以及湍流管长度，如可以在一组喷嘴机构后面设置若干长度的湍流管段。当然，本领域技术人员应当知晓，湍流管段也可为只为直管或夹角段，甚至省去湍流管段，只设置连续的喷嘴机构，并采用不同的水冷参数，达到控制冷却的目的。

进一步的，本发明采用的夹角段32与直管段31长度比值范围为1.5～3.0；所述扩张孔321和收缩孔322间的过渡直线与棒材运行方向夹角均为15°～25°。

进一步的，本发明采用的反向水封喷嘴6和反向气封喷嘴7各至少为一组。为增强反吹效果并减少水雾，使用者可根据需求增加反向水封喷嘴6和反向气封喷嘴7的数量及布置位置。

本发明采用的冷却管道26的内径为喷嘴入口直径；所述直管段31的内径为水箱喷嘴名义直径；所述控冷装置不同位置直径由大到小依次为，扩张孔直径>喷嘴入口直径>收缩孔直径>水箱喷嘴名义直径。

本发明采用的水箱喷嘴名义直径与棒材直径差值范围为15mm～50mm。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种优质大棒材控冷装置，包括沿棒材运行方向顺序连接的进水管、喷嘴机构、湍流管段和回水管，其特征在于：所述喷嘴机构包括喷嘴外壳，和可拆卸式独立设置其内的剖分式结构的内锥套与外锥套；所述内锥套与外锥套为内径相同的中空结构，并具有匹配的锥面，且两者相互靠近形成喷环结构；两者所述中空结构部分连通形成冷却管道；所述内锥套外壁、外锥套外壁与喷嘴外壳内壁围成环形的积水腔，所述积水腔与进水管连通；所述外锥套与内锥套相互靠近形成的喷环结构的缝宽沿喷水方向逐渐减小；

所述喷嘴机构至少为一组，当喷嘴机构为多组时，沿棒材运行方向，第一组喷环结构的喷射夹角最小，为20°～40°，后续喷环结构的喷射夹角为30°～90°，且与各喷嘴机构连通的进水管彼此独立受控。

2.根据权利要求1所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于：所述湍流管段包括交叉组合连接的直管段与夹角段；所述夹角段内腔由直径不同的扩张孔和收缩孔交叉组合并直线过渡形成波折型结构；所述回水管包括沿棒材运行方向顺次设置在湍流管段出口端的上回水管和下回水管。

3.根据权利要求2所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于：还包括设置在上回水管和下回水管之间的反向水封喷嘴，以及沿棒材运行方向设置在下回水管后端的反向气封喷嘴；所述反向水封喷嘴与棒材运行方向夹角为15°～45°。

4.根据权利要求2所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于：还包括垫片；所述垫片沿棒材运行方向设置在喷嘴外壳内壁与内锥套或外锥套之间。

5.根据权利要求2所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于，所述内锥套与外锥套匹配的锥面夹角为0°~20°，喷水方向与棒材运行方向的喷射夹角为20°~90°。

6.根据权利要求2所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于：所述夹角段与直管段长度比值范围为1.5～3.0；所述扩张孔和收缩孔间的过渡直线与棒材运行方向夹角均为15°～25°。

7.根据权利要求3所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于：所述反向水封喷嘴和反向气封喷嘴各至少为一组。

8.根据权利要求2所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于：所述冷却管道的内径为喷嘴入口直径；所述直管段的内径为水箱喷嘴名义直径；所述控冷装置不同位置直径由大到小依次为，扩张孔直径>喷嘴入口直径>收缩孔直径>水箱喷嘴名义直径。

9.根据权利要求8所述的优质大棒材控冷装置，其特征在于：所述水箱喷嘴名义直径与棒材直径差值范围为15mm～50mm。

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