CN108070699B - 一种钢板辊压式淬火机高压冷却装置和冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢板热处理领域，涉及一种钢板辊压式淬火机高压冷却装置和冷却方法。该装置包括辊道系统、喷水系统和供水系统，所述辊道系统由液压平辊压辊、螺旋辊压辊、环状辊压辊、普通平辊压辊四种压辊组成，在约束高压冷却区钢板变形的同时，实现快速排水、钢板表面流量分区和有序换热功能；所述喷水系统由两组狭缝喷嘴、四组倾斜高密喷嘴组成，实现高强度、高均匀性淬火冷却；所述供水系统为上述喷嘴提供流量精确、压力稳定的冷却水。本发明解决钢板淬火冷却过程中换热可控性差、冷却均匀性差、板形恶化问题，满足钢板淬火后组织性能和板形的工艺要求。

Description

一种钢板辊压式淬火机高压冷却装置和冷却方法

技术领域

本发明属于钢板热处理领域，涉及一种钢板辊压式淬火机高压冷却装置和冷却方法。

背景技术

淬火是改善钢板综合强韧性能的关键工艺，尤其是在提升其强度、硬度、疲劳强度、耐磨性以及韧性方面作用明显。钢板离线淬火热处理过程中，板形和冷却均匀性是两个主要工艺指标，决定最终热处理表观和内在质量。目前，钢板离线淬火热处理板形和冷却均匀性控制主要通过调整辊式淬火机上下喷嘴喷水流量比、调整淬火辊速、调整上下喷嘴喷水几何参数、调整辊缝等方法实现，并未考虑钢板表面射流有序流动、残水清除、淬火板形主动约束等问题。因此，受现有离线淬火设备形式和方法限制，钢板淬火过程中变形没有得到有效的限制，板面水流无序流动现象明显，导致钢板表面换热效率低、均匀性差，钢板淬火后出现浪形、整体叩翘、局部恶化等板形问题。

现有专利中，中国专利申请(公开号CN104498681A)提出一种淬火钢板板形的控制方法，在淬火过程中，淬火机组高压淬火段的上水量和下水量比固定为0.8～0.84而不调整，减小水量对板形调整的影响。该方法无法满足变规格钢板对不同水比的需求，适用范围有限。

中国专利申请(公开号CN103849734A)提出一种基于板形的淬火装置流量控制方法及其检测与控制装置，依据钢板规格、品种等信息计算狭缝式冷却装置上下流量和宽向流量分布。由于水量、水压等调节存在滞后和非线性，该方法调节精度有限。

中国专利申请(公开号CN101781700A)提出一种淬火机中超薄板淬火冷却的板形控制方法，利用淬火机实现淬火过程超薄板在同一铅垂截面上冷却的对称、同步、均匀，以获得良好的薄规格钢板淬火后板形。该方法通过精调设备精度改善板形，由于薄钢板淬火敏感性高，需反复频繁调整设备精度，且受设备制造、安装精度影响，该方法对薄钢板板形改善程度有限。

发明内容

针对现有钢板辊式淬火板形调整方法存在的问题，本发明的目的是提供一种钢板辊压式淬火机高压冷却装置和冷却方法，该装置和方法能有效改善淬火板形。

本发明的技术方案是：

一种钢板辊压式淬火机高压冷却装置，该装置包括辊道系统、喷水系统和供水系统，辊道系统由液压平辊压辊、螺旋辊压辊、环状辊压辊、普通平辊压辊组成，所述压辊沿钢板前进方向分隔、对称排布在钢板上表面和下表面；喷水系统交叉布置在钢板上、下辊道系统内，喷水系统的一端分别与钢板上表面和下表面相对应，喷水系统的另一端与供水系统连通。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却装置，每组液压平辊压辊、螺旋辊压辊、环状辊压辊、普通平辊压辊均垂直布置在钢板上表面和下表面，所述压辊与钢板上、下表面无间隙。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却装置，辊道系统由两组液压平辊压辊、两组螺旋辊压辊、两组环状辊压辊、两组普通平辊压辊组成。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却装置，喷水系统由两组狭缝喷嘴、四组倾斜高密喷嘴组成，所述两种喷嘴沿钢板前进方向分隔、对称排布在钢板上表面和下表面。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却装置，一组狭缝喷嘴前配置两组液压平辊压辊，一组狭缝喷嘴后配置一组螺旋辊压辊，另一组狭缝喷嘴后配置另一组螺旋辊压辊，狭缝喷嘴与螺旋辊压辊交叉配置，所述另一组螺旋辊压辊后交叉配置四组倾斜高密喷嘴和两组环状辊压辊、两组普通平辊压辊，其中前两组倾斜高密喷嘴与两组环状辊压辊交叉配置，后两组倾斜高密喷嘴与两组普通平辊压辊交叉配置。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却装置，供水系统由狭缝喷嘴分供水管与阀组、倾斜高密喷嘴分供水管与阀组、高压分流集水管组成，每一根狭缝喷嘴通过管路与两根狭缝喷嘴分供水管与阀组连通，由两根狭缝喷嘴分供水管与阀组供水；每一根倾斜高密喷嘴与一根倾斜高密喷嘴分供水管与阀组连通，由一根倾斜高密喷嘴分供水管与阀组供水；狭缝喷嘴分供水管与阀组和倾斜高密喷嘴分供水管与阀组分别与高压分流集水管连通，冷却水由高压分流集水管供给。

所述装置的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，淬火冷却水由供水系统的高压分流集水管供给至喷水系统的狭缝喷嘴分供水管与阀组和倾斜高密喷嘴分供水管与阀组，经过流量调节后，由狭缝喷嘴、倾斜高密喷嘴喷射出；之后，钢板由热处理炉加热到工艺温度后，经由液压平辊压辊送至狭缝喷嘴开始淬火冷却。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，狭缝喷嘴后的钢板变形会传递至狭缝喷嘴前，液压平辊压辊用于约束未冷却热钢板，防止钢板变形，同时挡住狭缝喷嘴喷射出的回流冷却水，防止沿钢板前进方向反向回流，造成对未冷却钢板表面预冷。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，冷却过程中，螺旋辊压辊用于约束狭缝喷嘴冷后钢板变形，同时螺旋辊压辊将狭缝喷嘴喷射出的冷却水快速向钢板两侧导出，减小热交换后冷却水对钢板表面的不均匀冷却；钢板经狭缝喷嘴、螺旋辊压辊后，进入上下倾斜高密喷嘴间继续淬火冷却。

所述的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，环状辊压辊用于约束前两组倾斜高密喷嘴冷后钢板变形，同时将前两组倾斜高密喷嘴喷射出冷却水快速、有序导向钢板前进方向，实现均匀、有序淬火，减小热交换后冷却水对钢板表面的不均匀冷却；

普通平辊压辊约束后两组倾斜高密喷嘴冷后钢板变形，同时阻挡由狭缝喷嘴沿钢板前进方向在钢板表面剩余热交换后冷却水和倾斜高密喷嘴喷射出的沿钢板前进方向在钢板表面的热交换后冷却水，防止冷却水继续在钢板表面沿钢板前进方向流入后续的淬火机低压冷却区，实现流量分区控制。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明将辊压式约束淬火方式引入钢板淬火过程中，通过不同类型压辊实现不同类型射流喷嘴冷却时钢板板形的约束控制，同时利用各种压辊特点，实现钢板表面流量分区、热交换后冷却水快速排除的功能；上述装置和方法有效的约束钢板淬火变形，实现高平直度淬火，同时实现钢板表面冷却水的有序控制，提高淬火冷却均匀性。

2、本发明钢板辊压式淬火机高压冷却装置中，辊道系统由液压平辊压辊、螺旋辊压辊、环状辊压辊、普通平辊压辊四种压辊组成，在约束高压冷却区钢板变形的同时，实现快速排水、钢板表面流量分区和有序换热功能。

3、本发明钢板辊压式淬火机高压冷却装置中，喷水系统由两组狭缝喷嘴、四组倾斜高密喷嘴组成，实现高强度、高均匀性淬火冷却。

4、本发明钢板辊压式淬火机高压冷却装置中，供水系统为上述喷嘴提供流量精确、压力稳定的冷却水。

附图说明

图1是本发明中的钢板辊压式淬火机高压冷却装置结构示意图。图中，1液压平辊压辊；2狭缝喷嘴；3螺旋辊压辊；4倾斜高密喷嘴；5环状辊压辊；6普通平辊压辊；7狭缝喷嘴分供水管与阀组；8高压分流集水管；10倾斜高密喷嘴分供水管与阀组。

具体实施方式

下面结合附图1对钢板辊压式淬火机高压冷却装置和冷却方法进行描述。

实施例

本实施例中，钢板辊压式淬火机高压冷却装置和冷却方法的具体实施方案如下：

如图1所示，钢板辊压式淬火机高压冷却装置，主要包括辊道系统、喷水系统和供水系统，喷水系统交叉布置在钢板上、下辊道系统内，喷水系统的一端分别与钢板上表面和下表面相对应，喷水系统的另一端与供水系统连通，具体结构如下：

辊道系统由两组液压平辊压辊1、两组螺旋辊压辊3、两组环状辊压辊5、两组普通平辊压辊6组成，所述压辊沿钢板前进方向以一定间距分隔、对称排布在钢板上表面和下表面；其中，每组液压平辊压辊1、螺旋辊压辊3、环状辊压辊5、普通平辊压辊6均垂直布置在钢板上表面和下表面，所述压辊与钢板上、下表面无间隙。

喷水系统由两组狭缝喷嘴2、四组倾斜高密喷嘴4组成，所述两种喷嘴沿钢板前进方向以一定间距分隔、对称排布在钢板上表面和下表面。

一组狭缝喷嘴2前配置两组液压平辊压辊1，一组狭缝喷嘴2后配置一组螺旋辊压辊3，另一组狭缝喷嘴2后配置另一组螺旋辊压辊3，狭缝喷嘴2与螺旋辊压辊3交叉配置，所述另一组螺旋辊压辊3后交叉配置四组倾斜高密喷嘴4和两组环状辊压辊5、两组普通平辊压辊6，其中前两组倾斜高密喷嘴4与两组环状辊压辊5交叉配置，后两组倾斜高密喷嘴4与两组普通平辊压辊6交叉配置。

供水系统由狭缝喷嘴分供水管与阀组7、倾斜高密喷嘴分供水管与阀组10、高压分流集水管8组成，每一根狭缝喷嘴2通过管路与两根狭缝喷嘴分供水管与阀组7连通，由两根狭缝喷嘴分供水管与阀组7供水；每一根倾斜高密喷嘴4与一根倾斜高密喷嘴分供水管与阀组10连通，由一根倾斜高密喷嘴分供水管与阀组10供水；狭缝喷嘴分供水管与阀组7和倾斜高密喷嘴分供水管与阀组10分别与高压分流集水管8连通，冷却水由高压分流集水管8供给。

如图1所示，钢板辊压式淬火机高压冷却方法如下：

淬火冷却水由高压分流集水管8供给至狭缝喷嘴分供水管与阀组7和倾斜高密喷嘴分供水管与阀组10，经过流量调节后，由两组狭缝喷嘴2、四组倾斜高密喷嘴4喷射出。之后，钢板由热处理炉加热到工艺温度后，经由液压平辊压辊1送至狭缝喷嘴2开始淬火冷却；其中，每个狭缝喷嘴2的流量范围为200～400m³/h，每个倾斜高密喷嘴4的流量范围为100～300m³/h，高压分流集水管8中淬火冷却水的压力范围为0.8～1.0MPa。

狭缝喷嘴2后的钢板变形会传递至狭缝喷嘴2前，液压平辊压辊1用于约束未冷却热钢板，防止钢板变形，同时挡住狭缝喷嘴2喷射出的回流冷却水，防止沿钢板前进方向反向回流，造成对未冷却钢板表面预冷；冷却过程中，螺旋辊压辊3用于约束狭缝喷嘴2冷后钢板变形，同时螺旋辊压辊3将狭缝喷嘴2喷射出的冷却水快速向钢板两侧导出，减小热交换后冷却水对钢板表面的不均匀冷却；钢板经狭缝喷嘴2、螺旋辊压辊3后，进入上下倾斜高密喷嘴4间继续淬火冷却。

环状辊压辊5用于约束前两组倾斜高密喷嘴4冷后钢板变形，同时将前两组倾斜高密喷嘴4喷射出冷却水快速、有序导向钢板前进方向，实现均匀、有序淬火，减小热交换后冷却水对钢板表面的不均匀冷却；普通平辊压辊6约束后两组倾斜高密喷嘴4冷后钢板变形，同时阻挡由狭缝喷嘴2沿钢板前进方向在钢板表面剩余热交换后冷却水和倾斜高密喷嘴4喷射出的沿钢板前进方向在钢板表面的热交换后冷却水，防止冷却水继续在钢板表面沿钢板前进方向流入后续的淬火机低压冷却区，实现流量分区控制。

至此，本发明冷却装置和方法实施完毕。厚度20mm以下(含20mm)钢板经本发明辊压式淬火机高压冷却装置后，钢板温度降至常温，完成淬火；厚度20mm以上钢板经本发明辊压式淬火机高压冷却装置后，钢板温度降至淬火钢马氏体转变开始温度以下，钢板进入淬火机低压冷却区继续降温，直至常温。

结果表明，本发明解决钢板淬火冷却过程中换热可控性差、冷却均匀性差、板形恶化问题，满足钢板淬火后组织性能和板形的工艺要求。

Claims (7)

1.一种钢板辊压式淬火机高压冷却装置，其特征在于，该装置包括辊道系统、喷水系统和供水系统，辊道系统由液压平辊压辊、螺旋辊压辊、环状辊压辊、普通平辊压辊组成，所述压辊沿钢板前进方向分隔、对称排布在钢板上表面和下表面；喷水系统交叉布置在钢板上、下辊道系统内，喷水系统的一端分别与钢板上表面和下表面相对应，喷水系统的另一端与供水系统连通；

喷水系统由两组狭缝喷嘴、四组倾斜高密喷嘴组成，所述两种喷嘴沿钢板前进方向分隔、对称排布在钢板上表面和下表面；

一组狭缝喷嘴前配置两组液压平辊压辊，一组狭缝喷嘴后配置一组螺旋辊压辊，另一组狭缝喷嘴后配置另一组螺旋辊压辊，狭缝喷嘴与螺旋辊压辊交叉配置，所述另一组螺旋辊压辊后交叉配置四组倾斜高密喷嘴和两组环状辊压辊、两组普通平辊压辊，其中前两组倾斜高密喷嘴与两组环状辊压辊交叉配置，后两组倾斜高密喷嘴与两组普通平辊压辊交叉配置；

供水系统由狭缝喷嘴分供水管与阀组、倾斜高密喷嘴分供水管与阀组、高压分流集水管组成，每一根狭缝喷嘴通过管路与两根狭缝喷嘴分供水管与阀组连通，由两根狭缝喷嘴分供水管与阀组供水；每一根倾斜高密喷嘴与一根倾斜高密喷嘴分供水管与阀组连通，由一根倾斜高密喷嘴分供水管与阀组供水；狭缝喷嘴分供水管与阀组和倾斜高密喷嘴分供水管与阀组分别与高压分流集水管连通，冷却水由高压分流集水管供给。

2.按照权利要求1所述的钢板辊压式淬火机高压冷却装置，其特征在于，每组液压平辊压辊、螺旋辊压辊、环状辊压辊、普通平辊压辊均垂直布置在钢板上表面和下表面，所述压辊与钢板上、下表面无间隙。

3.按照权利要求1所述的钢板辊压式淬火机高压冷却装置，其特征在于，辊道系统由两组液压平辊压辊、两组螺旋辊压辊、两组环状辊压辊、两组普通平辊压辊组成。

4.一种权利要求1至3之一所述装置的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，其特征在于，淬火冷却水由供水系统的高压分流集水管供给至喷水系统的狭缝喷嘴分供水管与阀组和倾斜高密喷嘴分供水管与阀组，经过流量调节后，由狭缝喷嘴、倾斜高密喷嘴喷射出；之后，钢板由热处理炉加热到工艺温度后，经由液压平辊压辊送至狭缝喷嘴开始淬火冷却。

5.按照权利要求4所述的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，其特征在于，狭缝喷嘴后的钢板变形会传递至狭缝喷嘴前，液压平辊压辊用于约束未冷却热钢板，防止钢板变形，同时挡住狭缝喷嘴喷射出的回流冷却水，防止沿钢板前进方向反向回流，造成对未冷却钢板表面预冷。

6.按照权利要求4或5所述的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，其特征在于，冷却过程中，螺旋辊压辊用于约束狭缝喷嘴冷后钢板变形，同时螺旋辊压辊将狭缝喷嘴喷射出的冷却水快速向钢板两侧导出，减小热交换后冷却水对钢板表面的不均匀冷却；钢板经狭缝喷嘴、螺旋辊压辊后，进入上下倾斜高密喷嘴间继续淬火冷却。

7.按照权利要求4所述的钢板辊压式淬火机高压冷却方法，其特征在于，环状辊压辊用于约束前两组倾斜高密喷嘴冷后钢板变形，同时将前两组倾斜高密喷嘴喷射出冷却水快速、有序导向钢板前进方向，实现均匀、有序淬火，减小热交换后冷却水对钢板表面的不均匀冷却；

普通平辊压辊约束后两组倾斜高密喷嘴冷后钢板变形，同时阻挡由狭缝喷嘴沿钢板前进方向在钢板表面剩余热交换后冷却水和倾斜高密喷嘴喷射出的沿钢板前进方向在钢板表面的热交换后冷却水，防止冷却水继续在钢板表面沿钢板前进方向流入后续的淬火机低压冷却区，实现流量分区控制。