CN108144967A - 一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置 - Google Patents

一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置，其包括1个喷淋支架和固定在所述喷淋支架上的5个喷淋单元，所述5个喷淋单元分别为依序排列的第一喷淋单元、第二喷淋单元、第三喷淋单元、第四喷淋单元、以及第五喷淋单元，每个喷淋单元包括焊接固定在所述喷淋支架上的喷淋管以及安装在所述喷淋管上的喷嘴，所述5个喷淋单元具有喷淋单元中心线，轧辊具有轧辊对称面，所述喷淋单元中心线均位于轧辊对称面上。本发明可以使得更多的乳化液顺利的进入轧制变形区，从而改善轧制变形区的润滑条件，强化润滑效果，降低轧制变形区轧辊与轧件的摩擦系数防止了轧辊热疲劳裂纹和粘辊现象的出现，延长了轧辊使用寿命，提升了轧件的表面质量。

Description

一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置
技术领域
本发明属于喷淋装置领域，尤其涉及一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置。
背景技术
热轧线材的过程中，轧件温度通常比较高，高温轧件会对轧辊产生热辐射作用。在轧制变形区，轧辊与轧件直接接触，两者之间较大的温差使得轧件的热量会传递至轧辊表面。轧制时轧件剧烈的塑性变形会产生大量热量，轧辊与轧件之间的摩擦也会产生热量，这些热量会部分传至轧辊表面。以上这些原因会导致轧辊表面温度上升。为了避免轧辊表面出现热疲劳损伤，尽可能的延长轧辊使用寿命，需要对轧辊表面喷淋乳化液进行冷却。
在热轧线材领域，轧制变形区良好的润滑条件非常重要。实践表明，线材轧制时变形区如果润滑条件不良容易发生粘辊现象。另外，润滑条件越好则轧辊与轧件间的摩擦系数越小，一方面可以降低轧辊表面的磨损，提升产品性能和表面质量；另一方面还可以减小轧制力和轧制力矩，达到降低能耗的效果。可见，线材热轧时对轧辊的冷却和润滑至关重要，而乳化液喷淋装置的结构直接决定了轧辊的冷却和润滑效果。
现有的铜线材热轧轧辊乳化液喷淋装置通常是在轧制变形区出口侧进行喷淋，因为轧辊刚出轧制变形区时温度较高，以此来达到快速降低轧辊温度的目的。同时粘附在轧辊表面的乳化液会被带入轧制变形区达到润滑的效果。但这种乳化液喷淋方式决定了只有少量乳化液能够进入轧制变形区，润滑效果有限，特殊工艺条件下会出现粘辊现象。此外，现有乳化液喷淋装置由于喷嘴角度设置的原因，使得轧辊表面乳化液直喷面积比较小，从而影响冷却和润滑效果。如何进一步提升线材热轧轧辊的冷却和润滑效果，避免轧制变形区出现粘辊现象，延长轧辊使用寿命，提升线材产品的表面质量，是喷淋装置设计的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置，可以优化铜线材热轧轧辊的冷却和润滑效果、避免避免轧辊表面出现热疲劳损伤和粘辊现象。
本发明提供一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置，其包括1个喷淋支架和固定在所述喷淋支架上的5个喷淋单元，所述5个喷淋单元分别为依序排列的第一喷淋单元、第二喷淋单元、第三喷淋单元、第四喷淋单元、以及第五喷淋单元，每个喷淋单元包括焊接固定在所述喷淋支架上的喷淋管以及安装在所述喷淋管上的喷嘴，所述5个喷淋单元具有喷淋单元中心线，轧辊具有轧辊对称面，所述喷淋单元中心线均位于轧辊对称面上。
优选地，所述喷嘴设有喷射液体的槽。
优选地，述第一喷淋单元和第五喷淋单元的喷嘴的槽均与喷淋支架中心线的角度均为90°；所述第二喷淋单元、第三喷淋单元和第四喷淋单元的喷嘴的槽均与喷淋支架中心线的角度为θ，其中25°≤θ≤60°。
优选地，所述第一喷淋单元安装在轧制变形区入口侧，第一喷淋单元的喷射出的乳化液的第一下喷射线与轧辊的最小直径圆相切，切点为轧件与轧辊的最小直径圆相接触的位置。
优选地，所述第二喷淋单元安装在轧制变形区出口侧，第二喷淋单元的喷射出的乳化液的第二喷射中心线与竖直方向的夹角为25°，所述第二喷射中心线经过轧辊的最大直径圆的上象限点。
优选地，所述第三喷淋单元安装在轧制变形区出口侧，第三喷淋单元的喷射出的乳化液的第三喷射中心线与竖直方向的夹角为30°，所述第三喷射中心线经过轧辊的圆心。
优选地，所述第四喷淋单元安装在轧制变形区出口侧，第四喷淋单元的喷射出的乳化液的第四喷射中心线与竖直方向的夹角为60°，所述第四喷射中心线经过轧辊的圆心。
优选地，所述第五喷淋单元在轧制变形区出口侧，喷射出的乳化液的第五喷射中心线经过轧辊最大直径圆的右象限点，第五喷淋单元射出的乳化液的下喷射线与轧辊的最小直径圆相切。
优选地，所述5个喷淋单元沿乳化液喷射方向设置，每个喷淋单元的喷嘴至轧辊最大直径圆表面的距离均大于轧辊宽度。
优选地，所述喷淋支架为一个圆弧形空心管道，喷淋支架的圆弧两端封闭，喷淋支架固定在轧机机架上；喷淋支架设置有1个乳化液入口和5个乳化液出口，所述5个个乳化液出口的位置和开口方向与各个喷淋单元的位置和喷射方向保持对应。
本发明通过喷淋单元的喷嘴位置、喷嘴V型槽方向以及乳化液喷射角度的控制，扩大了轧辊表面乳化液的喷射面积，确保了乳化液的利用率，使得绝大部分乳化液均能够落到轧辊表面，上述因素可以提升轧辊表面的冷却和润滑效果，降低了轧辊出现热疲劳损伤的可能性；同时在在轧制变形区入口上方设置1个喷淋单元，可以使得更多的乳化液顺利的进入轧制变形区，从而改善轧制变形区的润滑条件，强化润滑效果，降低轧制变形区轧辊与轧件的摩擦系数防止了轧辊热疲劳裂纹和粘辊现象的出现，延长了轧辊使用寿命，提升了轧件的表面质量。
附图说明
图1为线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置示意图；
图2为图1所示乳化液喷淋装置的喷淋支架的剖视示意图；
图3为线材轧辊轮廓形状的示意图；
图4为第一喷淋单元的安装位置、喷嘴V型槽方向及喷射角度示意图；
图5为第二喷淋单元的安装位置、喷嘴V型槽方向及喷射角度示意图；
图6为第三喷淋单元的安装位置、喷嘴V型槽方向及喷射角度示意图；
图7为第四喷淋单元的安装位置、喷嘴V型槽方向及喷射角度示意图；
图8为第五喷淋单元的安装位置、喷嘴V型槽方向及喷射角度示意图；
图9为采用本发明提出的乳化液喷淋装置连续工作48小时后的轧辊表面；
图10为采用本发明提出的乳化液喷淋装置连续工作48小时后的轧件表面；
图11为采用原有的乳化液喷淋装置连续工作48小时后的轧辊表面；
图12为采用原有的乳化液喷淋装置连续工作48小时后经过清理后的轧辊表面；
图13为采用原有的乳化液喷淋装置连续工作48小时后的轧件表面。
图中：1—第一喷淋单元；2—第二喷淋单元；3—第三喷淋单元；4—第四喷淋单元；5—第五喷淋单元；6—喷淋支架；7—轧辊；8—轧件；9—轧辊对称面；10—喷淋单元中心线；11—轧制对称线；12—喷淋支架中心线；13—乳化液入口；14—乳化液出口；21-喷淋管；22-喷嘴。
具体实施方式
本发明一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置，其用于冷却和润滑线材热轧轧辊，采用本发明乳化液喷淋装置对铜杆热轧过程中，使得轧辊的冷却与润滑，并分析连续工作48小时后轧辊和轧件的表面情况。
如图1和图2所示，本发明乳化液喷淋装置包括呈弧形的1个喷淋支架6和固定在喷淋支架6上的5个喷淋单元1、2、3、4、5。其中，每个喷淋单元均包括1根喷淋管21以及1个喷嘴，喷淋管21的一端焊接固定在喷淋支架6上，另一端安装喷嘴22；喷嘴22设有喷射液体的V型槽(图未示)。喷淋支架6为一个圆弧形空心管道，喷淋支架6的圆弧两端封闭；喷淋支架6固定在轧机机架(图未示)上，喷淋支架6设有1个乳化液入口13和5个乳化液出口14，各个乳化液出口14的位置和开口方向需要与各个喷淋单元1、2、3、4、5的位置和喷射方向保持对应。
5个喷淋单元分别为依序排列的第一喷淋单元1、第二喷淋单元2、第三喷淋单元3、第四喷淋单元4、以及第五喷淋单元5。
本实施例中的线材轧制工艺参数如下：如图3所示，轧辊7的最大半径为R＝150mm，轧辊孔71的深度为d＝18.75mm，轧辊7的最小半径r＝R–d＝131.25mm，轧辊孔71的宽度b＝46.00，轧辊7的宽度B＝115.00mm，辊缝大小G＝5.80mm。轧件8的材质为纯铜，其高度h＝80.00mm，喷嘴22的喷射角为α＝60°。
如图3至第8所示，为确保喷淋冷却和润滑效果，5个喷淋单元具有喷淋单元中心线12，轧辊7具有轧辊对称面9，5个喷淋单元中心线10均在轧辊对称面9上。第一喷淋单元1和第五喷淋单元5的喷嘴V型槽与喷淋支架中心线10的角度均为90°，第二喷淋单元2、第三喷淋单元3和第四喷淋单元4的喷嘴22的V型槽均与喷淋支架中心线10的角度为θ，其中25°≤θ≤60°。
所述5个喷淋单元沿乳化液喷射方向设置，每个喷淋单元的喷嘴至轧辊最大直径圆表面的距离为li，i＝1,2,3,4,5，调节li使得所有喷淋单元在轧辊轴向的喷射范围均大于轧辊宽度。
即：每个喷淋单元的喷嘴至轧辊7最大直径圆表面的距离全部为150.00mm，这样可以保证所有喷淋单元在轧辊7的轴向的喷射范围均大于轧辊宽度B。
5个喷淋单元的安装位置和喷射方向分别如下：
如图4所示，第一喷淋单元1安装在轧制变形区入口侧，第一喷淋单元1的喷射出的乳化液的第一下喷射线A1O1与轧辊7的最小直径圆相切，切点为轧件8与轧辊7的最小直径圆相接触的位置。
如图5所示，第二喷淋单元2安装在轧制变形区出口侧，第二喷淋单元2的喷射出的乳化液的第二喷射中心线B2O2与竖直方向的夹角为25°，第二喷射中心线B2O2经过轧辊7的最大直径圆的上象限点。
如图6所示，第三喷淋单元3安装在轧制变形区出口侧，第三喷淋单元3的喷射出的乳化液的第三喷射中心线B3O3与竖直方向的夹角为30°，第三喷射中心线B3O3经过轧辊7的圆心。
如图7所示，第四喷淋单元4安装在轧制变形区出口侧，第四喷淋单元4的喷射出的乳化液的第四喷射中心线B4O4与竖直方向的夹角为60°，第四喷射中心线B4O4经过轧辊7的圆心。
如图8所示，第五喷淋单元5在轧制变形区出口侧，喷射出的乳化液的第五喷射中心线B5O5经过轧辊最大直径圆的右象限点，第五喷淋单元射出的乳化液的下喷射线A5O5与轧辊7的最小直径圆相切。
轧制过程中，两个工作轧辊均安装本发明乳化液喷淋装置，并且两个喷淋装置关于轧制对称线对称布置，热轧铜杆过程中，乳化液喷淋装置固定不动，通过轧辊的转动来实现轧辊表面的冷却与润滑。
5个喷淋单元的喷射压力均为0.7MPa，以便将轧辊表面的杂质冲洗干净，避免杂质被带入轧制变形区划伤轧辊表面和轧件表面。
图9和图10分别为采用本发明提出的乳化液喷淋装置进行铜杆热轧过程中轧辊的冷却与润滑，连续工作48小时后轧辊和轧件的表面情况，可以看出轧辊和轧件表面均比较光洁。图11和图12为采用现有的乳化液喷淋装置进行铜杆热轧过程中轧辊的冷却与润滑，连续工作48小时后轧辊的表面情况，图13为对应的轧件表面情况，可以看出轧辊表面粘着大量的铜，出现了热疲劳裂纹，轧件表面比较毛糙。
本发明通过喷淋单元的喷嘴位置、喷嘴V型槽方向以及乳化液喷射角度的控制，扩大了轧辊表面乳化液的喷射面积，确保了乳化液的利用率，使得绝大部分乳化液均能够落到轧辊表面，上述因素可以提升轧辊表面的冷却和润滑效果，降低了轧辊出现热疲劳损伤的可能性；同时在在轧制变形区入口上方设置1个喷淋单元，可以使得更多的乳化液顺利的进入轧制变形区，从而改善轧制变形区的润滑条件，强化润滑效果，降低轧制变形区轧辊与轧件的摩擦系数防止了轧辊热疲劳裂纹和粘辊现象的出现，延长了轧辊使用寿命，提升了轧件的表面质量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于冷却和润滑铜线材热轧轧辊的乳化液喷淋装置，其包括1个喷淋支架和固定在所述喷淋支架上的5个喷淋单元，所述5个喷淋单元分别为依序排列的第一喷淋单元、第二喷淋单元、第三喷淋单元、第四喷淋单元、以及第五喷淋单元，其特征在于：每个喷淋单元包括焊接固定在所述喷淋支架上的喷淋管以及安装在所述喷淋管上的喷嘴，所述5个喷淋单元具有喷淋单元中心线，轧辊具有轧辊对称面，所述喷淋单元中心线均位于轧辊对称面上。
2.根据权利要求2所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述喷嘴设有喷射液体的槽。
3.根据权利要求2所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述第一喷淋单元和第五喷淋单元的喷嘴的槽均与喷淋支架中心线的角度均为90°；所述第二喷淋单元、第三喷淋单元和第四喷淋单元的喷嘴的槽均与喷淋支架中心线的角度为θ，其中25°≤θ≤60°。
4.根据权利要求3所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述第一喷淋单元安装在轧制变形区入口侧，第一喷淋单元的喷射出的乳化液的第一下喷射线与轧辊的最小直径圆相切，切点为轧件与轧辊的最小直径圆相接触的位置。
5.根据权利要求3所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述第二喷淋单元安装在轧制变形区出口侧，第二喷淋单元的喷射出的乳化液的第二喷射中心线与竖直方向的夹角为25°，所述第二喷射中心线经过轧辊的最大直径圆的上象限点。
6.根据权利要求3所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述第三喷淋单元安装在轧制变形区出口侧，第三喷淋单元的喷射出的乳化液的第三喷射中心线与竖直方向的夹角为30°，所述第三喷射中心线经过轧辊的圆心。
7.根据权利要求3所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述第四喷淋单元安装在轧制变形区出口侧，第四喷淋单元的喷射出的乳化液的第四喷射中心线与竖直方向的夹角为60°，所述第四喷射中心线经过轧辊的圆心。
8.根据权利要求3所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述第五喷淋单元在轧制变形区出口侧，喷射出的乳化液的第五喷射中心线经过轧辊最大直径圆的右象限点，第五喷淋单元射出的乳化液的下喷射线与轧辊的最小直径圆相切。
9.根据权利要求4-8任一所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述5个喷淋单元沿乳化液喷射方向设置，每个喷淋单元的喷嘴至轧辊最大直径圆表面的距离均大于轧辊宽度。
10.根据权利要求1所述的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述喷淋支架为一个圆弧形空心管道，喷淋支架的圆弧两端封闭，喷淋支架固定在轧机机架上；喷淋支架设置有1个乳化液入口和5个乳化液出口，所述5个个乳化液出口的位置和开口方向与各个喷淋单元的位置和喷射方向保持对应。
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