CN109092911B - 宽度方向可变流量的上部冷却集管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽度方向可变流量的上部冷却集管，包括法兰、整流管、主集管、沿带钢横向宽度方向均匀分布的多个节流环和多根鹅颈管、排污口、定位架、水平支撑肋板、垂直支撑肋板和吊耳。沿主集管轴线两侧分布的多个节流环和多根鹅颈管在带钢横向宽度方向呈均匀交叉分布；带钢横向宽度方向分为中间段和两侧边部，处于中间段的节流环和鹅颈管尺寸相同，处于两侧边部的鹅颈管尺寸相同，节流环的内径或厚度按函数形式分布，实现冷却水流量和冷却速度的精确调节，最终实现带钢横向宽度方向上综合冷却速度均衡一致，确保组织性能均匀，避免形成边浪和瓢曲缺陷，鹅颈管尺寸相同且属于标准规格，加工制造成本低，适合批量生产。

Description

宽度方向可变流量的上部冷却集管

技术领域

本发明涉及一种热轧带钢的冷却技术和板形控制技术，具体涉及一种宽度方向可变流量的上部冷却集管。

背景技术

层流冷却作为控制轧制和控制冷却技术的一个组成部分，直接影响带钢的组织和性能，在热轧带钢生产过程中起着非常重要的作用。现在大部分热轧生产线的层流冷却鹅颈管尺寸都相同，所以单根鹅颈管的水流量和冷却能力是一样的，但钢板在实际冷却过程中，带钢中间段的冷却水会向两侧边部流动，产生二次换热，因此通常两侧边部比中间段散热快，导致两侧边部带钢温降速度大于中间段，使带钢两侧边部温度低于中间段，最终会造成带钢产生边浪和瓢曲，影响带钢产品质量。

中国专利申请CN201510713274.X提出了一种控制热轧带钢双边浪的层流冷却系统和方法，其系统包括若干个冷却段，每个冷却段包括多组上、下冷却集管，每组的上、下冷却集管上沿带钢宽带方向均开设有一排喷嘴，至少有两段冷却段的各组上、下冷却集管的喷嘴划分为中间段和两侧边部段，处于中间段的各喷嘴的孔径相同，处于两侧边部段的喷嘴的孔径则均由内部向边部渐变小。将整个层流冷却系统的至少两段冷却段的各组上、下冷却集管的喷嘴划分为中间段和两侧边部段，将处于中间段的各喷嘴的孔径设计为相同，将处于两侧边部段的喷嘴的孔径则均设计为由内部向边部渐变小，通过上述设计的喷嘴对带钢进行冷却，用以减小带钢边部温降，改善带钢横向温度均匀性和产品平直度。但是在实际加工过程中，喷管孔径非标，尺寸大小不一且相差很小，使得加工制造难度较大且工序繁多。

中国专利申请CN201410464299.6公开了一种宽向可变流量的冷却集管，包括依次连通的主供水管、分配管、一级阻尼腔和喷射腔，所述喷射腔是由凹形盖、端盖和喷射底板围成的空腔，所述喷射底板沿集管的长度方向设置有若干列通孔，所述喷射底板上靠近两端的通孔安装喷嘴Ⅰ，所述喷射底板上靠近中间的通孔上安装喷嘴Ⅱ，所述喷嘴Ⅱ的孔径大于喷嘴Ⅰ，所述喷射底板上中间与两端之间的过渡区域即安装有喷嘴Ⅰ又安装有喷嘴Ⅱ，并且喷嘴Ⅰ从两端向中间逐渐由喷嘴Ⅱ代替。该申请靠自身特定区域内喷嘴孔径的变化即满足了钢板边部到中部的水流量递增效果，同时又实现了对钢板边部呈一定宽度的过冷区的补偿，有利于钢板的宽向冷却均匀性。但是，该冷却集管仅依靠设置两个不同孔径的喷嘴，实现的可变流量范围小，不能根据两侧边部段温降速度大于中间段的情况进行精确的控制，从而使得冷却效果不明显，同样会造成带钢产生边浪和瓢曲，影响带钢产品质量。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种宽度方向可变流量的上部冷却集管，将带钢横向宽度方向分为中间段和两侧边部，中间段和两侧边部分布的鹅颈管尺寸属于标准规格且全部相同，中间段节流环尺寸全部相同，通过改变两侧边部节流环的内径分布规律，改变两侧边部鹅颈管流量和冷却能力，以补偿中间段冷却水向两侧边部流动导致的边部温降，可在减少加工制造难度的情况下实现带钢横向宽度方向上冷却速度均衡一致，从而确保带钢横向组织性能均匀，避免形成边浪和瓢曲缺陷，提高板形质量。

本发明采取了如下技术解决方案：

一种宽度方向可变流量的上部冷却集管，其包括法兰、整流管、主集管、沿带钢横向宽度方向TD均匀分布的多个节流环和多根鹅颈管、定位架、水平支撑肋板和垂直支撑肋板；法兰与整流管、主集管固定连接；整流管的前端与法兰固定连接，整流管的末端与主集管固定连接，整流管的下部沿圆周方向均匀布置多排阻尼孔，相邻两排阻尼孔成一预设夹角，沿进水集管竖直对称面对称分布；多个节流环和多根鹅颈管与主集管固定连接并分布在主集管的轴线两侧，沿带钢横向宽度方向TD呈均匀交叉分布；定位架对称分布在主集管轴线两侧，沿带钢横向宽度方向TD开设有与多根鹅颈管一一对应的定位孔，并通过水平支撑肋板和垂直支撑肋板与主集管固定连接；带钢横向宽度方向TD分为中间段和两侧边部，节流环包括分布在中间段的中间段节流环和分布在两侧边部的两侧边部节流环，鹅颈管包括分布在中间段的中间段鹅颈管和分布在两侧边部的两侧边部鹅颈管；中间段节流环的尺寸相同，中间段鹅颈管的尺寸相同；两侧边部鹅颈管的尺寸相同，两侧边部节流环的内径或厚度从靠近中间侧向靠近边部侧减小。

优选地，所述两侧边部节流环的内径或厚度从靠近中间侧向靠近边部侧减小是指所述两侧边部节流环的内径或厚度从靠近中间侧向靠近边部侧按函数形式分布，所述函数形式的表达式为：

式中：D_i为两侧边部第i个节流环的内径或厚度，单位mm；

L_i为两侧边部第i根鹅颈管中心到中间段最外侧鹅颈管中心的距离，单位mm；

d为两侧边部节流环的内径最小值或厚度最小值，单位mm；

D为中间段节流环的内径或厚度，即节流环内径最大值或厚度最大值，单位mm。

优选地，所述两侧边部的宽度表达式为：

式中：k为两侧边部的宽度，单位mm；

L为鹅颈管排列总长度，单位mm；

l_min为带钢产品系列宽度最小值，单位mm；

α为系数，取值应不小于0.1。

优选地，主集管与节流环的连通处的开孔直径应等于鹅颈管的内径。

优选地，所述整流管的下部沿圆周方向均匀布置3～7排阻尼孔，所述相邻两排阻尼孔的预设夹角为15°～75°，沿进水集管竖直对称面对称分布，所述阻尼孔直径为8～15mm。

优选地，所述中间段鹅颈管的尺寸与所述两侧边部鹅颈管的尺寸相同。

优选地，还设有排污口和吊耳，所述位于排污口位于主集管末端；所述吊耳位于主集管上方，在主集管的前端和后端各一个，并与主集管固定连接。

本发明的有益效果为：

(1)在传统上部冷却集管中添加整流管，整流管下部沿圆周方向均匀布置多排阻尼孔，相邻两排阻尼孔成一预设夹角，沿进水集管竖直对称面对称分布，冷却水由法兰依次进入整流管、主集管、节流环、鹅颈管，最终出流，整流管可以避免冷却水在较长的主集管内流动产生的压力降，最终保证主集管沿带钢横向宽度方向的速度场和压力场分布均匀。

(2)将带钢横向宽度方向分为中间段和两侧边部，中间段和两侧边部分布的鹅颈管尺寸完全相同且属于标准规格，中间段和两侧边部节流环的内径或厚度按函数形式分布，带钢横向宽度方向冷却水流量和冷却能力分布过渡平滑并且可以精确调整，实现带钢横向宽度方向上综合冷却速度均衡一致，避免形成边浪和瓢曲缺陷，提高板形质量，并且鹅颈管尺寸属于标准规格，加工简单，制造成本低，适合批量生产。

附图说明

图1为本发明的宽度方向可变流量的上部冷却集管的三维轴测图；

图2为本发明的上部冷却集管的左视图；

图3为本发明的上部冷却集管的俯视图；

图4为本发明的上部冷却集管的中间剖视图；

图5为图4的上部冷却集管的沿A-A截面剖视图；

图6为图5的局部位置B放大图；

图7为带钢横向宽度方向上节流环内径大小分布图；其中横坐标为节流环相对位置M(mm)；纵坐标为节流环内径D_i(mm)；

图8为当其他参数一定时节流环内径对鹅颈管出口流量的影响示意图；其中横坐标为节流环内径D_i(mm)；纵坐标为鹅颈管出口流量Q(L/min)；

图9为带钢横向宽度方向上节流环厚度大小分布图；其中横坐标为节流环相对位置M(mm)；纵坐标为节流环厚度H_i(mm)；

图10为当其他参数一定时节流环厚度对鹅颈管出口流量的影响示意图；其中横坐标为节流环厚度H_i(mm)；纵坐标为鹅颈管出口流量Q(L/min)。

法兰1；整流管2；主集管3；节流环4；鹅颈管5；排污口6；鹅颈管定位架7；水平加强肋板8；垂直加强肋板9；吊耳10；中间段11；两侧边部12。

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本发明的技术方案。

本发明采取了如下技术解决方案：

如图1所示，本发明的宽度方向可变流量的上部冷却集管，包括法兰1、整流管2、主集管3、沿带钢横向宽度方向TD均匀分布的多个节流环4和多根鹅颈管5、排污口6、定位架7、水平支撑肋板8、垂直支撑肋板9、吊耳10，带钢横向宽度方向TD分为中间段11和两侧边部12。

如图1和图2所示，法兰1与整流管2、主集管3固定连接；多个节流环4和多根鹅颈管5与主集管3固定连接并分布在主集管3的轴线两侧；定位架7对称分布在主集管3轴线两侧，沿带钢横向宽度方向开设有与多根鹅颈管5一一对应的定位孔，并通过水平支撑肋板8和垂直支撑肋板8与主集管3固定连接；吊耳10位于主集管上方，在主集管3前端和后端各一个，与主集管3固定连接。

如图3所示，鹅颈管5沿带钢横向宽度方向TD呈均匀交叉分布；排污口6位于主集管3末端；带钢横向宽度方向TD分为中间段11和两侧边部12，节流环4包括分布在中间段11的中间段节流环和分布在两侧边部12的两侧边部节流环，鹅颈管5包括分布在中间段11的中间段鹅颈管和分布在两侧边部12的两侧边部鹅颈管。

如图4所示，整流管2前端与法兰1固定连接，末端与主集管3固定连接，整流管2下部沿圆周方向均匀布置多排阻尼孔，相邻两排阻尼孔成一预设夹角，沿进水集管竖直对称面对称分布。

如图5和图6所示，节流环4位于主集管3和鹅颈管5的连接处，并与主集管3和鹅颈管5固定连接，沿带钢横向宽度方向TD均匀分布的多个节流环4和多根鹅颈管5分为中间段11和两侧边部12，节流环4包括分布在中间段11的中间段节流环和分布在两侧边部12的两侧边部节流环，鹅颈管5包括分布在中间段11的中间段鹅颈管和分布在两侧边部12的两侧边部鹅颈管。中间段节流环的尺寸相同，中间段鹅颈管的尺寸相同；两侧边部鹅颈管的尺寸相同，两侧边部节流环的内径或厚度从靠近中间侧向靠近边部侧减小。

优选地，所述两侧边部节流环的内径或厚度从靠近中间侧向靠近边部侧减小是指所述两侧边部节流环的内径或厚度从靠近中间侧向靠近边部侧按函数形式分布，所述函数形式的表达式为：

式中：D_i为两侧边部12第i个节流环的内径或厚度，单位mm；

L_i为两侧边部12第i根鹅颈管中心到中间段11最外侧鹅颈管中心的距离，单位mm；

d为两侧边部节流环的内径最小值或厚度最小值，单位mm；

D为中间段节流环的内径或厚度，即节流环4内径最大值或厚度最大值，单位mm。

优选地，所述两侧边部12的宽度表达式为：

式中：k为两侧边部12的宽度，单位mm；

L为鹅颈管排列总长度，单位mm；

l_min为带钢产品系列宽度最小值，单位mm；

α为系数，取值应不小于0.1。

优选地，主集管3与节流环4连通处开孔直径应等于鹅颈管5内径。

优选地，整流管2下部沿圆周方向均匀布置3～7排阻尼孔，所述相邻两排阻尼孔的预设夹角为15°～75°，沿进水集管竖直对称面对称分布，所述阻尼孔直径为8～15mm。

优选地，中间段鹅颈管的尺寸与所述两侧边部鹅颈管的尺寸相同。

实施例1：

实施例1给出节流环4内径D_i变化时的案例，鹅颈管5内径为18mm，分布长度为1008mm，根数为22根，等距分布，两侧边部12各有5根鹅颈管5，节流环4厚度H为4mm，内径最大值，即中间段节流环内径D为12mm，两侧边部节流环内径最小值d为8mm。

在本实施例中，产品系列最小带宽为660mm，以两侧边部12的宽度表达式计算两侧边部段宽度，α取0.1：

两侧边部节流环距中间段11最外侧节流环4位置的距离L_i分别为：

L₁＝48mm，L₂＝96mm，L₃＝144mm，L₄＝192mm，L₅＝240mm

主集管3轴线两侧分布的鹅颈管5呈均匀交叉分布，故计算出一侧L_i值后，即可得到另一侧鹅颈管位置分布。将已知的D、d、k和L_i代入到节流环4内径的计算表达式中：

两侧边部呈对称分布，最终得到两侧边部节流环内径值分别为：

D₁＝11.807mm，D₂＝11.246mm，D₃＝10.371mm，D₄＝9.257mm，D₅＝8mm

整流管2圆周方向上均匀布置5排阻尼孔，与竖直中心轴线对称分布，预设夹角分别为0°、±30°、±60°，阻尼孔内径为14mm。

图7为实施例1计算获得的带钢横向宽度方向TD上节流环4内径大小分布图，其中横坐标为节流环4相对位置M(mm)，纵坐标为节流环4内径D_i(mm)，节流环4内径由中间段11向两侧边部12逐渐减小。图8为当其他参数一定时节流环4内径对鹅颈管5出口流量的影响示意图，其中横坐标为节流环4内径D_i(mm)，纵坐标为鹅颈管5出口流量Q(L/min)，从图中可以看出，当其他参数一定时，鹅颈管5出口流量Q随着节流环4内径D_i减小而减小。因此，本发明仅通过调整节流环4内径分布即可实现带钢横向宽度方向TD上冷却水流量和冷却能力的精确调节，最终实现带钢横向宽度方向TD上冷却速度均衡一致，从而确保带钢横向组织性能均匀，避免形成边浪和瓢曲缺陷，提高板形质量，并且鹅颈管5尺寸相同且属于标准规格，加工制造成本低，适合批量生产。

实施例2：

实施例2给出节流环4厚度变化时的案例，为避免与实施例1混淆，在实施例2中用H_i表示节流环4厚度，H表示中间段节流环厚度，即节流环4厚度最大值，h表示两侧边部节流环厚度最小值。

鹅颈管5内径为18mm，分布长度为1008mm，根数为22根，等距分布，两侧边部12各有5根鹅颈管5，节流环4内径为11mm，壁厚最大值，即中间段节流环厚度H_i为6mm，两侧边部节流环厚度最小值h为2mm。

在本实施例中，产品系列最小带宽为660mm，以两侧边部12的宽度表达式计算两侧边部段宽度，α取0.1：

两侧边部节流环距中间段11最外侧节流环4位置的距离L_i分别为：

L₁＝48mm，L₂＝96mm，L₃＝144mm，L₄＝192mm，L₅＝240mm

主集管3轴线两侧分布的鹅颈管5呈均匀交叉分布，故计算出一侧L_i值后，即可得到另一侧鹅颈管位置分布。将已知的H、h、k和L_i代入到节流环4厚度的计算表达式中：

两侧边部呈对称分布，最终得到两侧边部节流环厚度值分别为：

H₁＝7.568mm，H₂＝6.409mm，H₃＝4.857mm，H₄＝3.294mm，H₅＝2mm

整流管2圆周方向上均匀布置5排阻尼孔，与竖直中心轴线对称分布，预设夹角分别为0°、±30°、±60°，阻尼孔内径为14mm。

图9为实施例2计算获得的带钢横向宽度方向TD上节流环4厚度大小分布图，其中横坐标为节流环4相对位置M(mm)，纵坐标为节流环4厚度H_i(mm)，节流环4厚度由中间段11向两侧边部12逐渐减小。图10为当其他参数一定时节流环4厚度对鹅颈管5出口流量的影响示意图，其中横坐标为节流环4厚度H_i(mm)，纵坐标为鹅颈管5出口流量Q(L/min)，从图中可以看出，当其他参数一定时，鹅颈管5出口流量Q随着节流环4厚度H_i减小而减小。因此，本发明仅通过调整节流环4厚度分布即可实现带钢横向宽度方向TD上冷却水流量和冷却能力的精确调节，最终实现带钢横向宽度方向TD上冷却速度均衡一致，从而确保带钢横向组织性能均匀，避免形成边浪和瓢曲缺陷，提高板形质量，并且鹅颈管5尺寸相同且属于标准规格，加工制造成本低，适合批量生产。

以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种宽度方向可变流量的上部冷却集管，包括法兰、整流管、主集管、沿带钢横向宽度方向TD均匀分布的多个节流环和多根鹅颈管、定位架、水平支撑肋板和垂直支撑肋板；法兰与整流管、主集管固定连接；整流管的前端与法兰固定连接，整流管的末端与主集管固定连接，整流管的下部沿圆周方向均匀布置多排阻尼孔，相邻两排阻尼孔成一预设夹角，沿主集管竖直对称面对称分布；多个节流环和多根鹅颈管与主集管固定连接并分布在主集管的轴线两侧，沿带钢横向宽度方向TD呈均匀交叉分布；定位架对称分布在主集管轴线两侧，沿带钢横向宽度方向TD开设有与多根鹅颈管一一对应的定位孔，并通过水平支撑肋板和垂直支撑肋板与主集管固定连接；其特征在于：

带钢横向宽度方向TD分为中间段和两侧边部，节流环包括分布在中间段的中间段节流环和分布在两侧边部的两侧边部节流环，鹅颈管包括分布在中间段的中间段鹅颈管和分布在两侧边部的两侧边部鹅颈管；中间段节流环的尺寸相同，中间段鹅颈管的尺寸相同；两侧边部鹅颈管的尺寸相同，两侧边部节流环的厚度从靠近中间侧向靠近边部侧按函数形式分布，所述函数形式的表达式为：

式中：D_i为两侧边部第i个节流环的厚度，单位mm；

L_i为两侧边部第i根鹅颈管中心到中间段与每侧边部邻近的最外侧鹅颈管中心的距离，单位mm；

d为两侧边部节流环的厚度最小值，单位mm；

D为中间段节流环厚度，即节流环厚度最大值，单位mm；

所述两侧边部的宽度表达式为：

式中：k为两侧边部的宽度，单位mm；

L为鹅颈管排列总长度，单位mm；

l_min为带钢产品系列宽度最小值，单位mm；

α为系数，取值应不小于0.1。

2.如权利要求1所述的宽度方向可变流量的上部冷却集管，其特征在于：主集管与节流环的连通处的开孔直径应等于鹅颈管的内径。

3.如权利要求1所述的宽度方向可变流量的上部冷却集管，其特征在于：所述整流管的下部沿圆周方向均匀布置3～7排阻尼孔，所述相邻两排阻尼孔的预设夹角为15°～75°，沿主集管竖直对称面对称分布，所述阻尼孔直径为8～15mm。

4.如权利要求1所述的宽度方向可变流量的上部冷却集管，其特征在于：所述中间段鹅颈管的尺寸与所述两侧边部鹅颈管的尺寸相同。

5.如权利要求1所述的宽度方向可变流量的上部冷却集管，其特征在于：还设有排污口和吊耳，所述排污口位于主集管末端；所述吊耳位于主集管上方，在主集管的前端和后端各一个，并与主集管固定连接。