CN109174980B - 轧机机架间钢带冷却喷淋集管及其安装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧机机架间钢带冷却喷淋集管及其安装结构，该冷却喷淋集管包括汇流管和多根喷头管，所述汇流管的形状以其管道中心轴线表示为截取自圆锥曲线上的一段轴对称曲线，所述汇流管沿其对称轴的长度与其开口宽度之比为0.05～0.25；多根所述喷头管沿汇流管凸出的一侧设置，并且向汇流管的管道中心轴线所在平面的一侧倾斜，使得所述喷头管出口处的管道中心轴线与汇流管的管道中心轴线所在平面之间的夹角α＝15°～60°。安装时，采用两组所述冷却喷淋集管，分别安装于钢带的上部和下部，且所述冷却喷淋集管的对称轴与钢板中间线在同一个竖直面上。本发明能够解决钢带横向温度分布不均、边部温降较快的问题。

Description

轧机机架间钢带冷却喷淋集管及其安装结构

技术领域

本发明涉及一种钢带冷却装置，特别是指一种轧机机架间钢带冷却喷淋集管及其安装结构。

背景技术

热连轧钢带的终轧温度控制精度是钢带性能的关键性指标。为了保证终轧温度对机架间的冷却水系统提出了更高的要求。热连轧机机架间的冷却水系统不仅能提升钢带的表面质量，同时还可以防止二次生鳞。但在钢带冷却过程中，由于边部冷却较快，会造成钢带横向温度不一致，导致钢带冷却后发生边浪，这种现象在轧制较薄的钢带时尤为明显。为此有必要减少热轧钢带边部的的温降，保持钢带中部的温降速度。

中国专利ZL201310311026.3采用冷却水集管和遮挡板的方式对钢带的冷却速度进行控制，但仅是针对带头带尾方面的控制，对带身处控温效果不明显。中国专利ZL201521074176.8采用可调式喷嘴，实现喷射角度的调整，从而控制钢带横向的冷却速度，其不足之处在于：该专利采用直形喷射集管，不能调整喷嘴与喷射点之间的距离，不能调整喷射压力，并且在喷射起停瞬间，调整机构受到的冲击力巨大，设备故障率显著上升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对钢带横向温度进行有效控制的轧机机架间钢带冷却喷淋集管及其安装结构。

为实现上述目的，本发明所设计的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，包括汇流管和多根喷头管，所述汇流管的形状以其管道中心轴线表示为截取自圆锥曲线上的一段轴对称曲线，所述汇流管沿其对称轴的长度L_x与其开口宽度L_y之比L_x/L_y＝0.05～0.25；多根所述喷头管沿汇流管凸出的一侧设置，并且向汇流管的管道中心轴线所在平面的一侧倾斜，使得所述喷头管出口处的管道中心轴线与汇流管的管道中心轴线所在平面之间的夹角α＝15°～60°；所述圆锥曲线包括椭圆(包括圆)、抛物线、双曲线，以及切割前述曲线所得的多段折线(多段折线可以作为曲线的近似)。

传统采用直线型喷淋集管进行冷却时，钢带表面横向温度分布不均匀，越到边部温降越快，实测结果表明钢带横向温度分布近似为二次曲线，特别是边部温降梯度很大。本发明将喷淋集管设计成圆锥曲线形状，通过喷淋集管不同位置到钢带距离的不同控制钢带的冷却速度。圆锥曲线形的喷淋集管结构具备中心点距离钢带出轧机侧距离近(冷却水流速衰减较小)、边部距离钢带出轧机侧距离远(冷却水流速衰减较大)的特点，冷却时钢板越到边部冷却速度越低，冷却速度沿横向呈现出二次曲线的特征，能够校正传统方式冷却时边部温降过快的问题，符合传统方式冷却时钢带横向表面温度的分布特点，大幅提高钢带横向冷却的温度均匀性。

优选地，所述汇流管分为三类控温区，分别为位于汇流管中间区域的一个中间冷却集管区、位于汇流管两端区域的两个边部冷却集管区，以及位于中间冷却集管区与两个边部冷却集管区之间的两个边中冷却集管区；所述中间冷却集管区、边中冷却集管区、边部冷却集管区的喷头管出口处的管道中心轴线与汇流管的管道中心轴线所在平面的夹角α分别为α₀、α₁、α₂，且在该平面上的投影与所述汇流管的对称轴之间的夹角分别为β₀、β₁、β₂(不区分正负，正值表示向外侧倾斜)；其中，α₀-α₁＝0°～15°，α₁-α₂＝0°～15°，β₀＝0，β₁-β₀＝0～10°，β₂-β₁＝0～10°。

进一步地，所述夹角α₀、α₁、α₂＝30°～45°。

进一步地，α₀-α₁＝5°～10°，α₁-α₂＝5°～10°。即夹角α由中部向两端阶梯减小，由于两端夹角更小，使得冷却效果下降，进一步较低了边部温降速度。

进一步地，所述夹角β₁＝5°～10°，β₂＝8°～13°。此种布置的好处在于：1)增加了边部、边中部喷头管的散射角度，使喷头管到钢带出轧机侧距离增大，冷却效果减弱，更加有利于局部冷却均匀；2)当边中部、边部区域喷头管数量减少时，向外倾斜设置的喷头管可有效避免因喷头管的减少而导致钢带某些位置漏喷的问题；3)边部、边中部喷头管向外侧喷淋还能起到吹扫氧化铁皮的作用。

进一步地，所述边中冷却集管区的喷头管间距为中间冷却集管区的喷头管间距的1～1.2倍，所述边部冷却集管区的喷头管间距为边中冷却集管区的喷头管间距的1.2～1.8倍，所述边部冷却集管区的喷头管间距为中间冷却集管区的喷头管间距的1.2～1.8倍。这种布置进一步减少了边中部、边部的温降，使得钢带横向的轧制温度趋向一致。

进一步地，各所述中间冷却集管区、边部冷却集管区和边中冷却集管区分别占汇流管长度的1/(4～6)。

优选地，所述汇流管的形状以其管道中心轴线表示为圆弧形，其半径R＝1.5w～2.5w，w表示轧机工作辊长度。

本发明同时提供了前述轧机机架间钢带冷却喷淋集管的安装结构，采用两组所述冷却喷淋集管，分别安装于钢带的上部和下部，且所述冷却喷淋集管的对称轴与钢板中间线在同一个竖直面上。

本发明针对钢带横向温度分布不一致，特别是边部温降较快的问题，提出了一种专用的轧机机架间钢带冷却喷淋集管及其安装结构。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)利用集管的弧度，使喷头管到钢带距离不同，有效避免边部区域温降过快的问题，减少轧机机架间钢带横向冷却的温度不均匀性。

2)通过提高横向冷却温度均匀性，减少了钢带表面的横向应力，提高了轧机控轧控冷的控制精度，有效提高了钢带表面质量，降低了热轧、冷轧产品的生产成本，具有很好的应用价值。

3)本发明结构简单，对现场设备改动小，易于实现，能够实现钢带温度的横向一致性，具有明显的实用价值。

附图说明

图1为本发明所设计的轧机机架间钢带冷却喷淋集管的立体结构示意图，为画图简便，图中各区域仅画出一个喷头管，实际应为多个。

图2为图1中喷头管中心轴线上建立的坐标系的放大示意图。

图3为图1中冷却喷淋集管的俯视结构示意图。

图4为图1中冷却喷淋集管的安装结构俯视示意图。

图5为图1中冷却喷淋集管的工作状态示意图。

其中：轧机工作辊1、汇流管2、钢带3、喷头管4、机架5、支架6、边部冷却集管区7、边中冷却集管区8、中间冷却集管区9

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～3所示，本发明所设计的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，包括汇流管2和多根喷头管4，其中：

汇流管2的形状以其管道中心轴线表示为截取自圆锥曲线上的一段轴对称曲线，汇流管2沿其对称轴的长度L_x与其开口宽度L_y之比L_x/L_y＝0.05～0.25。

多根喷头管4沿汇流管2凸出的一侧设置，并且向汇流管2的管道中心轴线所在平面的一侧倾斜，使得喷头管4出口处的管道中心轴线与汇流管2的管道中心轴线所在平面之间的夹角α＝15°～60°。

汇流管2分为三类控温区，分别为：位于汇流管2中间区域的一个中间冷却集管区9，用于控制钢带3中间区域温度；位于汇流管2两端区域的两个边部冷却集管区7，用于控制钢带3边部区域温度；以及位于中间冷却集管区9与两个边部冷却集管区7之间的两个边中冷却集管区8，用于控制钢带3边中部区域温度。

中间冷却集管区9、边部冷却集管区7和边中冷却集管区8分别占汇流管2长度的1/(4～6)(实施例中为1/5)。边中冷却集管区8的喷头管4间距为中间冷却集管区9的喷头管4间距的1～1.2倍，边部冷却集管区7的喷头管4间距为边中冷却集管区8的喷头管4间距的1.2～1.8倍，边部冷却集管区7的喷头管4间距为中间冷却集管区9的喷头管4间距的1.2～1.8倍。中间冷却集管区9的喷头管4间距设定为d＝w/(25～35)(实施例中为w/25)，其中，w表示轧机工作辊1的长度。

如图1、2所示，为更好的表示喷头管4的位置，在喷头管4的管道中心轴线上建立直角坐标系O-xyz，x轴与汇流管2的对称轴平行，y轴与汇流管2都两端连线平行。喷头管4的管道中心轴线与xy平面的夹角为α，其在xy平面上的投影与x轴之间的夹角为β(不区分正负)。中间冷却集管区9、边中冷却集管区8、边部冷却集管区7的喷头管4的管道中心轴线与汇流管2的管道中心轴线所在平面的夹角(等同于α)分别为α₀、α₁、α₂，且在该平面上的投影与汇流管2的对称轴之间的夹角(等同于β)分别为β₀、β₁、β₂。其中，α₀-α₁＝0°～15°，α₁-α₂＝0°～15°，β₀＝0，β₁-β₀＝0～10°，β₂-β₁＝0～10°。

汇流管2和多根喷头管4采用一体式设计，有利于制造与安装，避免分体式结构带来的安装困难与漏水概率增加的问题。

针对冷却喷淋集管形状参数的不同，本发明给出了几个具体实施例，如下表所式：

表1冷却喷淋集管形状参数

注：表1中，w示轧机工作辊的长度，d为中部中间冷却集管区的喷头管间距，实施例5中汇流管每个区域各占折线的一段。

如图4、图5所示，该冷却喷淋集管进行安装时，两组冷却喷淋集管，分别通过上部和下部的支架6固定于钢带3的上部和下部，使得冷却喷淋集管的对称轴位于与钢板中心线在同一个竖直面上，并与钢带表面平行，安装高度为0.2w。

在热轧实验中，钢带3通过轧机工作辊1轧制后出机架5，高压水通过上下集管上的喷头管2、4对钢带3进行冷却。测量各实施例钢带不同区域中心经冷却后的温度，结果列于下表：

表2各实施例不同区域冷却温度

注：表2中，边部A、边部B分别代表钢带两侧边部区域被边部冷却集管区的喷头管冷却的中心温度，边中部A、边中部B分别代表钢带两侧靠中间区域被边中冷却集管区的喷头管冷却的中心温度，“中部”代表钢带中间区域被中间冷却集管区的喷头管冷却的中心温度。

从表2可以看出，本发明所设计的轧机机架间钢带冷却喷淋集管及其安装结构能够明显改善钢带横向温度分布情况，有效避免出现边部温降较快的问题，提高了轧机控轧控冷的控制精度。

此外，该冷却喷淋集管还可以整体进行一定角度的旋转来对钢带冷却温度进行调整。例如，如果边部温降过快，可抬高边部冷却集管区7，并保持中间冷却集管区9正中高度不变，以降低边部的冷却速度，保持中部的冷却速度，进而达到钢带3横向温度一致的目的。

Claims (8)

1.一种轧机机架间钢带冷却喷淋集管，包括汇流管(2)和多根喷头管(4)，其特征在于：

所述汇流管(2)的形状以其管道中心轴线表示为截取自圆锥曲线上的一段轴对称曲线，所述汇流管(2)沿其对称轴的长度L_x与其开口宽度L_y之比L_x/L_y＝0.05～0.25；

多根所述喷头管(4)沿汇流管(2)凸出的一侧设置，并且向汇流管(2)的管道中心轴线所在平面的一侧倾斜，使得所述喷头管(4)出口处的管道中心轴线与汇流管(2)的管道中心轴线所在平面之间的夹角α＝15°～60°；

所述圆锥曲线包括椭圆、抛物线、双曲线，以及切割前述曲线所得的多段折线；

所述汇流管(2)分为三类控温区，分别为位于汇流管(2)中间区域的一个中间冷却集管区(9)、位于汇流管(2)两端区域的两个边部冷却集管区(7)，以及位于中间冷却集管区(9)与两个边部冷却集管区(7)之间的两个边中冷却集管区(8)；所述中间冷却集管区(9)、边中冷却集管区(8)、边部冷却集管区(7)的喷头管(4)出口处的管道中心轴线与汇流管(2)的管道中心轴线所在平面的夹角α分别为α₀、α₁、α₂，且在该平面上的投影与所述汇流管(2)的对称轴之间的夹角分别为β₀、β₁、β₂；其中，α₀-α₁＝5°～15°，α₁-α₂＝5°～15°，β₀＝0，β₁-β₀＝0～10°，β₂-β₁＝0～10°。

2.根据权利要求1所述的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，其特征在于：所述夹角α₀、α₁、α₂＝30°～45°。

3.根据权利要求1所述的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，其特征在于：α₀-α₁＝5°～10°，α₁-α₂＝5°～10°。

4.根据权利要求1所述的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，其特征在于：所述夹角β₁＝5°～10°，β₂＝8°～13°。

5.根据权利要求1所述的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，其特征在于：所述边中冷却集管区(8)的喷头管(4)间距为中间冷却集管区(9)的喷头管(4)间距的1～1.2倍，所述边部冷却集管区(7)的喷头管(4)间距为边中冷却集管区(8)的喷头管(4)间距的1.2～1.8倍，所述边部冷却集管区(7)的喷头管(4)间距为中间冷却集管区(9)的喷头管(4)间距的1.2～1.8倍。

6.根据权利要求1所述的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，其特征在于：各所述中间冷却集管区(9)、边部冷却集管区(7)和边中冷却集管区(8)分别占汇流管(2)长度的1/(4～6)。

7.根据权利要求1所述的轧机机架间钢带冷却喷淋集管，其特征在于：所述汇流管(2)的形状以其管道中心轴线表示为圆弧形，其半径R＝1.5w～2.5w，w表示轧机工作辊(1)的长度。

8.一种根据权利要求1～7中任一项所述的轧机机架间钢带冷却喷淋集管的安装结构，其特征在于：采用两组所述冷却喷淋集管，分别安装于钢带(3)的上部和下部，且所述冷却喷淋集管的对称轴与钢板中间线在同一个竖直面上。