CN110496861A - 用于无缝钢管芯棒冷却的系统及基于该系统的冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其包括：集水总管；若干个冷却喷箱，其与集水总管之间对应连接有若干个输水管道，各输水管道上均设有阀和流量计；控制装置，其与各阀和流量计分别连接，接收流量计传输的流量数据，并调节阀的开度。本发明还公开了一种基于上述的系统的冷却方法，其包括步骤：在系统使用前对其进行标定；采用测温仪测量获得无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，控制装置基于该温度分布曲线和目标温度值设定各冷却喷箱的流量密度；控制装置根据各冷却喷箱的流量密度以及各流量计实时测得的数据，调节各阀的开度，以分别对各冷却喷箱的喷水量和喷水时间进行闭环控制。

Description

用于无缝钢管芯棒冷却的系统及基于该系统的冷却方法

技术领域

本发明涉及一种用于冷却的系统及基于该系统的冷却方法，尤其涉及一种用于芯棒冷却的系统及基于该系统的冷却方法。

背景技术

在连轧管机尤其是三辊可调式芯棒连轧管机的工作过程中，芯棒工作流程一般为：穿棒→轧管→脱棒→芯棒冷却→进入下一个工作流程。芯棒冷却是轧管的一个重要辅助工序。如果芯棒冷却温度不均，或者冷却温度达不到要求，会影响石墨润滑层的干燥程度，影响到芯棒寿命和荒管内外表面质量。更有甚者，过冷或过热的芯棒在轧制中会造成轧卡或包棒故障。一般来说，轧后的芯棒表面温度高达200℃～300℃以上，且头尾段和中间段存在较大温差，需要在规定时间内(具体时间由轧制节奏和一组芯棒的根数决定)均匀冷却至100℃左右。

现有技术中，钢管芯棒冷却方式主要有水箱式浸泡冷却和喷淋冷却两种。

专利号为CN103567225A，公开日为2014年2月12日，名称为“一种芯棒冷却设备”的中国专利文献公开了一种钢管芯棒冷却设备，采用多组托辊和喷淋环，芯棒在托辊上旋转的同时喷淋环进行喷水冷却，但由于长度方向不能实现分段控制，对解决长度方向的温度不均起不到作用。

专利号为CN201720247U，公开日为2011年1月26日，名称为“无缝钢管生产线用芯棒冷却装置”的中国专利文献公开了一种无缝钢管生产线用芯棒冷却装置，该装置通过拨料装置和落料装置将热芯棒放入冷却水箱进行冷却，其工作效率较高，设备简单，然而水箱冷却均匀性较差，冷却水与热芯棒表面形成的气膜影响了换热效率。

综上所述，从钢厂实际情况和现有技术来看，目前主要的两种钢管芯棒冷却方式(水箱式浸泡冷却和喷淋冷却)，存在装置结构较为复杂、长度方向温度梯度无法改善、冷却均匀性较差、耗水量较大的问题。

鉴于此，希望获得一种用于无缝钢管芯棒冷却的系统，该系统可以满足长度方向存在温度梯度的无缝钢管芯棒的均匀冷却需求，同时该系统易于维护，可以减少设备维护时间和维修成本，从而提高生产效率。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种用于无缝钢管芯棒冷却的系统，该系统通过应用流量和压力可调的加压分段直喷冷却装置，对无缝钢管芯棒进行小流量分段低温快速均匀冷却，满足长度方向存在温度梯度的无缝钢管芯棒的均匀冷却需求，同时该系统易于维护，解决冷却水石墨含量高而堵塞喷嘴的顽疾，可以减少设备维护时间和维修成本，从而提高生产效率。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其包括：

集水总管；

若干个冷却喷箱，所述若干个冷却喷箱与所述集水总管之间对应连接有若干个输水管道，各所述输水管道上均设有阀和流量计；

控制装置，所述控制装置与各阀和流量计分别连接，所述控制装置接收流量计传输的流量数据，并调节阀的开度。

上述技术方案中，若干个冷却喷箱与集水总管之间对应连接有若干个输水管道，各输水管道上均设有阀和流量计，控制装置接收流量计传输的流量数据，并调节阀的开度，实现对流量、压力的调节，从而满足不同规格的无缝钢管芯棒或者长度方向存在不同温度梯度的无缝钢管芯棒的均匀冷却需求。

进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，还包括：测温仪，其用于检测无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，所述测温仪与所述控制装置连接。

更进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，还包括：出口温度计，其用于检测无缝钢管芯棒被冷却后的温度，所述出口温度计与控制装置连接。

进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，所述阀为电动调节阀。

进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，所述冷却喷箱上设有若干个喷嘴，所述若干个喷嘴被排列成一排或多排。

进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，所述喷嘴的压力范围为0.1-0.5MPa。

进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，所述冷却喷箱的底部设有排污口。

在本发明所述的技术方案中，冷却喷箱的底部设有排污口，在生产间歇或者定期维修期间打开排污口可以完成对冷却喷箱的清洗，从而避免因冷却水石墨含量高而堵塞喷嘴的问题。

进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，所述集水总管上设有自清洗过滤器。

进一步地，在本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中，所述冷却喷箱设置有5-10个。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种基于上述用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法，该冷却方法通过应用流量和压力可调的加压分段直喷冷却装置，对无缝钢管芯棒进行小流量分段低温快速均匀冷却，减小无缝钢管芯棒头尾和中间段的温度差，从而改善无缝钢管芯棒表面的石墨润滑条件，保证荒管的内壁质量。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于上述用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法，其包括步骤：

在所述系统投入使用前对其进行标定，以确定阀在不同压力下的不同开度与相应流量之间的对应关系；

采用测温仪测量获得无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，控制装置基于该温度分布曲线和目标温度值设定各冷却喷箱的流量密度；

控制装置根据各冷却喷箱的流量密度以及各流量计实时测得的数据，调节各阀的开度，以分别对各冷却喷箱的喷水量和喷水时间进行闭环控制。

在本发明所述的技术方案中，在一些实施方式下，基于本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法，具体步骤可以为：

(1)在系统投入使用前对其进行标定，以确定阀在不同压力下的不同开度与相应流量之间的对应关系；

(2)采用测温仪测量获得无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，控制装置将该温度分布曲线送入其内部的流量计算模型，流量计算模型基于该温度分布曲线和目标温度值计算各冷却喷箱的流量密度(即单位时间内在单位面积上通过的流量)、喷水量以及喷水时间，控制装置设定各冷却喷箱的流量密度、喷水量以及喷水时间；

(3)控制装置根据设定的各冷却喷箱的流量密度将各输水管道上的阀打开到相应的开度，开启集水总管上的总开关阀，在集水总管内的压力稳定后，控制装置根据设定流量调节各输水管道上的阀的开度，根据各流量计实时测得的数据进行各输水管道上的阀的开度的闭环控制，从而将各输水管道上的流量调节到设定值；

(4)无缝钢管芯棒通过传输辊道送入旋转台架，无缝钢管芯棒旋转的同时进行喷水冷却，控制装置根据各冷却喷箱的流量密度以及各流量计实时测得的数据，调节各阀的开度，以分别对各冷却喷箱的喷水量和喷水时间进行闭环控制。冷却结束后，无缝钢管芯棒通过传输辊道离开旋转台架到达出口处，采用出口温度计测量无缝钢管芯棒被冷却后的温度，若被冷却后的温度达到目标温度，则进入步骤(5)，若被冷却后的温度没有达到目标温度，则重复步骤(2)～(4)；

(5)无缝钢管芯棒通过下料辊道送入润滑装置待使用；

(6)同批次下一根无缝钢管芯棒进行冷却准备，重复上述步骤(2)～(5)；

(7)在当前批次无缝钢管芯棒全部冷却结束后，关闭集水总管上的总开关阀，若有后续其他批次无缝钢管芯棒需要冷却，则重复上述步骤(2)～(6)。

本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统及基于该系统的冷却方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，通过应用流量和压力可调的加压分段直喷冷却装置，对无缝钢管芯棒进行小流量分段低温快速均匀冷却，满足长度方向存在温度梯度的无缝钢管芯棒的均匀冷却需求。

(2)本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统易于维护，解决冷却水石墨含量高而堵塞喷嘴的顽疾，可以减少设备维护时间和维修成本，从而提高生产效率。

(3)本发明所述的基于用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法，通过应用流量和压力可调的加压分段直喷冷却装置，对无缝钢管芯棒进行小流量分段低温快速均匀冷却，减小无缝钢管芯棒头尾和中间段的温度差，从而改善无缝钢管芯棒表面的石墨润滑条件，保证荒管的内壁质量。

附图说明

图1为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统在某些实施方式下的部分结构的示意图。

图2为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中的任意一个冷却喷箱在某些实施方式下的结构示意图。

图3为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中的喷嘴在某些实施方式下的结构示意图。

图4为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中的喷嘴在另一些实施方式下的结构示意图。

图5为基于本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法在某些实施方式下的流程图。

图6为实施例1中的无缝钢管芯棒在步骤(2)中在长度方向上的温度分布曲线图。

图7为实施例1中的无缝钢管芯棒在经过步骤(4)之后在长度方向上的温度分布曲线图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统及基于该系统的冷却方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统在某些实施方式下的部分结构的示意图。

由图1可以看出，在某些实施方式下，本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统包括：集水总管1(其上设有自清洗过滤器(图中未示出))、冷却喷箱3(数量为8个，在其他的实施方式下可以设置为5-10个)和控制装置(图中未示出)。其中，8个冷却喷箱3与集水总管1之间对应连接有8个输水管道2，各输水管道2上均设有电动调节阀21和流量计22。此外，控制装置与各电动调节阀21和流量计22分别连接，控制装置接收流量计22传输的流量数据，并调节电动调节阀21的开度，实现对流量、压力的调节，从而满足不同规格的无缝钢管芯棒或者长度方向存在不同温度梯度的无缝钢管芯棒的均匀冷却需求。

图2为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中的任意一个冷却喷箱在某些实施方式下的结构示意图。图3为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中的喷嘴在某些实施方式下的结构示意图。图4为本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中的喷嘴在另一些实施方式下的结构示意图。

由图2可以看出，并在必要时结合图1，在某些实施方式中，本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统中的任意一个冷却喷箱3上设有若干个喷嘴31。在任意一个冷却喷箱3的底部设有排污口32，以便在生产间歇或者定期维修期间打开排污口完成对冷却喷箱的清洗，从而避免因冷却水石墨含量高而堵塞喷嘴的问题。

进一步参考图3和图4，可以看出，在某些实施方式下，这若干个喷嘴31可以被排列成一排。在另一些实施方式下，这若干个喷嘴31可以被排列成多排。此外，需要说明的是，在某些实施方式下，任意一个喷嘴31的压力范围可以为0.1-0.5MPa。

图5为基于本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法在某些实施方式下的流程图。

由图5可以看出，并在必要时结合图1，在某些实施方式下，基于本发明所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法，具体步骤可以为：

步骤51，系统开始，然后进入步骤52，在系统投入使用前对其进行标定，在此过程中，需要进入步骤56(即开启电动调节阀21)，以确定电动调节阀21在不同压力下的不同开度与相应流量之间的对应关系。步骤52之后进入步骤53，采用测温仪测量获得无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线。然后进入步骤54，控制装置将该温度分布曲线送入其内部的流量计算模型，流量计算模型基于温度分布曲线和目标温度值计算各冷却喷箱3的流量密度、喷水量以及喷水时间。然后进入步骤55，控制装置设定各冷却喷箱3的流量密度、喷水量以及喷水时间。然后进入步骤56，控制装置根据设定的各冷却喷箱的流量密度、喷水量以及喷水时间将各输水管道2上的电动调节阀21打开到相应的开度。然后进入步骤57，开启集水总管1上的总开关阀(图中未示出)，在集水总管1内的压力稳定后，进入步骤58，控制装置根据设定流量调节各输水管道2上的电动调节阀21的开度，以使各输水管道2的流量达到设定值，根据各流量计22实时测得的数据调节各输水管道2上的电动调节阀21的开度，从而将各输水管道2上的流量调节到设定值。然后进入步骤59，无缝钢管芯棒通过传输辊道送入旋转台架，无缝钢管芯棒旋转的同时进行喷水冷却，然后进入步骤60，控制装置根据各冷却喷箱3的流量密度以及各流量计22实时测得的数据，微调各电动调节阀21的开度，从而将各输水管道2上的流量调节到允许范围，以确保各输水管道2上的实际流量的稳定和精准，从而满足长度方向存在温度梯度的无缝钢管芯棒的均匀冷却需求。然后进入步骤61，判断当前的无缝钢管芯棒是否冷却结束，当实际喷水时间达到设定的喷水时间时，当前的无缝钢管芯棒冷却结束，进入步骤62。而当实际喷水时间未达到设定的喷水时间时，当前的无缝钢管芯棒未冷却结束，则进入步骤60，继续对无缝钢管芯棒进行冷却。在步骤62中，无缝钢管芯棒通过传输辊道离开旋转台架到达出口处，之后进入步骤63，采用出口温度计测量无缝钢管芯棒被冷却后的温度，若被冷却后的温度达到目标温度，则进入步骤64，若被冷却后的温度没有达到目标温度，则进入步骤53，重新测定无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，从而实现对各冷却喷箱3的喷水量和喷水时间进行闭环控制。在步骤64中，无缝钢管芯棒通过下料辊道送入润滑装置待使用，判断是否当前批次的无缝钢管芯棒均冷却完毕，如果当前批次的所有无缝钢管芯棒均冷却完毕，则进入步骤65。如果当前批次的无缝钢管芯棒没有全部冷却完毕，则进入步骤53。在步骤65中，关闭集水总管1上的总开关阀，进入步骤66，判断是否还有下一批次的无缝钢管芯棒需要冷却，如果有，则进入步骤53，如果没有则进入步骤67，系统结束。

实施例1

实施例1的用于无缝钢管芯棒冷却的系统包括：设有自清洗过滤器和总开关阀的集水总管，8个冷却喷箱、控制装置、测温仪和出口温度计。其中，8个冷却喷箱的总长度为12000mm，这8个冷却喷箱沿着集水总管的长度方向按照编号顺序依次排列，第1个冷却喷箱至第8个冷却喷箱的长度分别为：1000mm，1500mm，1750mm，1750mm，1750mm，1750mm，1500mm，1000mm。这8个冷却喷箱与集水总管之间对应连接有8个输水管道，各输水管道上均设有电动调节阀和流量计。此外，控制装置与各电动调节阀和流量计分别连接，控制装置接收流量计传输的流量数据，并调节电动调节阀的开度，实现对流量、压力的调节，从而满足不同规格的无缝钢管芯棒或者长度方向存在不同温度梯度的无缝钢管芯棒的均匀冷却需求。

需要说明的是，在本实施例中，每个冷却喷箱上均设有排列成一排的多个喷嘴，每个喷嘴的形状为扇形，相邻间距为100mm，压力为0.1-0.5MPa。每个冷却喷箱的底部设有排污口以便在生产间歇或者定期维修期间打开排污口完成对冷却喷箱的清洗，从而避免因冷却水石墨含量高而堵塞喷嘴的问题。此外，测温仪用于检测无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，测温仪与控制装置连接。出口温度计用于检测无缝钢管芯棒被冷却后的温度，出口温度计也与控制装置连接。

基于实施例1的用于无缝钢管芯棒冷却的系统采用以下方法对一根直径为272.6mm，长度为12m的无缝钢管芯棒进行冷却，冷却方法按照图5所示的流程图进行，具体步骤为：

(1)在系统投入使用前对其进行标定，以确定电动调节阀在不同压力下的不同开度与相应流量之间的对应关系；

(2)采用测温仪测量获得无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线(参见图6)，控制装置将该温度分布曲线送入其内部的流量计算模型，流量计算模型基于该温度分布曲线和目标温度值(100℃)计算各冷却喷箱的流量密度以及喷水时间，控制装置设定各冷却喷箱的流量密度以及喷水时间(参见表1)；

(3)控制装置根据设定的各冷却喷箱的流量密度将各输水管道上的阀打开到相应的开度，开启集水总管上的总开关阀，在集水总管内的压力稳定后，控制装置根据设定流量调节各输水管道上的阀的开度，根据各流量计实时测得的数据进行各输水管道上的阀的开度的闭环控制，从而将各输水管道上的流量调节到设定值；

(4)无缝钢管芯棒通过传输辊道送入旋转台架，无缝钢管芯棒旋转的同时进行喷水冷却，控制装置根据各冷却喷箱的流量密度以及各流量计实时测得的数据，调节各阀的开度，以分别对各冷却喷箱的喷水量和喷水时间进行闭环控制。冷却结束后，无缝钢管芯棒通过传输辊道离开旋转台架到达出口处，系统采用出口温度计测量无缝钢管芯棒被冷却后的温度，若被冷却后的温度达到目标温度，则进入步骤(5)，若被冷却后的温度没有达到目标温度，则重复步骤(2)～(4)；

(5)无缝钢管芯棒通过下料辊道送入润滑装置待使用，关闭集水总管上的总开关阀。

表1.基于实施例1的用于无缝钢管芯棒冷却的系统的冷却方法中设定的

各冷却喷箱的流量密度和喷水时间

用测温仪对经过上述步骤(4)之后的无缝钢管芯棒进行测试，得到其在长度方向上的温度分布曲线图，如图7所示，由图7可以看出，实施例1中冷却后的无缝钢管芯棒在长度方向上的温差在100±20℃，其均匀冷却效果明显。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，包括：

集水总管；

若干个冷却喷箱，所述若干个冷却喷箱与所述集水总管之间对应连接有若干个输水管道，各所述输水管道上均设有阀和流量计；

控制装置，所述控制装置与各阀和流量计分别连接，所述控制装置接收流量计传输的流量数据，并调节阀的开度。

2.如权利要求1所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，还包括：测温仪，其用于检测无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，所述测温仪与所述控制装置连接。

3.如权利要求1所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，还包括：出口温度计，其用于检测无缝钢管芯棒被冷却后的温度，所述出口温度计与控制装置连接。

4.如权利要求1所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，所述阀为电动调节阀。

5.如权利要求1所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，所述冷却喷箱上设有若干个喷嘴，所述若干个喷嘴被排列成一排或多排。

6.如权利要求5所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，所述喷嘴的压力范围为0.1-0.5MPa。

7.如权利要求1所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，所述冷却喷箱的底部设有排污口。

8.如权利要求1所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，所述集水总管上设有自清洗过滤器。

9.如权利要求1所述的用于无缝钢管芯棒冷却的系统，其特征在于，所述冷却喷箱设置有5-10个。

10.一种基于如权利要求2所述的系统的冷却方法，其包括步骤：

在所述系统投入使用前对其进行标定，以确定阀在不同压力下的不同开度与相应流量之间的对应关系；

采用测温仪测量获得无缝钢管芯棒长度方向上的温度分布曲线，控制装置基于该温度分布曲线和目标温度值设定各冷却喷箱的流量密度；

控制装置根据各冷却喷箱的流量密度以及各流量计实时测得的数据，调节各阀的开度，以分别对各冷却喷箱的喷水量和喷水时间进行闭环控制。