CN110976530A - 一种用于高速线材的快速冷却装置及快速冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于高速线材的快速冷却装置包括分别设于1#至3#风冷辊道左右两侧及下方的扁平气动雾化喷嘴组，3台沿输送方向依次设于1#至3#风冷辊道下方的风机(1)，及设于1#至3#风冷辊道上方的吸雾罩(2)，吸雾罩(2)上设有排雾管(10)所述1#至3#风冷辊道的总长度占整个风冷输送辊道总长度的25％。基于该装置的高速线材的快速冷却方法，可实现对线材的快速、精确的冷却。这种方法利用风冷及喷雾冷却提高线材出吐丝机后在高温段的冷却速度，可达到40℃/秒，提高线材的强度及组织均匀性,线材性能通圈差5‑10Mpa。

Description

一种用于高速线材的快速冷却装置及快速冷却方法
技术领域
本发明属于轧钢特殊钢线材控制冷却方法及设备技术领域，具体涉及一种用于高速线材的快速冷却装置及快速冷却方法。
背景技术
目前，高速线材轧制吐丝成圈后普遍采用斯太尔摩风冷线进行冷却，这种工艺方法在控制高速线材组织性能方面取得了显著效果，是一种较为完善的高速线材风冷工艺。标准型斯太尔摩冷却冷却速度为4～10℃/s，适用于高碳钢线材。缓慢型冷却运输速度为冷却速度为0.25～10℃/s，适用于低碳钢及低合金钢线材。延迟型冷却速度为1～10℃/s，可以用于各种普通线材的生产。近年来，为满足特殊钢高质量线材生产的需要，人们又从以下几个方面对斯太尔摩风冷线进行了改进：增加风冷辊道长度，延长冷却时间；采用大风量的风机并增加风机数量，提高冷却速度，从650℃～800℃范围内，最大风冷速度已提高到 17℃/s，以此提高线材的强度；采用电动“佳灵”装置，强化线圈两侧搭接点处的风冷，降低线材同圈性能差。尽管采用以上诸多改进措施，但仍然难以满足高碳硬线钢、高碳工具钢等高品质特殊钢线材生产的需要，其主要原因是风冷的冷却速度相对较低的缘故，并且线圈两侧搭接点处的冷却速度控制困难，钢材通圈性能差较大。
中国专利号CN101480669B、CN1287921C及103406372B公开了一种高速线材风雾混合控制冷却方法及装置，这种方法利用喷雾冷却提高线材出吐丝机后在高温段的冷却速度，防止晶粒长大，同时又避免形成脆性组织，并结合后期的吹风冷却控制低温段的相变过程，从而得到细小的晶粒组织和弥散的析出物，提高线材的强度。但该方法对线材通圈性(搭接点、非搭接点)不能进行有效的控制，搭接点和非搭接点线材温度的不同(搭接点通常比非搭接点温度高50℃ -100℃)，需要控制不同的冷却强度，该方法不能有效的控制，并且冷却速度提高不明显，仅比纯风冷冷却速度增加10℃左右，线材冷却速度仅达到20℃/s。并且水雾雾化效果不理想，水雾与线材接触，导致钢材表面出现浮锈及氧化铁皮疏松，氧化铁皮在后续储存及运输过程中极易局部脱落，影响线材的表面质量，并盘条通圈差仅能控制在20-30Mpa。因此，仍不能满足超高强度桥梁缆索、超高强度帘线钢及硬线钢、高碳工具钢等高品质特殊钢线材的在两相区冷却速度及表面质量的要求。
此外，由于在吐丝机出口处安装喷嘴，该处没有风机的强风带走风雾，风雾冷却后形成的水滴，会对风机、风冷管道有一定腐蚀，导致设备寿命降低。
发明内容
为了解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种能够有效提高线材冷却速度、冷却均匀度，并显著提高线材质量的用于高速线材的快速冷却装置及快速冷却方法。
本发明为解决上述技术问题，所述采用的技术方案为：一种用于高速线材的快速冷却装置，包括分别设于1#至3#风冷辊道左右两侧及下方的扁平气动雾化喷嘴组，3台沿输送方向依次设于1#至3#风冷辊道下方的风机，及设于1#至 3#风冷辊道上方的吸雾罩，吸雾罩上设有排雾管，所述1#至3#风冷辊道的总长度占整个风冷输送辊道总长度的25％；设于1#至3#风冷辊道的左侧的扁平气动雾化喷嘴组用于向线材的搭接点部位的喷雾，设于1#至3#风冷辊道下方的气动雾化组用于从下方向线材喷雾，且其喷雾口的长度方向为垂直于线材的输送方向；所述的扁平气动雾化喷嘴组中的扁平气动雾化喷嘴均沿线材输送方向均匀且间隔布置；1#至3#风冷辊道的左右两侧的扁平气动雾化喷嘴组对称设置，1# 至3#风冷辊道的左侧的扁平气动雾化喷嘴的喷雾方向为自左上方向右下方朝向线材左侧的搭接点喷射，且其喷雾口的长度方向为沿着线材的输送方向。1#至 3#风冷辊道的右侧的扁平气动雾化喷嘴的喷雾方向为自右上方向左下方朝向线材右侧的搭接点喷射，且其喷雾口的长度方向为沿着线材输送方向；扁平气动雾化喷嘴与竖直方向的夹角可调，可以对准线材搭接点部位。扁平气动雾化喷嘴设有进气口、进水口及所述的喷雾口，所述进气口通过金属软管连接空气压缩管，所述进水口通过金属软管连接上水管，所述上水管上设有第一控制阀和流体流量计，空气压缩管上设第二控制阀和气体流量计。
为了提高对线材搭接点的冷却精度，优选的，位于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴的喷射角为22.5°，且位于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴的出口端与同侧的线材的搭接点之间的距离为8～12cm。
进一步的，还包括设于1#风冷辊道入口处的第一自动测温仪组和3#风冷辊道出口处的第二自动测温仪组；所述第一自动测温仪组包含3个自动测温仪，分别用于测量1#风冷辊道入口处线材中部及两侧搭接点处的温度；所述第二自动测温仪组包含3个自动测温仪，分别用于测量3#风冷辊道出口处线材中部及线材两侧搭接点的温度。
进一步的，所述1#至3#风冷辊道下方设有集水槽，用于收集喷雾后从辊道缝隙流淌下来的污水，所述集水槽设有排水管道，用于将污水排出车间。
进一步的，所述风冷输送辊道为斯太尔摩运输辊道。
一种高速线材的快速冷却方法，所述方法基于如上所述的用于高速线材的快速冷却装置进行，包括如下步骤：
步骤1、调整扁平气动雾化喷嘴内的压缩空气和水的体积混合比范围为600～800:1，压缩空气及水的压力调节范围为10MPa～15MPa，压缩空气的流量调节范围为10m3/h～300000m3/h，水的流量调节范围为1m3/h～10000m3/h。
步骤2、经过轧制后的线材由吐丝机吐出成圈后散落至1#至3#风冷输送辊道，然后开启全部的扁平气动雾化喷嘴和风机，并调整设于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴与竖直方向的夹角，使朝向线材的搭接点喷雾，使线材通过3#风冷辊道时的温度降至700～750℃；
步骤3、线材通过3#风冷辊道后进入相变温度，并由剩余风冷辊道继续输送，并风冷至300～350℃，结束风冷。
相比于现有技术，本发明所取得的技术效果有：
(1)基于本发明装置的工艺方法可以提高线材吐丝后的冷却速度，达到 40℃/秒，灵活控制线材的相变过程，在线材成分相同的情况下，提高成品线材强度10～20％，节约合金元素，降低生产成本；
(2)通过对吐丝后的线材进行喷雾快速冷却，可以减少线材表面氧化铁皮的生成量及结构，提高金属收得率，便于用户机械剥壳；
(3)利用本发明所述的方法及装置，可以减少风机风冷量，降低风机电耗，降低生产成本；
(4)本发明与现有技术相比较，提高了线材产品的质量和产量，降低了生产成本，提高了生产效率，是一种新型特殊钢的高速线材冷却方法和装置，可以大幅度提升我国高速线材的质量，具有显著的经济效益，在现有生产线上有极大的市场推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例中的用于高速线材的快速冷却装置的工作示意图(主视方向)。
图2为本发明实施例中的用于高速线材的快速冷却装置的工作示意图(右视方向)。
图3为本发明实施例中的用于高速线材的快速冷却装置的气动雾化喷嘴的结构示意图(主视方向)。
图4为本发明实施例中的用于高速线材的快速冷却装置的气动雾化喷嘴与角度调节装置的装配示意图(右视方向)。
图中附图标记为：1.风机，2.吸雾罩，3.线材，301.搭接点，4.气动雾化喷嘴，401.进气口，402.进水口，403.喷雾口，5.第一自动测温仪组，6.第二自动测温仪组，7.金属软管，8.接空气压缩管，9.上水管，10.排雾管，11.转盘， 12.支座，13.固定销，14.第一销孔，15.第二销孔。
具体实施方式
本发明下面结合实施例作进一步详述：
本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、
“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的具体实施例如图1至图4所示(图1中箭头为喷雾方向，图2中箭头为风机风冷方向)，一种用于高速线材的快速冷却装置，包括分别设于1# 至3#风冷辊道左右两侧及下方的扁平气动雾化喷嘴组，3台沿输送方向依次设于1#至3#风冷辊道下方的风机1，及设于1#至3#风冷辊道上方的吸雾罩2，吸雾罩2上设有排雾管10。本实施例的1#至3#风冷辊道的总长度占整个风冷输送辊道总长度的25％，且本实施例的所述风冷输送辊道为斯太尔摩运输辊道。设于 1#至3#风冷辊道的左侧的扁平气动雾化喷嘴组用于向线材3的搭接点部位的喷雾，设于1#至3#风冷辊道下方的气动雾化组用于从下方向线材3喷雾，且其喷雾口403的长度方向为垂直于线材3的输送方向；所述的扁平气动雾化喷嘴组中的扁平气动雾化喷嘴4均沿线材3输送方向均匀且间隔布置；1#至3#风冷辊道的左右两侧的扁平气动雾化喷嘴组对称设置，1#至3#风冷辊道的左侧的扁平气动雾化喷嘴4的喷雾方向为自左上方向右下方朝向线材3左侧的搭接点喷射，且其喷雾口403的长度方向为沿着线材3的输送方向；1#至3#风冷辊道的右侧的扁平气动雾化喷嘴4的喷雾方向为自右上方向左下方朝向线材3右侧的搭接点喷射，且其喷雾口403的长度方向为沿着线材3输送方向。生产中，线材搭接点的位置可能会发生偏移，为了便于更好的配合线材输送时的实际情况，扁平气动雾化喷嘴4与竖直方向的夹角可调。具体的气动雾化喷嘴通过角度调节装置安装在相应位置，其中角度调节装置包括圆环形的转盘、支座和固定销，转盘上围绕圆周方向均匀且间隔开设有第一销孔，转盘中心通过轴承安装在支座上，支座上设有用于与第一销孔对应的第二销孔，第二销孔内配合插装有固定销，使用时，拔出固定销，然后旋转转盘，转盘围绕中心轴线在支座上转动，同时带动气动雾化喷嘴同步转动，待气动雾化喷嘴转至需要角度时，将固定销依次插入第二销孔和第一销孔内，进而将转盘与支座固定。
所述的扁平气动雾化喷嘴4设有进气口401、进水口402及所述的喷雾口 403，所述进气口401通过金属软管连接空气压缩管8，所述进水口402通过金属软管连接上水管9，所述上水管9上设有第一控制阀和流体流量计，空气压缩管上设第二控制阀和气体流量计。
位于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴的喷射角为22.5°，且位于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴的出口端403与同侧的线材的搭接点之间的距离为8～12cm。
还包括设于1#风冷辊道入口处的第一自动测温仪组5和3#风冷辊道出口处的第二自动测温仪组6；所述第一自动测温仪组5包含3个自动测温仪，分别用于测量1#风冷辊道入口处线材3中部及两侧搭接点处的温度；所述第二自动测温仪组6包含3个自动测温仪，分别用于测量3#风冷辊道出口处线材中部及线材两侧搭接点的温度。1#至3#风冷辊道下方设有集水槽，用于收集喷雾后从辊道缝隙流淌下来的污水，所述集水槽设有排水管道，用于将污水排出车间。
一种高速线材的快速冷却方法，该方法基于上述的用于高速线材的快速冷却装置进行，包括如下步骤：
步骤1、调整扁平气动雾化喷嘴4内的压缩空气和水的体积混合比范围为 600～800:1(本实施例具体为650:1)，压缩空气及水的压力调节范围为 10MPa～15MPa(本实施例具体为12MPa)，压缩空气的流量调节范围为 10m3/h～300000m3/h(本实施例具体为100000m3/h)，水的流量调节范围为 1m3/h～10000m3/h(本实施例具体为5000m3/h)。
步骤2、经过轧制后的线材3由吐丝机吐出成圈后散落至在斯太尔摩运输辊道上；当线材3运行到1#至3#风冷辊道，也即前3台风机1负责风冷的运输辊道区域，该前3台风机1自线材3输送方向从前向后依次为1#风机、2#风机和 3#风机。然后开启全部的扁平气动雾化喷嘴4和风机1，并调整设于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴4与竖直方向的夹角α，使朝向线材3的搭接点喷雾，使线材3通过3#风冷辊道时的温度降至700～750℃；
步骤3、线材3通过3#风冷辊道后进入相变温度，并由剩余风冷辊道继续输送，并风冷至300～350℃，结束风冷。
本实施例的上述装置及线材的快速冷却方法可进一步基于MES制造管理系统进行，即将连续测温仪数据自动录入MES制造管理系统，与工艺参数要求比对，自动进行风量、雾冷及角度α进行调节控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于高速线材的快速冷却装置，其特征在于：包括分别设于1#至3#风冷辊道左右两侧及下方的扁平气动雾化喷嘴组，3台沿输送方向依次设于1#至3#风冷辊道下方的风机(1)，及设于1#至3#风冷辊道上方的吸雾罩(2)，吸雾罩(2)上设有排雾管(10)所述1#至3#风冷辊道的总长度占整个风冷输送辊道总长度的25％；设于1#至3#风冷辊道的左侧的扁平气动雾化喷嘴组用于向线材(3)的搭接点部位的喷雾，设于1#至3#风冷辊道下方的气动雾化组用于从下方向线材(3)喷雾，且其喷雾口(403)的长度方向为垂直于线材(3)的输送方向；所述的扁平气动雾化喷嘴组中的扁平气动雾化喷嘴(4)均沿线材(3)输送方向均匀且间隔布置；1#至3#风冷辊道的左右两侧的扁平气动雾化喷嘴组对称设置，1#至3#风冷辊道的左侧的扁平气动雾化喷嘴(4)的喷雾方向为自左上方向右下方朝向线材(3)左侧的搭接点喷射，且其喷雾口(403)的长度方向为沿着线材(3)的输送方向；1#至3#风冷辊道的右侧的扁平气动雾化喷嘴(4)的喷雾方向为自右上方向左下方朝向线材(3)右侧的搭接点喷射，且其喷雾口(403)的长度方向为沿着线材(3)输送方向；扁平气动雾化喷嘴(4)与竖直方向的夹角可调；所述的扁平气动雾化喷嘴(4)设有进气口(401)、进水口(402)及所述的喷雾口(403)，所述进气口(401)通过金属软管连接空气压缩管(8)，所述进水口(402)通过金属软管连接上水管(9)，所述上水管(9)上设有第一控制阀和流体流量计，空气压缩管上设第二控制阀和气体流量计。
2.根据权利要求1所述的用于高速线材的快速冷却装置，其特征在于：位于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴的喷射角为22.5°，且位于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴的出口端(403)与同侧的线材的搭接点之间的距离为8～12cm。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的用于高速线材的快速冷却装置，其特征在于：还包括设于1#风冷辊道入口处的第一自动测温仪组(5)和3#风冷辊道出口处的第二自动测温仪组(6)；所述第一自动测温仪组(5)包含3个自动测温仪，分别用于测量1#风冷辊道入口处线材(3)中部及两侧搭接点处的温度；所述第二自动测温仪组(6)包含3个自动测温仪，分别用于测量3#风冷辊道出口处线材中部及线材两侧搭接点的温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于高速线材的快速冷却装置，其特征在于：所述1#至3#风冷辊道下方设有集水槽，用于收集喷雾后从辊道缝隙流淌下来的污水，所述集水槽设有排水管道，用于将污水排出车间。
5.根据权利要求2所述的用于高速线材的快速冷却装置，其特征在于：所述风冷输送辊道为斯太尔摩运输辊道。
6.一种高速线材的快速冷却方法，其特征在于：所述方法基于如权利要求1至5中任一项所述的用于高速线材的快速冷却装置进行，包括如下步骤：
步骤1、调整扁平气动雾化喷嘴(4)内的压缩空气和水的体积混合比范围为600～800:1，压缩空气及水的压力调节范围为10MPa～15MPa，压缩空气的流量调节范围为10m3/h～300000m3/h，水的流量调节范围为1m3/h～10000m3/h。
步骤2、经过轧制后的线材(3)由吐丝机吐出成圈后散落至1#至3#风冷输送辊道，然后开启全部的扁平气动雾化喷嘴(4)和风机(1)，并调整设于1#至3#风冷辊道左右两侧的扁平气动雾化喷嘴(4)与竖直方向的夹角，使朝向线材(3)的搭接点喷雾，使线材(3)通过3#风冷辊道时的温度降至700～750℃；
步骤3、线材(3)通过3#风冷辊道后进入相变温度，并由剩余风冷辊道继续输送，并风冷至300～350℃，结束风冷。
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