CN111229845B - 一种大型筒节环形冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型筒节环形冷却装置，包括若干内射流装置和若干外射流装置，若干内射流装置沿筒节的内圆周设置在筒节的内侧，若干外射流装置沿筒节的外圆周设置在筒节的外侧，各内射流装置和各外射流装置相对设置，若干内射流装置用于向筒节的内壁喷射冷却介质，若干外射流装置用于向筒节的外壁喷射冷却介质，各内射流装置和各外射流装置沿筒节轴向的喷射范围均大于筒节的长度。本发明的大型筒节环形冷却装置使筒节在轧制过程中边轧制边冷却，能够确保对筒节轧制时冷却及时，并且内射流装置和外射流装置均采用射流方式，使筒节的内表面和外表面均能够完全被冷却，达到抑制返温效果。

Description

一种大型筒节环形冷却装置
技术领域
本发明涉及钢铁冶金冷却技术领域，特别是涉及一种大型筒节环形冷却装置。
背景技术
大型筒节轧制的一个重要工艺流程是热轧时需要进行合理冷却，通过选取控制冷却的新工艺，是保证大型筒节产品使用性能的关键工艺步骤。大型筒节作为超大厚件，最大尺寸能达到直径8m，厚度0.65m，轴向宽度3.7m。目前大型筒节冷却通常只用一组冷却喷淋冷却单元，外部喷淋冷却筒节外表面，内部喷淋冷却筒节内表面。大型筒节已有环轧冷却方法为每环轧一圈进行一次冷却，环轧两次进行两次冷却工艺，并且两次冷却工艺中间的间隔时间较长，这种冷却方式较为简单，但不可避免的出现筒节冷却过程中出现的内部晶粒长大问题。热轧时筒节心部热量高，表面冷却过后，心部的热量返温到表面，壁厚越厚，心部返温到表面的效果越强烈，晶粒长大的趋势越快，钢材的强度、硬度、塑性和韧性等力学性能就会下降。筒节由于自身厚度的效应，难以满足大的形变和高的冷却速度等条件，所以冷却工艺的合理选择和冷却装置的合理布置，是保证能否解决好大型筒节冷却过程中出现的冷却不及时，无法更好抑制筒节大厚件强烈返温，晶粒长大力学性能下降等问题的关键。
中国专利公开号为CN107560443A的“一种冶金用冷却装置”公开的冷却装置，喷水头对物料的上方和下方进行冷却，以达到均匀冷却的目的。该方法对于表层均匀冷却有一定的作用，但冷却速度不是很明显，喷淋冷却是一种有效的传热方法，但一般受管束排布和管束截面和结构的影响，管束冷却时水流呈现为一个个水柱，水柱正下方对应的板材散热快，而水柱与水柱之间的间歇处，散热面积比较小，可以通过增大水量的方法加以解决，但这样明显增大了水能源的消耗，不符合现代社会能源节约的倡导，所以这种喷淋冷却运用到厚件特厚件时冷却速度不好即抑制返温的效果不好。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型筒节环形冷却装置，以解决上述现有技术存在的问题，使筒节边轧制边冷却，筒节内外均设置冷却装置，能够对筒节轧制时进行及时冷却，达到抑制返温的效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种大型筒节环形冷却装置，包括若干内射流装置和若干外射流装置，若干所述内射流装置沿筒节的内圆周设置在所述筒节的内侧，若干所述外射流装置沿所述筒节的外圆周设置在所述筒节的外侧，各所述内射流装置和各所述外射流装置一一相对设置，若干所述内射流装置用于向所述筒节的内壁喷射冷却介质，若干所述外射流装置用于向所述筒节的外壁喷射冷却介质，各所述内射流装置和各所述外射流装置沿所述筒节轴向的喷射范围均大于所述筒节的长度，所述筒节上设置有用于轧制所述筒节的辊压装置。
优选的，各所述内射流装置和各所述外射流装置均包括若干组射流冷却装置，各组所述射流冷却装置均包括冷却介质输送装置、第一固定板、第二固定板、液压缸和若干射流管，所述液压缸的活塞杆与所述冷却介质输送装置固定连接，所述冷却介质输送装置与若干所述射流管均通过管路连通，所述第一固定板和所述第二固定板均套设在若干所述射流管上且所述第一固定板与所述第二固定板平行设置。
优选的，各组所述射流冷却装置平行设置，各组所述射流冷却装置均包括两排平行设置的射流管组，各排所述射流管组均包括若干个沿所述筒节轴向均匀分布的所述射流管。
优选的，两排所述射流管组的若干个所述射流管交替设置，一排所述射流管组中的一所述射流管正对另一排所述射流管组中的两相邻所述射流管的中心位置，各所述射流管均倾斜设置，各组所述射流冷却装置中的各所述射流管喷出的冷却介质与所述筒节的接触点均位于同一直线且形成冷却线，各所述冷却线与所述筒节的轴线平行。
优选的，所述筒节设置有辊压装置，所述辊压装置包括上辊、下辊、第一导向辊和第二导向辊，所述上辊设置在所述筒节的内侧并与所述筒节的内壁接触，所述下辊、所述第一导向辊和所述第二导向辊设置在所述筒节的外侧且与所述筒节的外壁接触，所述上辊和所述下辊相对设置，若干所述内射流装置与所述上辊沿所述筒节的内圆周均匀分布，若干所述外射流装置与所述下辊沿所述筒节的外圆周均匀分布，所述第一导向辊和所述第二导向辊位于所述下辊的两侧，且所述第一导向辊位于所述下辊与一侧相邻的所述外射流装置之间，所述第二导向辊位于所述下辊与另一侧相邻的所述外射流装置之间。
优选的，所述上辊两侧的所述内射流装置之间的夹角以及所述下辊两侧的所述外射流装置之间的夹角均为：
Figure BDA0002367891500000031
其余各相邻的所述内射流装置之间的夹角以及其余各相邻的所述外射流装置之间的夹角均为：
Figure BDA0002367891500000032
其中，N为所述内射流装置和所述外射流装置的数量。
优选的，所述冷却介质输送装置包括若干主管，各所述主管均与外部冷却介质源连通且各所述主管上均设置有射流泵，所述主管的数量与所述射流管组的数量相同，各所述主管上连通有若干支管，各所述主管上的所述支管的数量与各排的所述射流管的数量相同，各所述主管上的所述支管与各排的所述射流管一一连通。
优选的，所述内射流装置中所述射流管组形成的冷却线与所述外射流装置中所述射流管组形成的冷却线相对设置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的大型筒节环形冷却装置沿筒节内侧和外侧分别设置若干内射流装置和外射流装置，使筒节在轧制过程中边轧制边冷却，能够确保对筒节轧制时冷却及时，并且内射流装置和外射流装置均采用射流方式对筒节进行冷却，内射流装置和外射流装置的冷却介质喷射范围大于筒节的长度，使筒节的内表面和外表面均能够完全被冷却，达到抑制返温的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的大型筒节环形冷却装置示意图；
图2为本发明中的内射流装置的射流冷却装置示意图(冷却筒节内表面)；
图3为本发明中的外射流装置的射流冷却装置示意图(冷却筒节外表面)；
图4为本发明中的射流冷却装置立体图；
图5为本发明中的射流管示意图；
图6为本发明中的冷却介质输送装置示意图；
其中：1-筒节，2-冷却介质输送装置，3-第一固定板，4-第二固定板，5-液压缸，6-射流管，7-上辊，8-下辊，9-第一导向辊，10-第二导向辊，11-主管，12-支管，13-内射流装置，14-外射流装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种大型筒节环形冷却装置，以解决上述现有技术存在的问题，使筒节边轧制边冷却，筒节内外均设置冷却装置，能够对筒节轧制时进行及时冷却，达到抑制返温的效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图6所示：本实施例提供了一种大型筒节环形冷却装置，包括若干内射流装置13和若干外射流装置14，若干内射流装置13沿筒节1的内圆周设置在筒节1的内侧，若干外射流装置14沿筒节1的外圆周设置在筒节1的外侧，各内射流装置13和各外射流装置14相对设置，若干内射流装置13用于向筒节1的内壁喷射冷却介质，若干外射流装置14用于向筒节1的外壁喷射冷却介质，各内射流装置13和各外射流装置14沿筒节1轴向的喷射范围均大于筒节1的长度，筒节1的长度指筒节1沿轴向方向的长度，筒节1上设置有用于轧制筒节1的辊压装置。本实施例的大型筒节环形冷却装置沿筒节1内侧和外侧分别设置若干内射流装置13和外射流装置14，使筒节1在轧制过程中边轧制边冷却，能够确保对筒节1轧制时冷却及时，并且内射流装置13和外射流装置14均采用射流方式对筒节1进行冷却，使筒节1的内表面和外表面均能够完全被冷却，达到抑制返温的效果。
本实施例中，各内射流装置13和各外射流装置14均包括若干组射流冷却装置，优选为三组射流冷却装置，各组射流冷却装置均包括冷却介质输送装置2、第一固定板3、第二固定板4、液压缸5和若干射流管6，液压缸5的活塞杆与冷却介质输送装置2固定连接，本实施例的液压缸5使各内射流装置13和各外射流装置14均能够沿筒节1径向调节，灵活调节射流冷却介质到筒节1内外表面的距离，不仅可以实现筒节1内外壁的均匀快速冷却，还能提高冷却介质的使用率，可以实现对不同直径、不同厚度的筒节1进行冷却，冷却设备径向调节由液压缸5调节，本实施例中，各组射流冷却装置的液压缸5为两个，均固定在冷却介质输送装置2上；冷却介质输送装置2与若干射流管6均通过管路连通，第一固定板3和第二固定板4均套设在若干射流管6上且第一固定板3与第二固定板4平行设置，第一固定板3位于第二固定板4的上方，第一固定板3和第二固定板4用于固定射流管6，使射流管6在喷射冷却介质过程中保持位置相对稳定。
本实施例中，各组射流冷却装置平行设置，各组射流冷却装置均包括两排平行设置的射流管组，各排射流管组均包括若干个沿筒节1轴向均匀分布的射流管6，各排射流管组中射流管6的数量根据实际筒节1的长度进行设置，确保内射流装置13和外射流装置14的冷却介质喷射范围大于筒节1的长度。
本实施例中，两排射流管组的若干个射流管6交替设置，一排射流管组中的一射流管6正对另一排射流管组中的两相邻射流管6的中心位置，即相邻的三个射流管组成等腰三角形，各射流管6均倾斜设置，各组射流冷却装置中的各射流管6喷出的冷却介质与筒节1的接触点均位于同一直线且形成冷却线，各冷却线与筒节1的轴线平行。
本实施例中，冷却介质优选为冷却水。
本实施例中，辊压装置包括上辊7、下辊8、第一导向辊9和第二导向辊10，上辊7设置在筒节1的内侧并与筒节1的内壁接触，下辊8、第一导向辊9和第二导向辊10设置在筒节1的外侧且与筒节1的外壁接触，上辊7和下辊8相对设置，若干内射流装置13与上辊7沿筒节1的内圆周均匀分布，若干外射流装置14与下辊8沿筒节1的外圆周均匀分布，第一导向辊9和第二导向辊10位于下辊8的两侧，且第一导向辊9位于下辊8与一侧相邻的外射流装置14之间，第二导向辊10位于下辊8与另一侧相邻的外射流装置14之间，上辊7和下辊8用于轧制筒节1，第一导向辊9和第二导向辊10起导向作用。
本实施例中，辊压装置两侧的内射流装置13喷射的冷却介质冲击筒节1的内表面，冷却介质受重力影响，集聚在上辊7轧制位置，解决了辊压装置位置没有冷却装置导致的冷却不均的问题。
本实施例中，上辊7两侧的内射流装置13之间的夹角以及下辊8两侧的外射流装置14之间的夹角均为：
Figure BDA0002367891500000061
其余各相邻的内射流装置13之间的夹角以及其余各相邻的外射流装置14之间的夹角均为：
Figure BDA0002367891500000071
其中，N为内射流装置13和外射流装置14的数量。
本实施例中，内射流装置13和外射流装置14均优选为五个，因此，上辊7两侧的内射流装置13之间的夹角以及下辊8两侧的外射流装置14之间的夹角均为120°，其余各相邻的内射流装置13之间的夹角以及其余各相邻的外射流装置14之间的夹角均为60°。
本实施例中，各组射流冷却装置形成一条冷却线，各内射流装置13和各外射流装置14均形成三条冷却线，筒节1的内表面和外表面各设置十五条冷却线。
本实施例中，冷却介质输送装置2包括若干主管11，各主管11均与外部冷却介质源连通且各主管11上均设置有射流泵，主管11的数量与射流管组的数量相同，各主管11上连通有若干支管12，各主管11上的支管12的数量与各排的射流管6的数量相同，各主管11上的支管12与各排的射流管6一一连通，冷却介质源通过主管11将冷却介质输送至各支管12，在射流泵的作用下，冷却介质通过射流管6以射流的方式喷射至筒节1的内壁和外壁，形成冷却线，在筒节1的轧制过程中，随着筒节1的环轧，冷却线完成对筒节1的冷却作用。本实施例中，内射流装置13中射流管组形成的冷却线与外射流装置14中射流管组形成的冷却线相对设置。
本实施例中，大型筒节轧制参数为：筒节1外径(2r)为5334mm，筒节1的圆周速度(V)为150mm/s，筒节1厚度为586mm，轧制温度为980℃，筒节1长度为2770mm，根据公式V＝2πr/T，可知筒节1旋转夹角60°的时间大于2s，筒节1的圆周速度由上辊7和下辊8确定。
筒节1在上辊7和下辊8的作用下进行环形轧制，第一导向辊9和第二导向辊10随着筒节1直径扩大向外运动。外射流装置14对应筒节1外表面，内射流装置13对应筒节1内表面，液压缸5伸出，内射流装置13、外射流装置14靠近筒节1内、外表面。筒节1内射流装置13和外射流装置14组合开始工作，冷却介质输送装置2向内射流装置13和外射流装置14提供冷却介质。经测定，大型筒节心部热量热传导到外表面的时间为1s-2s。筒节1轧制开始工作时，筒节1圆周速度为150mm/s，筒节1内外表面被冷却介质冷却，心部热传导到表面，表面温度很快升到和冷却前差不多的温度，相邻两组内射流装置13和外射流装置14之间的时间间隔大于2s即可。筒节1被前一组内射流装置13和外射流装置14冷却后，到达下一组内射流装置13和外射流装置14冷却装置过程中，筒节1表面温度迅速升高，在表面温度到达最高点附近范围内，下一组内射流装置13和外射流装置14发挥作用，筒节1内外表面温度被及时冷却。
采用本实施例的大型筒节环形冷却装置，筒节1每转一圈就要经过多次的冷却，能够实现大型筒节的及时冷却，进而起到抑制返温的效果，可以保证筒节1的整体温度均匀性，解决筒节1冷却过程中因返温出现的内部晶粒长大问题，钢材料的强度、硬度、塑性和韧性等力学性能得到保障，实现筒节1长度方向同时均匀冷却，射流冷却方式可以很好的解决筒节1表面产生冷却不均匀的问题，不会阻碍筒节1表面的散热问题，有效的提高水资源的利用率，减少冷却系统的载荷，本实施例的内射流装置13和外射流装置14可以沿筒节1径向调节，可以实现对不同直径、不同厚度的筒节1进行冷却。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种大型筒节环形冷却装置，其特征在于：包括若干内射流装置和若干外射流装置，若干所述内射流装置沿筒节的内圆周设置在所述筒节的内侧，若干所述外射流装置沿所述筒节的外圆周设置在所述筒节的外侧，各所述内射流装置和各所述外射流装置一一相对设置，若干所述内射流装置用于向所述筒节的内壁喷射冷却介质，若干所述外射流装置用于向所述筒节的外壁喷射冷却介质，各所述内射流装置和各所述外射流装置沿所述筒节轴向的喷射范围均大于所述筒节的长度，所述筒节上设置有用于轧制所述筒节的辊压装置；
各所述内射流装置和各所述外射流装置均包括若干组射流冷却装置，各组所述射流冷却装置均包括冷却介质输送装置、第一固定板、第二固定板、液压缸和若干射流管，所述液压缸的活塞杆与所述冷却介质输送装置固定连接，所述冷却介质输送装置与若干所述射流管均通过管路连通，所述第一固定板和所述第二固定板均套设在若干所述射流管上且所述第一固定板与所述第二固定板平行设置；
所述辊压装置包括上辊、下辊、第一导向辊和第二导向辊，所述上辊设置在所述筒节的内侧并与所述筒节的内壁接触，所述下辊、所述第一导向辊和所述第二导向辊设置在所述筒节的外侧且与所述筒节的外壁接触，所述上辊和所述下辊相对设置，若干所述内射流装置与所述上辊沿所述筒节的内圆周均匀分布，若干所述外射流装置与所述下辊沿所述筒节的外圆周均匀分布，所述第一导向辊和所述第二导向辊位于所述下辊的两侧，且所述第一导向辊位于所述下辊与一侧相邻的所述外射流装置之间，所述第二导向辊位于所述下辊与另一侧相邻的所述外射流装置之间。
2.根据权利要求1所述的大型筒节环形冷却装置，其特征在于：各组所述射流冷却装置平行设置，各组所述射流冷却装置均包括两排平行设置的射流管组，各排所述射流管组均包括若干个沿所述筒节轴向均匀分布的所述射流管。
3.根据权利要求2所述的大型筒节环形冷却装置，其特征在于：两排所述射流管组的若干个所述射流管交替设置，一排所述射流管组中的一所述射流管正对另一排所述射流管组中的两相邻所述射流管的中线位置，各所述射流管均倾斜设置，各组所述射流冷却装置中的各所述射流管喷出的冷却介质与所述筒节的接触点均位于同一直线且形成冷却线，各所述冷却线与所述筒节的轴线平行。
4.根据权利要求1所述的大型筒节环形冷却装置，其特征在于：所述上辊两侧的所述内射流装置之间的夹角以及所述下辊两侧的所述外射流装置之间的夹角均为：
Figure FDA0002732173620000021
其余各相邻的所述内射流装置之间的夹角以及其余各相邻的所述外射流装置之间的夹角均为：
Figure FDA0002732173620000022
其中，N为所述内射流装置和所述外射流装置的数量。
5.根据权利要求2所述的大型筒节环形冷却装置，其特征在于：所述冷却介质输送装置包括若干主管，各所述主管均与外部冷却介质源连通且各所述主管上均设置有射流泵，所述主管的数量与所述射流管组的数量相同，各所述主管上连通有若干支管，各所述主管上的所述支管的数量与各排的所述射流管的数量相同，各所述主管上的所述支管与各排的所述射流管一一连通。
6.根据权利要求3所述的大型筒节环形冷却装置，其特征在于：所述内射流装置中所述射流管组形成的冷却线与所述外射流装置中所述射流管组形成的冷却线相对设置。
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