CN114350931A - 一种取向硅钢环形炉钢卷冷却装置 - Google Patents
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Abstract
一种取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，涉及冶金领域。该取向硅钢环形炉钢卷冷却装置用于控制环形炉的冷却一段内钢卷的冷却速度，其包括设于冷却一段的炉体内耐火层和绝热层之间的至少一块冷却板及多条设于绝热层内的冷却管，冷却管与一块冷却板贴合接触，冷却管设有用于控制流量的流量控制阀，绝热层还连接有贯穿其以对冷却板的温度进行检测的第一热电偶。本申请提供的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置可满足不同品种和规格取向硅钢对冷却速度的要求，能够在满足出炉钢卷板形质量要求基础上减少钢卷在冷却一段的处理时间，提高环形炉的生产效益，同时能够减轻因钢卷重量波动、台车空装等因素对钢卷磁性能和板形质量的影响。
Description
技术领域
本申请涉及冶金领域，具体而言，涉及一种取向硅钢环形炉钢卷冷却装置。
背景技术
取向硅钢具有高磁感、低铁损等特性，是电力、电子工业中不可缺少的重要软磁功能材料。目前取向硅钢的高温退火设备最常用的是硅钢高温环形退火炉，其是件钢卷成卷状立式放置在台车上，钢卷外罩有使用耐热合金制成的内罩，退火处理时内罩内按工艺要求通入氮气、氢气等保护性气体，控制内罩内气体压力大于炉膛内气体压力，将取向硅钢卷依次经过一次加热、低保温、二次加热、高保温处理后进入冷却阶段。
其中，钢卷在炉内成卷状立式放置，钢卷的钢带间涂敷有MgO2等无机粉末作为隔离剂，导致钢卷沿半径方向(即径向)的导热系数远小于沿其高度方向的，又由于钢卷不同部位的传热条件存在差异，导致升降温过程中钢卷中径向和周向部分的钢带温度存在一定差异，升降温速度越大，钢卷的径向温差和周向温差越大，冷却过程中钢卷外圈的钢带温降速度较钢卷内部的快，导致钢卷外圈钢带的温度低于钢卷内部钢带的，钢圈内部钢带的温度高于钢卷外圈钢带的，使得钢卷内部钢带阻碍钢卷外圈钢带的收缩，并使钢卷外圈钢带受到拉应力，钢卷径向温差越大则其拉应力越大，当钢带上某一纤维条受到的拉应力大于其屈服强度时，钢带上该一纤维条将发生塑性变形，由于钢带屈服强随着温度上升而下降，对于同一处钢带来说，钢带温度降低时其不发生塑性变形的张应力临界值增大，其对应的径向温差临界值增大，对于同一圈钢带来说，其周向温差越大其表现出来的屈服强度越低，且塑性变形主要发生在温度高的区域，变形的不均匀性增大。在冷却过程中某一时刻，钢卷中某处钢带的塑性变形是由径向温差、周向平均温度及周向温差共同决定的，而出炉钢卷的板形是整个冷却过程的钢带塑性变形的叠加结果，因此为了出炉后钢卷具有良好的板形，需要对钢卷整个冷却阶段的冷却速度进行控制。
目前硅钢高温环形退火炉的冷却工艺分为四个阶段：1)冷却一段：钢卷在该段冷却速度5～15℃11，多采用随炉自然冷却；2)冷却二段：钢卷在此段冷却速度在10～50℃11，采取辐射管中通入冷空气来吸收炉内辐射来降低炉内温度，3)冷却三段：采取空气冷却，将外界低温空气直接通入炉内直接冷却内罩，再间接冷却钢卷，该阶段钢卷冷却速度为10～100℃11；4)当钢卷冷却到一定温度以下，揭开内罩，外界低温空气直接冷却钢卷。冷却一段位于高温区后段，与高保温区域无隔离，与冷却二段间有B门进行隔离；冷却二段与冷却三段间有C门隔离；冷却四段位于炉外，与冷却三段间无隔离；冷却二段采用辐射管冷却，加上冷却一段与冷却二段间有B门分割，导致钢卷特别是钢卷外圈钢带在B门后的冷却速度比B门前高很多；当钢带的冷却速度高于钢带不发生塑性变形的临界值，钢带发生塑性变形，出炉钢卷的板形恶化，出现边浪、船型、马蹄印等板型缺陷。
为了解决钢卷在B门后发生塑性变形导致板形恶化的问题，有两种途径：一是降低钢卷在B门后的冷却速度；二是降低钢卷进入B门时的钢卷温度。通过延长钢卷在冷却一段的时间可降低进入B门时钢卷温度，但会导致生产效率降低。或者增大冷却一段各炉段的冷却能力，但不同规格品种的钢卷在不同炉温时不发生塑性变形的临界冷却速度存在差异，因此要求冷却一段各炉段的冷却能力要基备一定的可调整性，目前在用的环形炉是不具备这种可调整性。
专利CN204251665.U中公布了一种在环形炉冷却一段通过燃烧控制单元(烧嘴)向炉内通入空气控制钢卷冷却速度的装置，其能够在一定范围内调整炉段的冷却能力，但硅钢环形炉冷却一段温度较高，通入含有大量氧气的空气，将加重炉内各种金属件(特别是钢卷内罩)的氧化，减少金属件的寿命。同时大量低温度的空气通过烧嘴通入炉内，烧嘴周边及气流通过区域的内罩及内罩内对应区域钢带、底板等温度降低较多，加剧内罩、钢卷及底板周向的温差，可能导致出炉钢卷板形的恶化、内罩和底板寿命降低。
专利CN112029985A及CN212770879U中公布一种硅钢环形炉钢卷间接水冷装置，主要用于钢卷温度较低的快冷区，通过喷水将快速冷却内罩，进而加快钢卷的冷却，减少钢卷总冷却时间，提高生产效率。该装置不适用钢卷温度较高时钢卷的冷却。
综上所述，目前上没有一种能对钢卷整个冷却阶段的冷却速度进行控制的装置。
发明内容
本申请的目的在于提供一种取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，可满足不同品种和规格取向硅钢对冷却速度的要求，能够在满足出炉钢卷板形质量要求基础上减少钢卷在冷却一段的处理时间，提高环形炉的生产效益，同时能够减轻因钢卷重量波动、台车空装等因素对钢卷磁性能和板形质量的影响。
本申请的实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，用于控制环形炉的冷却一段内钢卷的冷却速度，其包括设于冷却一段的炉体内耐火层和绝热层之间的至少一块冷却板及多条设于绝热层内的冷却管，冷却管与一块冷却板贴合接触，冷却管设有用于控制流量的流量控制阀，绝热层还连接有贯穿其以对冷却板的温度进行检测的第一热电偶。
在一些可选的实施方案中，冷却管还设有用于检测其流量的流量计。
在一些可选的实施方案中，冷却一段内设有台车、多个罩设于台车上的内罩、用于检测冷却一段内温度的第二热电偶及用于检测各个内罩内部温度的第三热电偶，冷却装置还包括温度控制单元和流量控制单元，温度控制单元用于接收第一热电偶、第二热电偶和第三热电偶检测的温度数据并将控制信息输送到流量控制单元，流量控制单元用于根据温度控制单元输送的控制信息控制流量控制阀调节流经对应冷却管的流量。
在一些可选的实施方案中，绝热层远离耐火层的一侧设有保温层。
在一些可选的实施方案中，耐火层由耐火砖或陶瓷纤维毡组成。
在一些可选的实施方案中，绝热层由热导率在e(-3.05+0.00135t)以下的纤维毡或耐火砖组成。
在一些可选的实施方案中，保温层由浇注料层或耐火纤维毡组成。
本申请的有益效果是：本申请提供的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置用于控制环形炉的冷却一段内钢卷的冷却速度，其包括设于冷却一段的炉体内耐火层和绝热层之间的至少一块冷却板及多条设于绝热层内的冷却管，冷却管与一块冷却板贴合接触，冷却管设有用于控制流量的流量控制阀，绝热层还连接有贯穿其以对冷却板的温度进行检测的第一热电偶。本申请提供的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置可满足不同品种和规格取向硅钢对冷却速度的要求，能够在满足出炉钢卷板形质量要求基础上减少钢卷在冷却一段的处理时间，提高环形炉的生产效益，同时能够减轻因钢卷重量波动、台车空装等因素对钢卷磁性能和板形质量的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置安装于取向硅钢环形炉后的横截面结构示意图；
图2为图1的内衬的局部放大结构示意图；
图3为本申请实施例提供的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置的控制流程示意图。
图中：100、环形炉；101、炉壳；102、内衬；103、支柱；104、底板；110、耐火层；120、绝热层；130、冷却板；140、冷却管；150、流量控制阀；160、第一热电偶；170、流量计；180、台车；190、内罩；200、第二热电偶；210、第三热电偶；220、温度控制单元；230、流量控制单元；240、保温层；300、钢卷。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合实施例对本申请的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1、图2和图3所示，本申请实施例提供一种取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，用于控制环形炉100的冷却一段内高保温结束后钢卷的冷却速度，保证出炉钢卷的板形质量，并能够提高硅钢环形炉的生产效率。环形炉100的炉体部分包括炉体固定部分和炉体旋转部分，其中炉体固定部分按功能划分为预热段、低保温段、第二加热段、高保温段、冷却一段、冷却二段、冷却三段、冷却四段八个部分，环形炉100的冷却一段的炉壳101由厚钢板与纵横向的加强钢板焊接而成，其炉壳101的侧壁和炉顶内壁设有内衬102，内衬102包括从外至内依次布置的耐火层110、绝热层120和保温层240，炉壳101内设有台车180，台车180的顶面通过支柱103连接有用于支撑钢卷300的底板104，台车180上还设有罩设于各个钢卷300上的内罩190，炉壳101连接有用于检测冷却一段内温度的第二热电偶200，台车180连接有用于检测各个内罩190内部温度的第三热电偶210，耐火层110由耐火砖组成，绝热层120由纤维毡组成，保温层240由浇注料层组成。
取向硅钢环形炉钢卷冷却装置设于环形炉100的冷却一段内，包括设于耐火层110和绝热层120之间的冷却板130及60条间隔布置地设于绝热层120内的冷却管140，冷却管140外壁与冷却板130侧壁贴合接触，每根冷却管140均设有用于控制流量的流量控制阀150及用于检测其流量的流量计170，绝热层120还连接有贯穿其以对冷却板130的温度进行检测的第一热电偶160；冷却装置还包括与第一热电偶160、第二热电偶200和第三热电偶210电连接的温度控制单元220及分别与温度控制单元220和流量控制阀150电连接的流量控制单元230，温度控制单元220用于接收第一热电偶160、第二热电偶200和第三热电偶210检测的温度数据并将控制信息输送到流量控制单元230，流量控制单元230用于根据温度控制单元220输送的控制信息控制流量控制阀150调节流经对应冷却管140的流量。
本申请实施例提供的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置包括温度控制单元220、流量控制单元230、设于耐火层110和绝热层120之间的冷却板130及60条设于绝热层120内且与冷却板130接触的冷却管140组成，冷却管140连接有冷却介质源，每条冷却管140上均设有流量控制阀150和流量计170。该取向硅钢环形炉钢卷冷却装置的控制流程如下：首先使用第一热电偶160和第二热电偶200采集冷却一段和各个内罩190内温度，并使用第三热电偶210采集冷却板130的温度信息，随后将采集的温度信息输入温度控制单元220，温度控制单元220根据工艺要求将一种或者多种温度信息作为控制目标，再将控制信息输送到流量控制单元230，流量计170采集各条冷却管140中冷却介质的流量信息，并将流量信息输送到流量控制单元230，流量控制单元通过改变流量控制阀150的开度来调整流经冷却管140中冷却介质的流量，从调节冷却板130的温度，进而调整环形炉100的冷却一段内和内罩190内温度。本申请实施例提供的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置可满足不同品种取向硅钢和不同规格取向硅钢产品对冷却速度的要求，能够在满足出炉钢卷板形质量要求基础上降低钢卷在冷却一段的处理时间，从而提高环形炉的生产效益，此外其还能减轻因钢卷重量波动、台车空装等造成炉温、底板温度的波动，进而减轻因钢卷重量波动、台车空装等对本钢卷及其相邻钢卷磁性能、板形质量的影响。
实施例1
本实施例是对上述取向硅钢环形炉钢卷冷却装置进行的测试，当环形炉100外界环境温为20℃，环形炉100冷却一段的内衬102各层用材及厚度如下表1时：
表1实施例1中环形炉的冷却一段的内衬各层用材及厚度
| 材质 | 热导率w1(m·℃) | 厚度(mm) | |
| 耐火层 | 轻质耐火粘土砖(ρ＝600kg1m<sup>3</sup>) | 0.13+0.00023×t | 210 |
| 绝热层 | 莫来石纤维(Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 72％) | e<sup>(-3.05+0.00135×t)</sup> | 200 |
| 保温层 | 轻质浇注料(1.8) | 0.1+0.0007×t | 50 |
未加装上述取向硅钢环形炉钢卷冷却装置且环形炉100内墙表面温度分别是1200℃、1150℃、1100℃、1050℃和1000℃时，炉墙的内衬102各层间温度及通过炉墙向外散热的热流密度如下表2所示。
表2实施例1中未加装冷却装置时内衬温度及散热热流密度
| 内墙表面温度 | ℃ | 1200.0 | 1150.0 | 1100.0 | 1050.0 | 1000.0 |
| 环境温度 | ℃ | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 |
| 耐火1绝热层间温度 | ℃ | 973.1 | 933.0 | 893.0 | 852.7 | 812.3 |
| 绝热1保温层间温度 | ℃ | 172.7 | 164.4 | 156.7 | 148.8 | 141.1 |
| 炉墙外表面温度 | ℃ | 59.5 | 57.2 | 55.1 | 52.8 | 50.7 |
| 外炉墙散热的热流密度 | W1m<sup>2</sup> | 410.3 | 381.9 | 354 | 327.6 | 302.4 |
从表2中可知随着环形炉100内墙内壁温度降低，通过炉墙向外扩散的热流密度降低，钢卷的冷却速度也同步降低。
在炉墙内衬102的耐火层110和绝热层120间加装冷却装置后，以冷却板130的温度为控制对象，炉温分别是1200℃、1150℃、1100℃、1050℃和1000℃时，可以达到通过炉墙向外扩散的热流密度近似相等，如下表3所示。与未加载冷却装置的炉墙相比，炉温由1200℃降温至1000℃，所需时间可减少15％。
表3实施例1中加装冷却装置且降温时内衬温度及散热热流密度
| 内墙表面温度 | ℃ | 1200.0 | 1150.0 | 1100.0 | 1050.0 | 1000.0 |
| 环境温度 | ℃ | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 |
| 耐火1绝热层间温度 | ℃ | 970.0 | 910.0 | 855.0 | 795.0 | 735.0 |
| 绝热1保温层间温度 | ℃ | 172.4 | 160.1 | 149.4 | 137.9 | 126.8 |
| 炉墙外表面温度 | ℃ | 59.5 | 56.0 | 53.0 | 49.8 | 46.7 |
| 外炉墙散热的热流密度 | W1m<sup>2</sup> | 408.3 | 365.6 | 329.1 | 292.1 | 257.7 |
| 炉墙总散热的热流密度 | W1m<sup>2</sup> | 415.7 | 419.3 | 414.0 | 415.5 | 415.8 |
| 经冷却板的热流密度 | W1m<sup>2</sup> | 7.4 | 53.7 | 84.9 | 123.4 | 158.1 |
在炉墙内衬的耐火层110和绝热层120间加装冷却装置后，以冷却板130的温度为控制对象，炉温分别是1200℃、1150℃、1100℃、1050℃和1000℃时，控制通过炉墙向外扩散的热流密度炉温每降低50℃逐步增大5％，如下表4所示。与未加载冷却装置的炉墙相比，炉温由1200℃降温至1000℃，所需时间可减少22％。
表4实施例1中加装冷却装置且降温时内衬温度及散热热流密度
当环形炉100冷却一段由6段炉体组成，环形炉100的旋转周期为3小时1次，在炉墙内衬102的耐火层110和绝热层120间加装冷却装置后，以冷却一段各段的炉温为控制对象，控制炉温升温速度为-10℃11。使用与未使用上述冷却装置的实际炉温如下表6所示：
表6控制炉温变化时加装与未加装冷却装置的实际炉温变化
使用炉温作为控制对象，还可以减少因钢卷重量差异造成各炉段炉温波动和内罩内钢卷温度的波动。若某个台车所装载的钢卷重量较其正常台车轻，台车上所有物资总热容也就较少，在未加装冷却装置的炉中，该台车的冷却速度较正常台车要快，其所在炉段的炉温也会较正常台车要低，使用炉温作为控制对象，则可消除这种现象。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (7)
1.一种取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，用于控制环形炉的冷却一段内钢卷的冷却速度，其特征在于，其包括设于所述冷却一段的炉体内耐火层和绝热层之间的至少一块冷却板及多条设于所述绝热层内的冷却管，所述冷却管与一块所述冷却板贴合接触，所述冷却管设有用于控制流量的流量控制阀，所述绝热层还连接有贯穿其以对所述冷却板的温度进行检测的第一热电偶。
2.根据权利要求1所述的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，其特征在于，所述冷却管还设有用于检测其流量的流量计。
3.根据权利要求1所述的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，其特征在于，所述冷却一段内设有台车、多个罩设于所述台车上的内罩、用于检测所述冷却一段内温度的第二热电偶及用于检测各个所述内罩内部温度的第三热电偶，所述冷却装置还包括温度控制单元和流量控制单元，所述温度控制单元用于接收所述第一热电偶、所述第二热电偶和所述第三热电偶检测的温度数据并将控制信息输送到所述流量控制单元，所述流量控制单元用于根据所述温度控制单元输送的控制信息控制所述流量控制阀调节流经对应所述冷却管的流量。
4.根据权利要求1所述的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，其特征在于，所述绝热层远离所述耐火层的一侧设有保温层。
5.根据权利要求1所述的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，其特征在于，所述耐火层由耐火砖或陶瓷纤维毡组成。
6.根据权利要求1所述的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，其特征在于，所述绝热层由热导率在e(-3.05+0.00135t)以下的纤维毡或耐火砖组成。
7.根据权利要求4所述的取向硅钢环形炉钢卷冷却装置，其特征在于，所述保温层由浇注料层或耐火纤维毡组成。
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2021
- 2021-12-27 CN CN202111615869.3A patent/CN114350931B/zh active Active
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