CN116042991A - 一种冷却系统梯度分流供水装置以及供水方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却系统梯度分流供水装置以及供水方法，冷却系统梯度分流供水装置包括一次均流罐和二次均流罐，一次均流罐上沿轴向设置有第一进水管和第二进水管，一次均流罐和二次均流罐通过多根均流管连接，多根均流管沿一次均流罐的轴向间隔设置。二次均流罐上设置有多根上分供水管和下分供水管，多根上分供水管和多根下分供水管均沿二次均流罐的轴向间隔设置。第一进水管、第二进水管、均流管、上分供水管及下分供水管上均设有流量调节阀。装置具备二级缓冲、阻尼均流、立式梯度分流供水、梯度/均流供水模式切换、按冷却路径控制供水等功能，实现了金属板带材冷却效率、冷却均匀性和板形平直度的提升，并实现了金属板带材的低残余应力冷却。

Description

一种冷却系统梯度分流供水装置以及供水方法

技术领域

本发明涉及金属板带材热处理技术领域，尤其涉及一种冷却系统梯度分流供水装置以及供水方法。

背景技术

金属板带材制备过程中需要对板带材进行冷却，例如连铸二冷冷却、轧后超快冷及层流冷却、淬火等，利用不同的冷却制度调控金属板带材温度、相变，提升性能和质量。金属板带材冷却设备有一个共同点，所有冷却喷嘴均需沿生产线依次布置，形成较长的冷却区，板带材以一定的速度(或加速度)进入冷却区，依次经过各喷嘴，按照某一工艺路径完成冷却过程，实现连续生产。

金属板带材制备流程中，冷却过程主要控制以下参数：开冷和终冷温度、冷却速度、冷却路径。绝大部分金属板带材制备过程中，均在冷却阶段完成相变和大部分热交换，该阶段对改善板带材冷后温度、微观组织、最终性能和板形至关重要。板带材冷却前内部温度已分布不均，冷却期间存在温度场-相场-应力场多场耦合作用，如何通过控制冷却路径、设计并实现符合板带材优异性能对应的复杂冷却工艺，并保证冷后板形、表观质量等外在需求，是金属板带材冷却控制的难点之一。

板带材冷却过程热交换主要以冷却介质与板带材壁面对流换热实现，这也是控制冷却路径最主要的途径。影响壁面对流换热主要因素有喷嘴形式及其排布、板带材壁面水流密度、板带材运动速度。其中，喷嘴形式及其排布在冷却设备设计时已经固定，无法有效实现板带材冷却路径动态调控；板带材运行速度受整板(带)长度/宽度冷却均匀性条件限制，无法通过大范围速度调整实现冷却路径控制。因此，板带材壁面水流密度成为能够有效调控板带材冷却路径的唯一方式。

目前，冷却设备各冷却喷嘴通过分供水管路与供水主管衔接，通过控制各分供水管路上的控制阀组，控制各冷却喷嘴喷水流量和压力，间接控制各冷却区板带钢壁面水流密度。由于各分供水管路管径固定、在同一供水主管引水、通过阀门开口度控制流量，无法避免供水管路和与之连接的冷却喷嘴内水流量和水压力反比关系的弊端，喷嘴对板带材冷却时，壁面水流密度非线性变化，有效调控困难。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种冷却系统梯度分流供水装置以及供水方法，其解决了供水管路和与之连接的冷却喷嘴内水流量和水压力反比关系的弊端无法避免以及板带材壁面水流密度非线性变化调控困难的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的冷却系统梯度分流供水装置包括：

一次均流罐和二次均流罐，所述一次均流罐和所述二次均流罐均竖直设置于同一水平面上；

所述一次均流罐上沿轴向设置有第一进水管和第二进水管，所述第一进水管位于所述第二进水管的正上方；所述一次均流罐和所述二次均流罐通过多根均流管连接，多根所述均流管沿所述一次均流罐的轴向间隔设置；冷却水由第一进水管或第二进水管进入所述一次均流罐，经所述一次均流罐均流后由多根所述均流管输送至所述二次均流罐中；

所述二次均流罐上设置有多根上分供水管和多根下分供水管，多根所述上分供水管和多根所述下分供水管均沿所述二次均流罐的轴向间隔设置；经所述二次均流罐均流后的冷却水由所述上分供水管和所述下分供水管输送至板带材冷却设备的喷嘴；

所述第一进水管、所述第二进水管、所述均流管、所述上分供水管以及所述下分供水管上均设置有流量调节阀。

可选地，所述一次均流罐包括第一罐体和第一阻尼筒；

所述第一罐体和所述第一阻尼筒均为两端封口的中空圆柱体，所述第一阻尼筒设置于所述第一罐体内，所述第一阻尼筒与所述第一罐体同轴设置，所述第一阻尼筒的外壁上开设有多个第一通孔；

所述第一进水管和所述第二进水管均与所述第一阻尼筒连通；

所述均流管的数量为6，6根所述均流管均与所述第一罐体连通。

可选地，所述均流管、所述第一进水管以及所述第二进水管均水平设置；

所述均流管的中轴线与所述第一进水管的中轴线之间的夹角为180度，所述第一进水管的中轴线与所述一次均流罐的中心点的标高一致，所述第二进水管的中轴线与位于最下方的两根均流管的中轴线的垂直连线的中点的标高一致。

可选地，所述第一进水管和所述第二进水管的直径均为DN800～DN1200，所述均流管的直径均为DN300～DN400，所述一次均流罐的直径为DN1000～DN1400。

可选地，所述二次均流罐包括第二罐体和第二阻尼筒；

所述第二罐体和所述第二阻尼筒均为两端封口的中空圆柱体，所述第二阻尼筒设置于所述第二罐体内，所述第二阻尼筒与所述第二罐体同轴设置，所述第二阻尼筒的外壁上开设有多个第二通孔；

多根所述均流管均与所述第二阻尼筒连通；

所述上分供水管和所述下分供水管的数量均为10，10根所述上分供水管和10根所述下分供水管均与所述第二罐体连通。

可选地，所述上分供水管和所述下分供水管均水平设置；

所述上分供水管的中轴线与所述下分供水管的中轴线之间的夹角为90度，所述上分供水管的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为135度，所述下分供水管的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为135度。

可选地，所述上分供水管与所述下分供水管的直径均为DN125～DN250，所述二次均流罐的直径为DN1000～DN1400。

可选地，所述一次均流罐和所述二次均流罐均包括罐体和阻尼筒；

所述罐体和所述阻尼筒均为两端封口的中空圆柱体，所述阻尼筒设置于所述罐体内，所述阻尼筒与所述罐体同轴设置，所述阻尼筒的外壁上开设有多个通孔；

所述第一进水管和所述第二进水管均与所述一次均流罐的所述阻尼筒连通；

所述均流管的数量为6，6根所述均流管的第一端均与所述一次均流罐的所述罐体连通，6根所述均流管的第二端均与所述二次均流罐的所述阻尼筒连通；

所述上分供水管和所述下分供水管的数量均为10，10根所述上分供水管和10根所述下分供水管均与所述二次均流罐的所述罐体连通；

所述均流管、所述第一进水管、所述第二进水管、所述上分供水管以及所述下分供水管均水平设置，所述均流管的中轴线与所述第一进水管的中轴线之间的夹角为180度，所述第一进水管的中轴线与所述一次均流罐的中心点的标高一致，所述第二进水管的中轴线与位于最下方的两根均流管的中轴线的垂直连线的中点的标高一致；所述上分供水管的中轴线与所述下分供水管的中轴线之间的夹角为90度，所述上分供水管的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为135度，所述下分供水管的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为135度。

进一步地，本发明还提供了一种冷却系统梯度分流供水方法，所述冷却系统梯度分流供水方法应用于如上所述的冷却系统梯度分流供水装置中，所述冷却系统梯度分流供水方法包括：

当板带材温度处于马氏体转变的起始温度及以上的温度区间时，采用梯度供水，所述梯度供水包括：关闭第一进水管，打开第二进水管，每根均流管、下分供水管以及上分供水管上的流量调节阀打开至预先设定的开口度；

当板带材温度处于马氏体转变的起始温度以下的温度区间时，采用均流供水，所述均流供水包括：打开所述第一进水管，关闭所述第二进水管，每根所述均流管、所述下分供水管以及所述上分供水管上的流量调节阀打开至预先设定的开口度。

可选地，所述梯度供水包括：

所述第一进水管上的所述流量调节阀的开口度调至0％；

所述第二进水管上的所述流量调节阀的开口度调至100％；

所述均流管从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6，所述均流管上的所述流量调节阀的开口度为a，a＝(10b+40)×100％，b为所述均流管的序号；

所述下分供水管从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述下分供水管上的所述流量调节阀的开口度为c，c＝(5d+50)×100％，d为所述下分供水管的序号；

所述上分供水管从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述上分供水管上的所述流量调节阀的开口度为e，e＝(5f+40)×100％，f为所述上分供水管的序号；

所述均流供水包括：

所述第一进水管上的所述流量调节阀的开口度为100％；

所述第二进水管上的所述流量调节阀的开口度为0％；

所述均流管从上至下的所述流量调节阀的开口度依次为100％、100％、75％、75％、85％、85％；

所述上分供水管从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述上分供水管上的所述流量调节阀的开口度为g，g＝(-2h+77)×100％，h为所述上分供水管的序号；

所述下分供水管从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述下分供水管上的所述流量调节阀的开口度为j，j＝(-3i+103)×100％，i为所述下分供水管的序号。

(三)有益效果

在板带材高温、中温区(温度处于马氏体转变的起始温度及以上的温度区间)，依据板带材壁面高温至中温转变过程过冷度变化规律，将冷却系统梯度分流供水装置调节为梯度供水模式，实现冷却路径自调节。应用该方法后：一次均流罐采用下进水方式，即采用第二进水管进水，罐内水流受重力作用旋流向上流动，均流管由下至上依次逐级过水，过水量通过管道上的流量调节阀调节成依次减小，稳流效果和梯度均流效果明显；受一次均流罐、均流管梯度均流作用，二次均流罐由下至上罐内流速、动压逐渐减小，通过调节每一根上分供水管和下分供水管的阀门开度，使上分供水管和下分供水管由下至上流量、流速、动压逐渐减小且水流稳定性逐渐增加的供水状态。这与板带材高温区、中温区壁面换热规律和温降规律相匹配：一方面在板带材高温区实施大流量、高压力的强力冷却，另一方面在板带材中温区实施冷却能力相对减弱、冷却均匀性相对提升的高强均匀冷却。有利于板带材整体冷速及冷却均匀性的提升，在提高板带材冷后性能和板形、降低残余应力、提升板带材冷却效率、节水节能等方面效果显著。

在板带材低温区(相变区，温度处于马氏体转变的起始温度以下至常温的温度区间)，将冷却系统梯度分流供水装置调节为均流供水模式。一次均流罐采用中部进水方式，即采用第一进水管进水，第一阻尼筒内的水流沿第一进水管入水口向两侧旋流扩散，靠近第一进水管的均流管承接水流的流速和动压最大，沿着第一阻尼管的轴向远离第一进水管的均流管承接的水流流速和动压依次减小，通过调节每根均流管上的流量调节阀开口度控制每一根均流管的流量，近似实现所有均流管流量分布均匀。受一次均流罐、均流管均流作用以及二次均流罐内流体自重影响，二次均流罐内由下至上流速、动压逐渐减小，配合每一根上分供水管和下分供水管流量调节阀开口度的控制，实现上分供水管、下分供水管流量、流速、动压近似一致。板带材低温区冷却时发生相变，冷却不同步将导致相变时序变化，采用均流供水方法显著提高冷却均匀性，提高板带材组织性能均匀性，降低残余应力并实现冷后板形良好。

附图说明

图1为本发明的冷却系统梯度分流供水装置的正视图；

图2为本发明的冷却系统梯度分流供水装置的立体图；

图3为本发明的冷却系统梯度分流供水装置的俯视图；

图4为本发明的冷却系统梯度分流供水装置的一次均流罐的局部剖视图；

图5为本发明的冷却系统梯度分流供水方法的梯度供水的冷却水流向图；

图6为本发明的冷却系统梯度分流供水方法的分流供水的冷却水流向图。

【附图标记说明】

1：一次均流罐；2：二次均流罐；

3：流量调节阀；

4：第一进水管；5：第二进水管；

6：①号均流管；7：②号均流管；8：③号均流管；9：④号均流管；10：⑤号均流管；11：⑥号均流管；

12：上分供水管；13：下分供水管；

14：第一罐体；15：第一阻尼筒；

16：第二罐体；17：第二阻尼筒。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”方位名词以图1的定向为参照。

虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1至图3所示，本发明提供了一种冷却系统梯度分流供水装置，其包括一次均流罐1和二次均流罐2，一次均流罐1和二次均流罐2的形状结构完全相同，且一次均流罐1和二次均流罐2均竖直设置于同一水平面上。一次均流罐1上沿轴向设置有第一进水管4和第二进水管5，第一进水管4位于第二进水管5的正上方。一次均流罐1通过多根均流管连接二次均流罐2，多根均流管沿一次均流罐1的轴向间隔设置，且每一根均流管的中轴线均与一次均流罐1的中轴线相交。运行时，冷却水由第一进水管4或第二进水管5进入一次均流罐1中，经一次均流罐1均流后再由多根均流管输送至二次均流罐2中进行二次均流。二次均流罐2上设置有多根上分供水管12和多根下分供水管13，多根上分水供水管分别与板带材冷却设备的多个上喷嘴一一对应连接，多根下分供水管13分别与板带材冷却设备的多个下喷嘴一一对应连接。上喷嘴位于板带材的上方，用于向板带材的上表面喷冷却水；下喷嘴位于板带材的下方，用于向板带材的下表面喷冷却水。多根上分供水管12和多根下分供水管13均沿二次均流罐2的轴向间隔设置，且中轴线与二次均流罐2的中轴线相交。经二次均流罐2均流后的冷却水由多根上分供水管12和多根下分供水管13输送至板带材冷却设备的各个喷嘴。第一进水管4、第二进水管5、均流管、上分供水管12以及下分供水管13上均设置有流量调节阀3，通过控制流量调节阀3的开口度，调节各管路流量大小、比例和通断，便于板带材冷却系统梯度分流供水方法的实施，各流量调节阀3的直径与所安装管路直径一致。

在板带材高温、中温区(温度处于马氏体转变的起始温度及以上的温度区间)，依据板带材壁面高温至中温转变过程过冷度变化规律，将冷却系统梯度分流供水装置调节为梯度供水模式，实现冷却路径自调节。应用该方法后：一次均流罐1采用下进水方式，即采用第二进水管5进水，罐内水流受重力作用旋流向上流动，均流管由下至上依次逐级过水，过水量通过管道上的流量调节阀3调节成依次减小，稳流效果和梯度均流效果明显；受一次均流罐1、均流管梯度均流作用，二次均流罐2由下至上罐内流速、动压逐渐减小，通过调节每一根上分供水管12和下分供水管13的阀门开度，使上分供水管12和下分供水管13由下至上流量、流速、动压逐渐减小且水流稳定性逐渐增加的供水状态。这与板带材高温区、中温区壁面换热规律和温降规律相匹配：一方面在板带材高温区实施大流量、高压力的强力冷却，另一方面在板带材中温区实施冷却能力相对减弱、冷却均匀性相对提升的高强均匀冷却。有利于板带材整体冷速及冷却均匀性的提升，在提高板带材冷后性能和板形、降低残余应力、提升板带材冷却效率、节水节能等方面效果显著。

在板带材低温区(相变区，温度处于马氏体转变的起始温度以下至常温的温度区间)，将冷却系统梯度分流供水装置调节为均流供水模式。一次均流罐1采用中部进水方式，即采用第一进水管4进水，第一阻尼筒15内的水流沿第一进水管4入水口向两侧旋流扩散，靠近第一进水管4的均流管承接水流的流速和动压最大，沿着第一阻尼管的轴向远离第一进水管4的均流管承接的水流流速和动压依次减小，通过调节每根均流管上的流量调节阀3开口度控制每一根均流管的流量，近似实现所有均流管流量分布均匀。受一次均流罐1、均流管均流作用以及二次均流罐2内流体自重影响，二次均流罐2内由下至上流速、动压逐渐减小，配合每一根上分供水管12和下分供水管13流量调节阀3开口度的控制，实现上分供水管12、下分供水管13流量、流速、动压近似一致。板带材低温区冷却时发生相变，冷却不同步将导致相变时序变化，采用均流供水方法显著提高冷却均匀性，提高板带材组织性能均匀性，降低残余应力并实现冷后板形良好。

板带材冷却系统梯度分流供水装置具备二级缓冲、阻尼均流、立式梯度分流供水、梯度/均流供水模式自动切换、按冷却路径控制供水等功能，实现了金属板带材冷却效率、冷却均匀性和板形平直度的提升，并实现了金属板带材的低残余应力冷却和按工艺路径冷却。

如图4所示，一次均流罐1和二次均流罐2均包括罐体和阻尼筒。罐体和阻尼筒均为两端封口的中空圆柱体，阻尼筒设置于罐体内，阻尼筒与罐体同轴设置，阻尼筒的外壁上开设有多个通孔。第一进水管4和第二进水管5均与一次均流罐1的阻尼筒连通。均流管的数量为6，6根均流管的第一端均与一次均流罐1的罐体连通，6根均流管的第二端均与二次均流罐2的阻尼筒连通。上分供水管12和下分供水管13的数量均为10，10根上分供水管12和10根下分供水管13均与二次均流罐2的罐体连通。均流管、第一进水管4、第二进水管5、上分供水管12以及下分供水管13均水平设置，均流管的中轴线与第一进水管4的中轴线之间的夹角为180度，第一进水管4的中轴线与一次均流罐1的中心点的标高一致，第二进水管5的中轴线与位于最下方的两根均流管的中轴线的垂直连线的中点的标高一致；上分供水管12的中轴线与下分供水管13的中轴线之间的夹角为90度，上分供水管12的中轴线与均流管的中轴线之间的夹角为135度，下分供水管13的中轴线与均流管的中轴线之间的夹角为135度。

具体地，如图4所示，一次均流罐1包括第一罐体14和第一阻尼筒15，其中，第一罐体14和第一阻尼筒15均为两端封口的中空圆柱体，第一阻尼筒15设置于第一罐体14内，第一进水管4和第二进水管5均穿过第一罐体14后插入第一阻尼筒15内，使第一进水管4和第二进水管5均与第一阻尼通连通，第一进水管4和第二进水管5均与第一罐体14密封固定连接，第一阻尼通通过第一进水管4和第二进水管5固定安装，使第一阻尼筒15与第一罐体14同轴设置。在第一阻尼筒15的外壁上均匀开设有多个第一通孔，由第一进水管4或第二进水管5输送进入第一阻尼通内的冷却水再由多个第一通孔输送至第一罐体14内，实现一次均流的作用。优选地，均流管的数量为6，6根均流管只插入第一罐体14中，从而使6根均流管均与第一罐体14连通，第一罐体14内的冷却水再由6根均流管输送出去。

如图3和图4所示，均流管、第一进水管4以及第二进水管5均水平设置，均流管的中轴线与第一进水管4的中轴线之间的夹角为180度，也即均流管和第一进水管4的中轴线在同一水平面的投影的夹角为180度，第一进水管4的中轴线与一次均流罐1的中心点的标高一致，即第一进水管4与一次均流罐1的中点位置相连接。第二进水管5的中轴线与位于最下方的两根均流管的中轴线的垂直连线的中点的标高一致，也即第二进水管5的中轴线通过位于最下方的两根均流管的中轴线的垂直连线的中点。第一阻尼筒15内的水流沿第一进水管4入水口向两侧旋流扩散，靠近第一进水管4的均流管承接水流的流速和动压最大，沿着第一阻尼管的轴向远离第一进水管4的均流管承接的水流流速和动压依次减小，通过调节每根均流管上的流量调节阀3开口度控制每一根均流管的流量，近似实现所有均流管流量分布均匀。优选地，第一进水管4和第二进水管5的直径均为DN800～DN1200，均流管的直径均为DN300～DN400，一次均流罐1的直径为DN1000～DN1400。当然，也可以根据实际需要合理调整第一进水管4、第二进水管5、均流管以及一次均流罐1的直径。

同样的，如图3和图4所示，二次均流罐2包括第二罐体16和第二阻尼筒17，第二罐体16和第二阻尼筒17均为两端封口的中空圆柱体，第二阻尼筒17设置于第二罐体16内，第二阻尼筒17与第二罐体16同轴设置，第二阻尼筒17的外壁上开设有多个第二通孔，二次均流罐2的结构与一次均流罐1的结构相同，在此不再赘述。不同点在于，6根均流管均穿过第二罐体16后插入第二阻尼筒17中，从而使6根均流管均与第二阻尼筒17连通。6根均流管均与第二罐体16密封固定连接，6根均流管的中轴线均与第二阻尼筒17的中轴线相交，第二阻尼筒17通过6根均流管安装固定，并使第二阻尼筒17与第二罐体16同轴设置。上分供水管12和下分供水管13的数量均为10，10根上分供水管12和10根下分供水管13均只插入到第二罐体16中，从而使10根上分供水管12和10根下分供水管13均与第二罐体16连通。经由一次均流罐1均流后的冷却水由6根均流管输送至第二阻尼筒17中，再由第二通孔输送至第二罐体16中，实现二次均流作用。上分供水管12和下分供水管13均水平设置，上分供水管12的中轴线与下分供水管13的中轴线之间的夹角为90度，上分供水管12的中轴线与均流管的中轴线之间的夹角为135度，下分供水管13的中轴线与均流管的中轴线之间的夹角为135度，上分供水管12和下分供水管13的中轴线以均流管的中轴线对称，从而使上分供水管12和下分供水管13输送出来的水流更均匀。优选地，上分供水管12与下分供水管13的直径均为DN125～DN250，二次均流罐2的直径为DN1000～DN1400。

结合第一进水管4和第二进水管5的位置：采用第二进水管5进水时，第一阻尼筒15内的水流受重力作用旋流向上流动，均流管由下至上依次逐级过水，过水量通过管道上的流量调节阀3调节成依次减小，稳流效果和梯度均流效果明显；受一次均流罐1、均流管梯度均流作用，二次均流罐2由下至上罐内流速、动压逐渐减小，通过调节每一根上分供水管12和下分供水管13的阀门开度，使上分供水管12和下分供水管13由下至上流量、流速、动压逐渐减小且水流稳定性逐渐增加的供水状态。采用第一进水管4进水时，第一阻尼筒15内的水流沿第一进水管4入水口向两侧旋流扩散，靠近第一进水管4的均流管承接水流的流速和动压最大，沿着第一阻尼管的轴向远离第一进水管4的均流管承接的水流流速和动压依次减小，通过调节每根均流管上的流量调节阀3开口度控制每一根均流管的流量，近似实现所有均流管流量分布均匀。受一次均流罐1、均流管均流作用以及二次均流罐2内流体自重影响，二次均流罐2内由下至上流速、动压逐渐减小，配合每一根上分供水管12和下分供水管13流量调节阀3开口度的控制，实现上分供水管12、下分供水管13流量、流速、动压近似一致。

进一步地，本发明还提供了一种冷却系统梯度分流供水方法，冷却系统梯度分流供水方法应用于如的冷却系统梯度分流供水装置中，冷却系统梯度分流供水方法包括梯度供水和均流供水两种形式。其中，当板带材温度处于马氏体转变的起始温度及以上的温度区间时，采用梯度供水，梯度供水包括：关闭第一进水管4，打开第二进水管5，每根均流管、下分供水管13以及上分供水管12打开至预先设定的开口度；当板带材温度处于马氏体转变的起始温度以下的温度区间时，采用均流供水，均流供水包括：打开第一进水管4，关闭第二进水管5，每根均流管、下分供水管13以及上分供水管12打开至预先设定的开口度。

具体地，梯度供水包括：

第一进水管4上的流量调节阀3的开口度调至0％；

第二进水管5上的流量调节阀3的开口度调至100％；

均流管从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6，均流管上的流量调节阀3的开口度为a，a＝(10b+40)×100％，b为均流管的序号；

下分供水管13从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，下分供水管13上的流量调节阀3的开口度为c，c＝(5d+50)×100％，d为下分供水管13的序号；

上分供水管12从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，上分供水管12上的流量调节阀3的开口度为e，e＝(5f+40)×100％，f为上分供水管12的序号；

均流供水包括：

第一进水管4上的流量调节阀3的开口度为100％；

第二进水管5上的流量调节阀3的开口度为0％；

均流管从上至下的流量调节阀3的开口度依次为100％、100％、75％、75％、85％、85％；

上分供水管12从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，上分供水管12上的流量调节阀3的开口度为g，g＝(-2h+77)×100％，h为上分供水管12的序号；

下分供水管13从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，下分供水管13上的流量调节阀3的开口度为j，j＝(-3i+103)×100％，i为下分供水管13的序号。

在板带材高温、中温区(Ms点以上)，依据板带材壁面高温→中温转变过程过冷度变化规律，采用梯度供水模式，实现冷却路径自调节。应用该方法后：一次均流罐1采用下进水方式，罐内水流受重力作用旋流向上流动，1号均流管～6号均流管由下至上依次逐级过水、过水量按相应函数依次减小，稳流效果和梯度均流效果明显；受一次均流罐1、均流管梯度均流作用，二次均流罐2由下至上罐内流速、动压逐渐减小，结合1～10号上分供水管12、1～10号下分供水管13上的流量调节阀3开口度按相应函数控制，实现1～10号上分供水管12、1～10号下分供水管13由下至上流量、流速、动压逐渐减小且水流稳定性逐渐增加的供水状态。这与板带材高温区、中温区壁面换热规律和温降规律相匹配：一方面在板带材高温区实施大流量、高压力的强力冷却，另一方面在板带材中温区实施冷却能力相对减弱、冷却均匀性相对提升的高强均匀冷却。梯度供水方法有利于板带材整体冷速及冷却均匀性的提升，在提高板带材冷后性能和板形、降低残余应力、提升板带材冷却效率、节水节能等方面效果显著。在板带材低温区(相变区，Ms点以下至常温)，采用均流供水模式。一次均流罐1采用中部进水方式，罐内水流沿第一进水管4入水口向两侧旋流扩散，3号均流管和4号均流管承接水流的流速和动压最大、2号均流管和4号均流管受水流重力作用承接水流的流速和动压次之、1号均流管和6号均流管承接水流的流速和动压最小，通过1号均流管～6号均流管流量调节阀3开口度控制，近似实现1号均流管～6号均流管流量分布均匀。受一次均流罐1、均流管均流作用以及二次均流罐2内流体自重影响，二次均流罐2内由下至上流速、动压逐渐减小，结合1～10号上分供水管12、1～10号下分供水管13流量调节阀3开口度按相应函数控制，实现1～10号上分供水管12、1～10号下分供水管13流量、流速、动压近似一致。板带材低温区冷却时发生相变，冷却不同步将导致相变时序变化，采用均流供水方法显著提高冷却均匀性，提高板带材组织性能均匀性，降低残余应力并实现冷后板形良好。

参见图5和图6，以50mm厚钢板冷却至室温的冷却过程为例进行说明：

当冷却系统梯度分流供水装置接到供水信号后，首先执行梯度供水方法，①号均流管6、②号均流管7、③号均流管8、④号均流管9、⑤号均流管10、⑥号均流管11的流量调节阀3的开口度分别设置为50％、60％、70％、80％、90％、100％，①～⑩号上分供水管12的流量调节阀3的开口度分别设置为45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％，①～⑩号下分供水管13流量调节阀3开口度分别设置为55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％，第一进水管4的流量调节阀3关闭，第二进水管5流量调节阀3开启至100％，5000m³/h、0.8MPa冷却水由第二进水管5输送至第一阻尼筒15中，再由第一阻尼筒15流经第一罐体14输送进入①号均流管6、②号均流管7、③号均流管8、④号均流管9、⑤号均流管10、⑥号均流管11中，冷却水经一次均流罐1以及①号均流管6、②号均流管7、③号均流管8、④号均流管9、⑤号均流管10、⑥号均流管11梯度分流后输送至第二阻尼筒17中，由第二阻尼筒17内流经第二罐体16输送进入①～⑩号上分供水管12和①～⑩号下分供水管13中，用于冷却钢板。

当装置接到模式转换信号钢板温度降至低温区后，执行均流供水方法，①号均流管6、②号均流管7、③号均流管8、④号均流管9、⑤号均流管10、⑥号均流管11的流量调节阀3开口度分别设置为100％、100％、75％、75％、85％、85％，①～⑩号上分供水管12的流量调节阀3开口度分别设置为75％、73％、71％、69％、67％、65％、63％、61％、59％、57％，①～⑩号下分供水管13的流量调节阀3开口度分别设置为100％、97％、94％、91％、88％、85％、82％、79％、76％、73％，第二进水管5的流量调节阀3关闭，第一进水管4的流量调节阀3开启至100％，5000m³/h、0.8MPa冷却水由第一进水管4输送至第一阻尼筒15中，再由第一阻尼筒15流经第一罐体14输送进入①号均流管6、②号均流管7、③号均流管8、④号均流管9、⑤号均流管10、⑥号均流管11中，冷却水经一次均流罐1以及①号均流管6、②号均流管7、③号均流管8、④号均流管9、⑤号均流管10、⑥号均流管11梯度分流后输送至第二阻尼筒17中，由第二阻尼筒17内流经第二罐体16进入①～⑩号上分供水管和①～⑩号下分供水管中，用于冷却钢板。

当装置接到停止供水信号后，第一进水管4、第二进水管5流量调节阀3均关闭，至此一种板带材冷却系统梯度分流供水装置及供水方法实施完毕。

冷却系统梯度分流供水装置包括一次均流罐1、二次均流罐2、流量调节阀3，采用二级缓冲设计、阻尼均流设计、立式梯度分流供水、梯度/均流供水自动切换等设计，在板带材高温、中温区，依据板带材高温至中温转变过程壁面过冷度变化规律，采用梯度供水方法，提供与冷却路径相匹配的供水流量和压力分布，实现冷却路径自调节，提升金板带材冷却效率，节水节能；在板带材低温区，采用均流供水模式，提高板带材组织和性能均匀性和板形平直度、降低残余应力。两种供水模式自动切换，结合供水装置开发，实现按板带材工艺路径冷却。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”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”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述冷却系统梯度分流供水装置包括一次均流罐(1)和二次均流罐(2)，所述一次均流罐(1)和所述二次均流罐(2)均竖直设置于同一水平面上；

所述一次均流罐(1)上沿轴向设置有第一进水管(4)和第二进水管(5)，所述第一进水管(4)位于所述第二进水管(5)的正上方；所述一次均流罐(1)和所述二次均流罐(2)通过多根均流管连接，多根所述均流管沿所述一次均流罐(1)的轴向间隔设置；冷却水由第一进水管(4)或第二进水管(5)进入所述一次均流罐(1)，经所述一次均流罐(1)均流后由多根所述均流管输送至所述二次均流罐(2)中；

所述二次均流罐(2)上设置有多根上分供水管(12)和多根下分供水管(13)，多根所述上分供水管(12)和多根所述下分供水管(13)均沿所述二次均流罐(2)的轴向间隔设置；经所述二次均流罐(2)均流后的冷却水由所述上分供水管(12)和所述下分供水管(13)输送至板带材冷却设备的喷嘴；

所述第一进水管(4)、所述第二进水管(5)、所述均流管、所述上分供水管(12)以及所述下分供水管(13)上均设置有流量调节阀(3)。

2.如权利要求1所述的冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述一次均流罐(1)包括第一罐体(14)和第一阻尼筒(15)；

所述第一罐体(14)和所述第一阻尼筒(15)均为两端封口的中空圆柱体，所述第一阻尼筒(15)设置于所述第一罐体(14)内，所述第一阻尼筒(15)与所述第一罐体(14)同轴设置，所述第一阻尼筒(15)的外壁上开设有多个第一通孔；

所述第一进水管(4)和所述第二进水管(5)均与所述第一阻尼筒(15)连通；

所述均流管的数量均为6，6根所述均流管均与所述第一罐体(14)连通。

3.如权利要求2所述的冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述均流管、所述第一进水管(4)以及所述第二进水管(5)均水平设置；

所述均流管的中轴线与所述第一进水管(4)的中轴线之间的夹角为180度，所述第一进水管(4)的中轴线与所述一次均流罐(1)的中心点的标高一致，所述第二进水管(5)的中轴线与位于最下方的两根均流管的中轴线的垂直连线的中点的标高一致。

4.如权利要求2所述的冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述第一进水管(4)和所述第二进水管(5)的直径均为DN800～DN1200，所述均流管的直径均为DN300～DN400，所述一次均流罐(1)的直径为DN1000～DN1400。

5.如权利要求1-4任意一项所述的冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述二次均流罐(2)包括第二罐体(16)和第二阻尼筒(17)；

所述第二罐体(16)和所述第二阻尼筒(17)均为两端封口的中空圆柱体，所述第二阻尼筒(17)设置于所述第二罐体(16)内，所述第二阻尼筒(17)与所述第二罐体(16)同轴设置，所述第二阻尼筒(17)的外壁上开设有多个第二通孔；

多根所述均流管均与所述第二阻尼筒(17)连通；

所述上分供水管(12)和所述下分供水管(13)的数量均为10，10根所述上分供水管(12)和10根所述下分供水管(13)均与所述第二罐体(16)连通。

6.如权利要求5所述的冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述上分供水管(12)和所述下分供水管(13)均水平设置；

所述上分供水管(12)的中轴线与所述下分供水管(13)的中轴线之间的夹角为(90)度，所述上分供水管(12)的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为(135)度，所述下分供水管(13)的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为(135)度。

7.如权利要求5所述的冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述上分供水管(12)与所述下分供水管(13)的直径均为DN125～DN250，所述二次均流罐(2)的直径为DN1000～DN1400。

8.如权利要求1-4任意一项所述的冷却系统梯度分流供水装置，其特征在于，所述一次均流罐(1)和所述二次均流罐(2)均包括罐体和阻尼筒；

所述罐体和所述阻尼筒均为两端封口的中空圆柱体，所述阻尼筒设置于所述罐体内，所述阻尼筒与所述罐体同轴设置，所述阻尼筒的外壁上开设有多个通孔；

所述第一进水管(4)和所述第二进水管(5)均与所述一次均流罐(1)的所述阻尼筒连通；

所述均流管的数量为6，6根所述均流管的第一端均与所述一次均流罐(1)的所述罐体连通，6根所述均流管的第二端均与所述二次均流罐(2)的所述阻尼筒连通；

所述上分供水管(12)和所述下分供水管(13)的数量均为10，10根所述上分供水管(12)和10根所述下分供水管(13)均与所述二次均流罐(2)的所述罐体连通；

所述均流管、所述第一进水管(4)、所述第二进水管(5)、所述上分供水管(12)以及所述下分供水管(13)均水平设置，所述均流管的中轴线与所述第一进水管(4)的中轴线之间的夹角为180度，所述第一进水管(4)的中轴线与所述一次均流罐(1)的中心点的标高一致，所述第二进水管(5)的中轴线与位于最下方的两根均流管的中轴线的垂直连线的中点的标高一致；所述上分供水管(12)的中轴线与所述下分供水管(13)的中轴线之间的夹角为90度，所述上分供水管(12)的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为135度，所述下分供水管(13)的中轴线与所述均流管的中轴线之间的夹角为135度。

9.一种冷却系统梯度分流供水方法，其特征在于，所述冷却系统梯度分流供水方法应用于如权利要求(8)所述的冷却系统梯度分流供水装置中，所述冷却系统梯度分流供水方法包括：

当板带材温度处于马氏体转变的起始温度及以上的温度区间时，采用梯度供水，所述梯度供水包括：关闭第一进水管(4)，打开第二进水管(5)，每根均流管、下分供水管(13)以及上分供水管(12)上的流量调节阀(3)打开至预先设定的开口度；

当板带材温度处于马氏体转变的起始温度以下的温度区间时，采用均流供水，所述均流供水包括：打开所述第一进水管(4)，关闭所述第二进水管(5)，每根所述均流管、所述下分供水管(13)以及所述上分供水管(12)上的流量调节阀(3)打开至预先设定的开口度。

10.如权利要求9所述的冷却系统梯度分流供水方法，其特征在于，所述梯度供水包括：

所述第一进水管(4)上的所述流量调节阀(3)的开口度调至0％；

所述第二进水管(5)上的所述流量调节阀(3)的开口度调至100％；

所述均流管从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6，所述均流管上的所述流量调节阀(3)的开口度为a，a＝(10b+40)×100％，b为所述均流管的序号；

所述下分供水管(13)从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述下分供水管(13)上的所述流量调节阀(3)的开口度为c，c＝(5d+50)×100％，d为所述下分供水管(13)的序号；

所述上分供水管(12)从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述上分供水管(12)上的所述流量调节阀(3)的开口度为e，e＝(5f+40)×100％，f为所述上分供水管(12)的序号；

所述均流供水包括：

所述第一进水管(4)上的所述流量调节阀(3)的开口度为100％；

所述第二进水管(5)上的所述流量调节阀(3)的开口度为0％；

所述均流管从上至下的所述流量调节阀(3)的开口度依次为100％、100％、75％、75％、85％、85％；

所述上分供水管(12)从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述上分供水管(12)上的所述流量调节阀(3)的开口度为g，g＝(-2h+77)×100％，h为所述上分供水管(12)的序号；

所述下分供水管(13)从上至下依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，所述下分供水管(13)上的所述流量调节阀(3)的开口度为j，j＝(-3i+103)×100％，i为所述下分供水管(13)的序号。

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