CN204434677U - 一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置 - Google Patents

Abstract

一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，属于轧钢技术领域。该装置包括:供气系统、供水系统、水雾汽化冷却喷嘴、热态钢筋试样移动系统、测试和控制系统。各组水雾汽化冷却喷嘴与供气系统和供水系统连接；热态钢筋试样移动系统包括：滑轨、移动小车和驱动气缸；所述各组水雾汽化冷却喷嘴位于所述移动小车的行程范围内，并且所述水雾汽化喷嘴垂直于所述滑轨；测试与控制系统包括红外测温仪、热电偶测温仪、时间继电器和计算机，其中时间继电器与气缸连接。优点在于，能够对钢筋的圆周方向实现均匀冷却。采用不同供水和供气工艺参数水雾汽化条件，对热态钢筋在一定移动速度下进行各种水雾汽化冷却试验，获得水雾汽化冷却工艺参数对热态钢筋冷却特征、显微组织和力学性能的影响数据。

Description

一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置

技术领域

本实用新型发明属于轧钢技术领域，特别是提供了一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置。

背景技术

我国的热轧高强度钢筋在过去20年里一直采用穿水冷却方法，在提高强度的同时，不可避免地给热轧钢筋带来马氏体环和表面红锈两大问题。为在提高热轧钢筋冷却效率和钢筋强度的同时，有效地控制冷却速度和淬火马氏体相变，需要开发一种对热轧钢筋在终轧温度(1050－900℃)条件下，既具有足够的冷却能力和冷却速度，又便于分组分段进行阶梯式加速冷却的方法和装置。

水雾汽化冷却方法可以充分发挥水的汽化相变潜热λ＝540cal/g远高于水的比热Cp＝1cal/g℃这一基本原理在热轧钢筋冷却中的作用，提高汽化冷却在混合冷却(包括水的接触换热冷却、膜沸腾冷却和汽化冷却)中的比例，从而达到以汽化冷却为主的高效率冷却要求。同时，水雾冷却具有很宽的冷却速度范围，可以对多个水雾汽化冷却喷嘴，按照热轧钢筋不同强度级别、不同终轧温度和不同冷却速度的要求，进行分组分段灵活布置和组装，以便按照高强度钢筋的CCT连续冷却转变曲线特征和控制冷却工艺参数的要求，有效而准确地控制热轧钢筋的冷却速度，获得高强度钢筋所需的显微组织和力学性能。

然而，在现场热轧高强度钢筋机组实际采用水雾汽化冷却方法和装置之前，首先面临的问题是，如何布置和组装水雾汽化冷却喷嘴，如何调整水压、水量、气压、气量等工艺参数，如何提高水雾汽化冷却在混合冷却中的比例和冷却效率，如何测试热态钢筋表面和心部温度在不同水雾汽化冷却工艺参数条件下的变化，如何使典型规格热态钢筋获得所需的冷却速度、显微组织和力学性能。

目前，国内还没有这种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，无法为现场热轧高强度钢筋机组的水雾汽化冷却装置，提供所需的喷嘴布置结构设计、水雾冷却工艺参数、热态钢筋在不同水雾汽化冷却条件下表面和心部温度变化规律的基本数据。

发明内容

本实用新型发明的一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，解决了上述热轧高强度钢筋水雾汽化冷却装置所需的喷嘴布置结构设计、水雾冷却工艺参数和热态钢筋在不同水雾汽化冷却条件下表面和心部温度变化规律的基本数据的问题。

本实用新型主要包括:供气系统、供水系统、水雾汽化喷嘴、试样移动系统、测试和控制系统，所述水雾汽化喷嘴与供气系统和供水系统相连接；所述试样移动系统包括：滑轨、设置在滑轨上的移动小车以及与移动小车连接的气缸；所述水雾汽化喷嘴布置在移动小车的行程范围内，并且垂直于移动小车上的热态钢筋试样；所述测试与控制系统包括：红外测温仪、热电偶测温仪、位移时间继电器和计算机。

进一步的，所述供气系统包括：依次连接的空压机、储气罐、气体流量计、压力表、分气器和气管，其中的分气器通过金属软管连接至水雾汽化冷却喷嘴。

进一步的，所述供水系统包括：依次连接的储水池、水泵、增压泵、液体流量计、分水器和水管，其中的分水器连接至水雾汽化冷却喷嘴。

进一步的，所述水雾汽化喷嘴分为3组，每组4个喷嘴两两相对的布置在喷嘴固定架的同一平面上，相邻喷嘴之间互相成90°角，各喷嘴出口对准钢筋试样纵向中心线。

进一步的，所述测试和控制系统包括：设置在滑轨之外的红外测温仪、连接在钢筋心部的热电偶测温元件及其数字记录仪。红外测温仪用于测试钢筋表面温度，热电偶测温仪用于测试钢筋心部温度。

进一步的，所述测试和控制系统还包括：位移时间继电器和计算机，位移时间继电器与气缸连接，以控制移动小车的往返行程，从而控制移动小车上热态钢筋试样通过水雾汽化冷却区域的时间。

进一步的，所述测试和控制系统还包括：数字记录仪，所述数字记录仪两端分别与热电偶和计算机连接。

进一步的，所述测试和控制系统还包括计算机，用于分别输入和存储由红外测温仪所测试的钢筋表面温度-时间数据，以及由热电偶测温仪测试的钢筋心部温度-时间数据。

本实用新型水雾汽化冷却实验室装置，采用上述水雾汽化喷嘴布置结构、试样移动系统、供水和供气系统、测试和控制系统，可以调节水雾冷却工艺参数，并测试热态钢筋在不同水雾汽化冷却条件下表面和心部温度变化的数据，为热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却方法和现场机组用装置提供所需基本参数。

进而，本实用新型实验室装置，沿着钢筋圆周方向布置4个喷嘴，喷嘴两两相对，相邻喷嘴之间成90°角相互垂直，冷却水雾的范围可以覆盖钢筋圆周的全部表面，能够对钢筋的圆周方向实现均匀冷却。

进而，本实用新型通过分水器和分气器实现水流和气流的均匀性控制，从而保证所形成水雾的均匀性和稳定性。

与水冷相比，水雾汽化冷却具有如下优点：(1)冷却效率高。(2)冷速调节范围大。(3)避免钢筋表面产生马氏体环。(4)改善钢材表面质量，避免表面生锈。

附图说明

图1为本实用新型热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置的结构示意图。其中，供气系统包括连接起来的空压机1、阀门2、储气罐3、气体流量计4、压力表5、分气器6、气管7；供水系统包括连接起来的水泵13、储水池14、液体流量计12、分水器11和水管10；冷却装置包括水雾汽化喷嘴8、喷嘴固定架9；移动系统包括移动小车15、试样16、气缸17和滑轨19。测试和控制系统包括红外测温仪18、热电偶20和控制装置(时间继电器和计算机)21，其中时间继电器与气缸17连接。

图2为采用本实用新型热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，测试和记录的热态钢筋表面和芯部温度降低和变化曲线。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型实施例的热轧带肋钢筋轧后水雾汽化冷却装置主要包括供气系统，供水系统、冷却装置、移动系统和控制系统五部分。供气系统包括连接起来的空压机1、阀门2、储气罐3、气体流量计4、压力表5、分气器6、气管7。供给的压缩空气由空压机1提供，依次经储气罐、阀门、气体流量计、分气器、气管、金属软管，进入水雾汽化喷嘴的混合仓，供气压力为0.3-0.7MPa；储气罐保证了压缩空气压力的稳定，通过气体流量计的阀门2可对压缩空气的流量进行调整和控制。

供水系统包括连接起来的水泵13、储水池14、液体流量计12、分水器11和水管10。供给的冷却水由水泵提供，经增压泵增压后，通过液体流量计、分水器、水管和金属软管进入喷嘴的混合仓。供气压力为0.3-0.7MPa，安装在供水管路上的流量计和流量调节阀控制水的流量。

冷却装置包括水雾汽化冷却喷嘴8、喷嘴固定架9。喷嘴固定架共三组，水雾汽化喷嘴固定在喷嘴固定架上，每组固定4个喷嘴，喷嘴两两相对，相邻喷嘴之间成90°互相垂直。喷嘴固定架组与组之间的距离根据需要可以在80-160mm之间进行调节。水雾汽化喷嘴在喷嘴固定架上可以上下移动，来调节喷嘴喷射距离，调节范围为40mm～120mm。冷却水和压缩空气分别经水、气管路进入水雾汽化喷嘴，带有一定压力和初速度的水和压缩空气在喷嘴混合仓内混合，在出口处碎化后形成水雾颗粒，水雾颗粒以一定的初速度和喷射角沿喷嘴喷出，高速水雾颗粒与钢筋表面直接进行汽化换热。

移动系统包括移动小车15、气缸17和滑轨19。将加热好的热轧带肋钢筋试样16放置在移动小车上，气缸将移动小车沿着滑轨推至冷却装置处进行水雾汽化冷却。气缸通过控制系统的时间继电器进行控制。

测试和控制系统包括红外测温仪18、热电偶测温元件20、时间继电器、位移-时间继电器(时间继电器、位移继电器设置在控制箱21中)、数字记录仪和计算机等。热态钢筋由气缸推送至水雾汽化冷却装置处，由位移继电器控制其停留位置，时间继电器控制其冷却时间，冷却时间可以在0.5至5秒之间进行调节，由红外测温仪对钢筋表面温度进行采集，采集频率为每秒50个数据，所采集的数据经数据线反馈至计算机进行储存和处理；由热电偶测温元件对钢筋心部温度进行采集，所采集的数据经数字记录仪反馈至计算机进行储存和处理。

本实用新型对热轧带肋钢筋材冷却处理的过程：冷却时，储水池14中的冷却水通过水泵13形成一定压力后，经过液体流量计12，流入到分水器11，然后经水管10流入水雾汽化喷嘴8；由空压机1产生的压缩空气通过储气罐3、气体流量计4、分气管6和气管7流入水雾汽化喷嘴8，冷却水和压缩空气在喷嘴混合腔内混合形成水雾颗粒，一定压力的水雾颗粒以一定的速度经喷嘴狭缝喷出，与热态钢筋试样16接触并迅速汽化带走热量，从而对热轧带肋钢筋试样16进行冷却。本实用新型能够按照预先设定的时间进行喷雾，可以采集的工艺参数包括水量、气量、水压和气压。测温仪可以记录喷雾前温度、喷雾后最低温度、返红温度以及喷雾后的冷却曲线，对水雾汽化冷却工艺参数提供指导。

在具体实施试验中，采用箱式加热炉对350mm长的热轧钢筋进行加热，均热温度为900～950℃，为保证钢筋试样完全奥氏体化并且截面内温度均匀，升温到设定温度后保温20min。试样出炉后，将其放置在水雾汽化冷却装置上，对其进行喷雾冷却，按照预先设定的时间喷完后，试样在冷却装置上进行空冷。采集的工艺参数包括水压、水量、气压、气量。红外测温仪和热电偶测温仪可以分别测试热态钢筋试样表面和心部的温度，包括热态钢筋试样在水雾冷却之前、水雾冷却过程中和水雾冷却停止后全过程的表面和心部温度，从而获得热态钢筋表面和心部在水雾汽化冷却全过程中的温度变化数据，并据此绘制出热态钢筋在水雾汽化冷却过程中表面和心部的实测冷却曲线，参见图2。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。因为本实用新型的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，该装置包括:供气系统、供水系统、水雾汽化冷却喷嘴、热态钢筋试样移动系统、测试与控制系统；各组水雾汽化冷却喷嘴与供气系统和供水系统连接；热态钢筋试样移动系统包括：滑轨、移动小车和驱动气缸；各组水雾汽化冷却喷嘴位于移动小车的行程范围内，并且水雾汽化喷嘴垂直于所述滑轨；所述测试与控制系统包括红外测温仪、热电偶测温仪、时间继电器和计算机，其中时间继电器与气缸连接。

2.如权利要求1所述的热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，所述供气系统包括依次连接的空压机、储气罐、气体流量计、压力表、分气器和气管，分气器通过金属软管连接至所述水雾汽化喷嘴。

3.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，所述供水系统包括：依次连接的储水池、水泵、增压泵、液体流量计、分水器和水管，所述分水器连接至所述水雾汽化喷嘴。

4.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，所述水雾汽化喷嘴分为3组，每组水雾汽化喷嘴包括两两相对的4个水雾汽化喷嘴，相邻水雾汽化喷嘴之间成90°角相互垂直。

5.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，所述测试与控制系统还包括：设置在滑轨和钢筋试样上方的红外测温仪和连接在钢筋内部的热电偶测温元件。

6.如权利要求5所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，测试与控制系统还包括：与时间继电器和所述测温仪连接的计算机。

7.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，所述水雾汽化喷嘴安装在喷嘴固定架上。

8.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，所述滑轨为直线轨道。

9.如权利要求6所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却实验室装置，其特征在于，所述的测试与控制系统还包括位移继电器，位移继电器与气缸连接。