CN85107697A - 空气冷却热轧钢线材的设备和方法 - Google Patents

Abstract

具有连续的相互间隔的驱动辊的运输机，热轧钢线材以重叠偏置圈形式在辊上移动。线材圈靠引导第一冷却空气流向上冲击运输机辊子并绕辊流动的第一喷嘴和从辊子之间向上引导第二冷却空气流的第二喷嘴快速空气冷却。第一和第二冷却空气流分别形成各自具有平均速度的第一和第二速度分布。第一和第二喷嘴相互间和相对于运输机辊的设置使第一和第二气流的速度分布相互叠加，以形成一个平均速度高于第一或第二速度分布的较宽的组合速度分布。

Description

本发明一般地涉及热轧钢产品，例如线材以及诸如此类的产品，在直接轧制操作工序以后的控制冷却，这种控制冷却的目的是获得预定的金属性能，本发明特别涉及提高上述产品的空气冷却速度的设备和方法。

在直接轧制工序之后的热轧线材钢的控制空气冷却大约始于二十年以前第3，231，432号美国专利（Mclean）中所描述的方法。这种方法包括热轧线材以及在热轧之后以张开的圈的形式直接将其卷绕在开式运输机上，此时钢的显微结构仍然呈高度均匀状态和相对小的奥氏体晶粒尺寸。当该线材圈沿运输机移动时，它被空气冷却，完成同素异性转变。这样形成的显微结构足以与依靠空气或铅浴处理所获得的显微结构相当，从而在其后不需要附加的热处理即可把线材加工为成品，例如拉成丝。

在早期的这种加工设备中，采用链式运输机。但是由于线材圈在位于链子之间的固定支承轨道上被牵引时可能受到擦伤，以及由于延伸区域与上述轨道接触导致不均匀冷却，人们已经最终放弃在大范围内使用链式运输机，而采用例如第3，930，900号美国专利（Wilson）中所示类型的辊式运输机了。在这种运输机中，线材圈在被驱动的辊子上移动，辊子之间设置有空气喷嘴，以便向上吹冷却空气通过线材圈。在这种类型的设备上加工的线材尺寸一般在直径约为5～19mm范围内，图1的曲线X₁和X₂表示在约为7″～10″之间的静水压下能达到的标准冷却速度。曲线X₁表示运输机边部的冷却速度，与运输机的中央部位相比较，重叠的线材圈在该运输机的边部的堆积密度比较大。线材圈在运输机中央的密度比较小，冷却速度比较快，如曲线X₂所示。曲线X₁、X₂之间的垂直距离表示特定尺寸线材所经受的冷却的不均匀性。可以看出，随着线材尺寸的增大，冷却速度降低。这是由于表面积与体积之比减小的缘故，而这正是较大尺寸线材的特点。对于高炭钢，例如AISI1085，图2的曲线“X”描绘了图1的曲线X₁、X₂产生的平均抗拉强度。与图2中的曲线“Z”描绘的用传统的铅浴处理可获得的抗拉强度相比较，对于所有尺寸的线材，曲线X描绘的结果一律比较低。

通过把空气冷却喷嘴设置在运输机辊子的正下方，人们已经获得了在冷却的均匀性和操作的灵活性方面的改进，例如在第4，448，401号美国专利（Jalil等）中所表示的那样。但是，如果不大大地增加空气静压力-这当然要增大功耗和加工成本-上述装置是不会使线材圈的冷却速度增加的。

人们也已经在采用水作为冷却介质来提高冷却速度方面进行了努力。例如，见第4，395，022号美国专利（Paulus等），该专利中描述了依靠浸入水槽来冷却包括线材的热轧钢产品的一种设备。据报道，靠水浸冷却已经获得了一定的加速冷却，改善了较大尺寸线材的抗拉性能。但是，均匀的冷却结果是难以获得的。这是由于难以保持水的最佳化学性质，问题在于需要从水槽中不断地清除污物、轧屑等杂质。人们还进行了喷水冷却试验，但是再次证明均匀性是难以掌握的。

因此，图1的冷却曲线X₁、X₂以及由此所得到的图2的平均抗拉强度X仍然能够反映出目前工业实际中在直接轧制操作工序以后快速冷却热轧钢线材时的特点。

这已迫使一部分线材生产厂家做了某些妥协。特别是，在生产尺寸小于大约9mm的线材时，认为曲线X的平均抗拉强度在大多数工业用途方面是合格的，尽管这一抗拉强度大大低于通过例如铅浴这种轧线外的处理所能够获得的抗拉强度（曲线Z）。不过，在生产尺寸为9mm以及9mm以上的线材时，曲线X的抗拉强度被认为是不合格的。因此，大多数轧钢厂或者是以比较大的减径量拉丝，或者采用合金元素以提高钢的淬硬性，或者借助于轧线外的铅浴或盐浴热处理。第一种方案产生混合的结果，第二种和第三种方案大大地增加了每吨线材的成本。

因此，可以看出，在加工9至19mm范围的较大尺寸的线材时，现有技术已经不能很好地满足工业上的要求。

本发明的主要目的是提供一种方法和设备，这种方法和设备可以大大地提高偏置重叠的热轧钢线材圈在辊式运输机上空气冷却的速度，从而能够把合格的高抗拉强度赋予比较大直径的线材。

本发明是由以下发现产生的：依靠加宽连续供给在运输机辊子上移动的线材圈的空气流的分布和提高该空气流的平均速度，可以大大地提高重叠偏置的线材圈在辊式运输机上空气冷却的速度。这是依靠引导冷却空气的第一气流向上冲击运输机辊子，并绕运输机辊子流动，和依靠从辊子之间向上引导冷却空气的第二气流而实现的。该第一和第二气流分别形成第一和第二速度分布，各自具有其自身的平均速度。该第一和第二速度分布一个叠加在另一个上，形成一个组合的速度分布，这个组合的速度分布的平均速度大大高于第一或第二速度分布的平均速度。这个组合的速度分布在线材圈通过的路径的实质上比较大的长度范围延伸。从而大大地延长了线材圈暴露在具有比较高的平均速度的空气流中的时间。最终结果是冷却速度比现有技术的空气冷却方案大大提高。

附图的简要说明：

图1是对于各种尺寸线材本发明的冷却速度与传统的空气冷却方案的冷却速度相比较的曲线图。

图2是依靠铅浴处理所获得的抗拉强度与在图1的冷却速度下可达到的抗拉强度相比较的曲线图。

图3是通过依据本发明的运输机的一部分的纵向截面图。

图4是取自图3中的4-4线的截面图。

图5是图3和图4中所示的运输机部分的平面图，运输机的盖子已移去。

图6是运输机台面的局部放大详图。

图7A是喷嘴设置在运输机辊子之间的运输机的空气气流速度分布示意图。

图7B是喷嘴设置在运输机辊子下面的运输机的空气气流速度分布示意图。

图7C是根据本发明的运输机的空气气流速度分布示意图。

参照图3～图6，其中所示为根据本发明的一运输机，该运输机包括相互间隔设置的辊子10，辊子10穿过和超出运输机侧壁12延伸，在运输机侧壁12之外，辊子由轴承14可旋转地支承。每个辊子都装有一个辊外链轮16，由传统的链条传动（未画出）衔接。辊子确定一个运输面，用于沿图3和图5中的箭头20所指示的方向运送相互重叠偏置的热轧钢线材圈18。

辊子10位于台面22的上面，台面22构成压力通风室24的顶，该压力通风室由传统装置供给冷却空气，例如用电机驱动的风扇（未画出）。如图6中所明确表示的，台面22由相互间隔设置的通道部件26组成。通道部件包括相对的半圆柱形槽28，其间安装有可旋转的棒30。槽28的外表面和通道的内表面之间的空间充满浇铸的耐火材料32。通道部件26之间的空间形成第一喷嘴34，喷嘴34在辊子10的正下方位置横向延伸到与运输机等宽。这些第一喷嘴的设置可引导冷却空气的第一气流从压力通风室24向上冲击辊子并绕辊子流动。棒30是带槽的，以确定第二喷嘴36，该第二喷嘴36处于图6中的实线所示的“打开”位置，第二喷嘴36位于辊子10之间的空间下面，并与通道底部腹板上的下槽38连通。在打开位置时，喷嘴36的设置可在辊子10之间从压力通风室向上引导冷却空气的第二气流。由于下文将要解释的原因，棒30可以旋转调节到36′处的点划线所指示的“关闭”位置。这一调节可由任何方便的装置进行，例如用设置在压力通风室24外部的曲柄臂40。

运输机盖42通过枢轴44安装，并由活塞缸装置46在打开和关闭位置之间调节，打开位置由图4中的实线表示，关闭位置由同一图中的点划线表示。在加速冷却式操作中，盖子保持在打开状态。

图7A表示前面所述的第3，930，900号美国专利中所公开的类型的传统喷嘴装置的空气流速分布“a”。这个速度分布的特点在于从辊子10之间的空间向上延伸的速度峰Pa很高，还在于辊道上面的低压区Da比较宽、比较深。这样形成一个平均速度Va，线材圈横向穿过分布图的路径由截面线区域Aa表示。显然Aa区域横向延伸到与速度高峰Pa相同范围，但是线材圈暴露在高速空气流中的时间与线材圈通过峰间低压区Da的时间相比还是相当短的。

图7B表示前面所述的第4，448，401号美国专利中所表述的喷嘴装置的空气流速分布“b”。该分布在辊子10的两侧具有低速双峰Pb，不仅在辊子10上面有低压区Db，而且在辊子之间的空间上面也有低压区Db。线材圈横向穿过分布图的路径由截面线区域Ab表示。线材圈暴露在Ab区域的频率高于暴露在图7A中的装置的Aa区域的频率。但是Ab区域内的空气流速比较低。因此，图7B中所述的装置的平均速度Vb与图7A中所示的装置的平均速度大致相同。如前所述，这种装置不能造成有效地冷却较大尺寸的线材所需要的快速冷却。

图7C表示本发明的速度分布Pc。第一喷嘴34形成前述的双峰分布，由虚线Pb表示;第二喷嘴36形成单峰分布，由点划线Pa表示。如果单独考虑，分布图Pa和Pb将产生大致相同的平均速度Vab。但是当这两个分布图一个叠加在另一个上时，做为第一和第二喷嘴34，36同步工作的结果，合成的组合分布图Pc具有大大提高了的平均速度Vc以及宽阔的基部，该基部完全包围了辊子10之间的空间。画有截面线的区域Ac表示当线材圈通过辊子之间的空间时，线材圈连续暴露在速度比较高的空气流之中。实验数据表明，作为这种现象的结果，能够获得图1的曲线Y₁，Y₂所表示的明显的比较高的冷却速度。如图2中的曲线Y所示，增大的冷却速度能够使平均抗拉强度提高到接近于采用铅浴处理所能够达到的水平。因此，可以用空气冷却9～19mm的较大直径范围内的线材，从而不再需要借助于过去所采用的勉强合格的和/或成本比较高的方案了。

在减速冷却而不是加速冷却时，不需要综合考虑设备的能力也可以获得上述优点。可以通过关闭运输机盖42、通过把第二喷嘴36调节到其关闭位置，通过关闭供给压力通风室24的冷却空气来完成减速冷却。在第二喷嘴36关闭的情况下，由于第一喷嘴34被上面的辊子10遮盖，线材圈受到其下面的大致连续的热反射面的作用。这些因素与隔热的运输机侧壁12和盖42一起，延缓幅射热损失，从而实质上减慢线材圈的冷却速度。

Claims (10)

1、一种用于运输机的设备，该运输机具有连续的相互间隔设置的被驱动的辊子，热轧钢线材以重叠偏置的圈的形式在该辊子上移动，所述设备用于快速空气冷却所述线材圈，该设备包括，用于引导冷却空气的第一气流向上冲击所述辊子并绕所述辊子流动的第一装置；用于从所述辊子之间向上引导冷却空气的第二气流的第二装置。

2、根据权利要求1所述的设备，其中所述冷却空气的第一和第二气流分别形成第一和第二速度分布，各速度分布具有一平均速度，所述第一和第二装置相互之间以及相对于所述辊子这样设置：使所述第一和第二气流的速度分布一个叠加在另一个上，形成一个组合的速度分布，该组合的速度分布的平均速度高于所述第一和第二速度分布的平均速度。

3、根据权利要求2所述的设备，其中由所述的第一气流形成的速度分布具有第一峰，该峰从辊子的相对侧向上延伸，并且被辊子上面的低压区和辊子之间的空间分隔。

4、根据权利要求3所述的设备，其中所述第二气流形成具有第二峰的速度分布，该第二峰从所述辊子之间向上延伸以充满位于所述辊子之间的空间上面的所述第一速度分布的低压区。

5、根据权利要求4所述的设备，其中所述第二峰的最大速度高于所述第一峰的最大速度。

6、根据权利要求1至5任何一项所述的设备，其中所述第一和第二装置分别包括横向延伸到与运输机等宽并且与一普通压缩冷却空气源连通的第一和第二槽，所述第一槽位于所述辊子下面，所述第二槽位于所述辊子之间的空间下面。

7、根据权利要求6所述的设备，还包括用于打开和关闭所述第二槽的装置。

8、用于快速空气冷却在运输机的相互间隔设置的被驱动的辊子上移动的重叠偏置的热轧线材圈的设备，该设备包括：用于引导冷却空气的第一气流向上冲击所述辊子并绕所述辊子流动的第一装置，所述第一气流形成具有第一峰的第一速度分布，该第一峰从所述辊子的相对侧向上延伸并且在所述辊子上面和所述辊子之间的空间有低压区;用于从所述辊子之间向上引导冷却空气的第二气流的第二装置，所述第二装置形成具有第二峰的第二速度分布，该第二峰从所述辊子之间向上延伸进入位于所述辊子之间的空间上面的所述第一速度分布，所述第一和第二速度分布各自具有平均速度，所述第一和第二装置相互之间以及相对于所述辊子这样设置：使所述第一和第二速度分布一个叠加在另一个上，以形成一个组合的速度分布，该组合的速度分布的平均速度高于所述第一或第二速度分布的平均速度。

9、快速空气冷却在运输机的相互间隔设置的被驱动的辊子上移动的重叠偏置的热轧线材圈的方法，该方法包括：引导冷却空气的第一气流向上冲击所述辊子并绕所述辊子流动，同时从辊子之间向上同步引导冷却空气的第二气流。

10、根据权利要求9所述的方法，其中分别由所述第一和第二气流形成的第一和第二速度分布一个叠加在另一个上，以形成具有平均速度的组合的速度分布，该组合的速度的平均速度高于所述第一或第二速度分布的平均速度。

Images