RU2410176C2

RU2410176C2 - Device for controlled cooling and method of cooling steel plate

Info

Publication number: RU2410176C2
Application number: RU2009104472/02A
Authority: RU
Inventors: Хиронори УЕНО (JP); Хиронори УЕНО
Original assignee: Ниппон Стил Корпорейшн
Priority date: 2007-05-11
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2011-01-27
Also published as: RU2009104472A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method comprises cooling by steel cooling device consisting of outer feeder incorporating air feed system, multiple air spray nozzles arranged on air spraying surface of said feeder, and inner feeder with cooling water feed system and multiple cooling water spray nozzles arranged on spraying surface of said feeder. Cooling stability results from discharge of air that tends to get in flow channel that extends to cooling device outlet at low amount of fed water at low pressure.

EFFECT: elimination of steel plate deformation in transportation and cooling after hot rolling.

2 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к способу контролируемого охлаждения стальной плиты, в частности оно относится к устройству и способу контролируемого охлаждения стальной плиты, используемому в процессе горячей прокатки, с последующим охлаждением водой стальной плиты, находящейся при высокой температуре, сверху и снизу.The present invention relates to a method for the controlled cooling of a steel plate, in particular it relates to a device and method for the controlled cooling of a steel plate used in a hot rolling process, followed by water cooling of a steel plate at a high temperature, from above and below.

Уровень техникиState of the art

В последние годы требования к качеству материалов из черных металлов, такие как точность выполнения толщины плиты, качество материала, класс поверхности и т.д., становятся все более и более жесткими. В частности, в случае производства толстой стальной плиты применяется способ регулирования охлаждения с использованием оперативного контроля, целью которого является уменьшение легирующих ингредиентов, оптимизация операции термообработки и т.д. Такой способ регулирования охлаждения с использованием оперативного контроля обеспечивает охлаждение толстой стальной плиты, которая находится при высокой температуре после горячей прокатки, сразу же или спустя примерно десять секунд, с заданной скоростью охлаждения до достижения температуры завершения охлаждения так, чтобы уменьшить содержание дорогостоящих легирующих ингредиентов и при этом получить желаемую прочность, ударную вязкость и жесткость. Как правило, в этом способе количество охлаждающей воды и время охлаждения водой корректируют с целью обеспечения контроля скорости охлаждения и температуры завершения охлаждения, соответственно.In recent years, requirements for the quality of materials from ferrous metals, such as accuracy of plate thickness, material quality, surface class, etc., are becoming more and more stringent. In particular, in the case of manufacturing a thick steel plate, a method of regulating cooling using operational control is used, the purpose of which is to reduce alloying ingredients, optimize the heat treatment operation, etc. This method of regulating cooling using operational control provides cooling of a thick steel plate that is at a high temperature after hot rolling, immediately or after about ten seconds, with a predetermined cooling rate until the temperature is complete cooling so as to reduce the content of expensive alloying ingredients and at this gives the desired strength, toughness and stiffness. Typically, in this method, the amount of cooling water and the water cooling time are adjusted to provide control of the cooling rate and the temperature of completion of cooling, respectively.

В число средств, используемых для указанного выше контролируемого охлаждения, входят, как правило, щелевой струйный способ охлаждения и струйный способ охлаждения типа Multimist. Однако при этом существуют проблемы, связанные с узостью эффективной площади охлаждения, поддержанием постоянства ширины щели в направлении ширины плиты в несколько миллиметров, местоположением применения и т.д. В настоящее время для охлаждения широко применяют сопла с аэрируемой водой и с широкими пределами регулирования количеств воды. Однако для стабильного и равномерного охлаждения стальной плиты необходима высокая плотность расположения сопел, а для такой конфигурации сопел с повышенной сложностью необходимо охладительное устройство боксового типа. Такое охладительное устройство боксового типа обладает тем преимуществом, что в нем используется такой тип сопел, во множество которых вода или воздух непосредственно поступают из водяного или воздушного питателя, что упрощает конструкцию. В качестве охладительного устройства, в котором применяется конфигурация сопел указанного боксового типа, в японской публикации полезных моделей (А) №63-111208 предлагается охладительное устройство, состоящее из наружного и внутреннего питателей, имеющих, соответственно, независимые водоохладительные питающие системы, где у наружного питателя имеется большое число сопел с колоколообразным выводом, имеющих суженные части с заданными углами по отношению к опрыскиваемой охладительной водой поверхности, а у внутреннего питателя имеется большое число сопел, имеющих конические искривленные выпускные концы, позволяющие создавать кольцевые падающие потоки и, как раскрыто в японской публикации полезных моделей (А) №1-135108, предложен способ достижения очень высоких характеристик охлаждения даже в условиях, при которых давление прямопадающего потока и давление конусообразного наклонного потока одинаковы благодаря тому, что величину просвета выпускного окна сопла с колоколообразным выводом, одновременно впрыскивающего прямопадающий поток и наклонный поток, делают меньшей величины просвета впускного окна для прямопадающего потока, а впускное окно для скошенного потока и делают конусообразным.The means used for the aforementioned controlled cooling include, as a rule, a slotted jet cooling method and a multimist type jet cooling method. However, there are problems associated with the narrowness of the effective cooling area, maintaining a constant slit width in the direction of the plate width of several millimeters, the location of application, etc. At present, nozzles with aerated water and with wide limits for controlling the amount of water are widely used for cooling. However, for stable and uniform cooling of the steel plate, a high nozzle density is required, and for such a nozzle configuration with increased complexity, a box-type cooling device is required. Such a box-type cooling device has the advantage of using a type of nozzle in which many water or air directly come from a water or air feeder, which simplifies the design. As a cooling device in which the configuration of nozzles of the specified box type is used, Japanese Utility Model Publication No. A-63-111208 proposes a cooling device consisting of external and internal feeders having, respectively, independent water-cooling supply systems, where the external feeder there are a large number of nozzles with a bell-shaped outlet having narrowed parts with predetermined angles with respect to the surface sprayed with cooling water, and the internal feeder has a larger A large number of nozzles having conical curved outlet ends that allow creating annular incident flows and, as disclosed in Japanese Utility Model Publication (A) No. 1-135108, a method is proposed for achieving very high cooling characteristics even under conditions where the forward flow pressure and pressure conical inclined flow are the same due to the fact that the size of the clearance of the outlet window of the nozzle with a bell-shaped output, which simultaneously injects a forward flow and an inclined flow, make it smaller ranks lumen inlet port for pryamopadayuschego flow and an inlet port for skew the flow and make the cone.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Однако существует проблема, состоящая в том, что, если уменьшать количество воздуха, распыление тумана становится нестабильным и становится невозможным поддерживать желаемую трассу охлаждения. В частности, в том случае, когда давление охлаждающей воды становится низким, воздух попадает в трассу циркуляции воды и распыление тумана становится крайне нестабильным.However, there is a problem in that, if the amount of air is reduced, the atomization of the mist becomes unstable and it becomes impossible to maintain the desired cooling path. In particular, in the case when the pressure of the cooling water becomes low, the air enters the water circulation path and the spraying of the mist becomes extremely unstable.

Настоящее изобретение предлагает в способе охлаждения горячекатаной стальной плиты охладительное устройство для стальной плиты, обеспечивающее стабильную трассу распыления путем отвода воздуха, стремящегося попасть в трассу потока, достигающего выпускного конца охладительного устройства даже тогда, когда количество подаваемой воды мало, а ее давление является низким, и способ охлаждения, в котором использовано указанное устройство.The present invention provides, in a method for cooling a hot-rolled steel plate, a steel plate cooling device that provides a stable spray path by venting air that enters the flow path reaching the outlet end of the cooling device even when the amount of water supplied is low and its pressure is low, and a cooling method in which the specified device is used.

Суть изобретения состоит в следующем.The essence of the invention is as follows.

(1) Охладительное устройство для смешения и распыления воздуха и воды с целью охлаждения стальной плиты, причем это контролируемое охладительное устройство для стальной плиты отличается тем, что это охладительное устройство имеет воздушный питатель для подачи воздуха и множество сопел, соединенных с этим воздушным питателем, каждое из которых имеет на своем верху воздуховпускное окно, впускные окна для охлаждающей воды на своем корпусе и выпускные окна для распыления воздуха и воды на своей нижней стороне, и при этом площадь по периферии водовпускных окон указанных сопел образует водяной питатель, уровень выпускного окна трубы, подающей воду к этому водяному питателю, установлен ниже уровней водовпускных окон указанных сопел, а в середине указанной водоподающей трубы имеется воздушный выпускной клапан.(1) A cooling device for mixing and spraying air and water to cool a steel plate, wherein this controlled cooling device for a steel plate is characterized in that this cooling device has an air feeder for supplying air and a plurality of nozzles connected to this air feeder, each of which has at its top an air inlet window, inlet windows for cooling water on its case and outlet windows for spraying air and water on its lower side, and the peripheral area the water inlet of said nozzles forms a water feeder, the level of the outlet window of the pipe supplying water to this water feeder is set lower than the levels of the water inlet of said nozzles, and there is an air outlet valve in the middle of said water supply pipe.

(2) Способ охлаждения стальной плиты, отличающийся использованием контролируемого охладительного устройства, описанного в (1), целью которого является начало охлаждения стальной плиты, в процессе которого вначале воздух циркулирует к указанным выше соплам, после чего открывается указанный выше воздушный выпускной клапан и практически одновременно к указанному водяному питателю подается вода, отводится воздух в основном из трубы и после этого закрывается воздушный выпускной клапан.(2) A method of cooling a steel plate, characterized in using the controlled cooling device described in (1), the purpose of which is to start cooling the steel plate, during which air is first circulated to the above nozzles, after which the above air exhaust valve opens and almost simultaneously water is supplied to said water feeder, air is discharged mainly from the pipe, and then the air exhaust valve closes.

(3) Способ охлаждения стальной плиты, отличающийся использованием контролируемого охладительного устройства, описанного в (1), целью которого является конец охлаждения стальной плиты и завершение циркуляции воздуха и воды, в процессе которого вначале останавливается циркуляция воды и после этого останавливается циркуляция воздуха.(3) A method of cooling a steel plate, characterized in using the controlled cooling device described in (1), the purpose of which is to end the cooling of the steel plate and complete the circulation of air and water, during which the water circulation first stops and then the air circulation stops.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - схематический вид конфигурации устройства для охлаждения стальной плиты согласно настоящему изобретению.Figure 1 is a schematic view of a configuration of a device for cooling a steel plate according to the present invention.

Фиг.2 - вид, показывающий последовательность этапов в способе осуществления контроля охлаждения, согласно изобретению.Figure 2 is a view showing a sequence of steps in a method for implementing cooling control according to the invention.

Фиг.3 - схематический вид конфигурации распылительного сопла, используемого для устройства охлаждения стальной плиты, согласно настоящему изобретению.3 is a schematic view of a configuration of a spray nozzle used for a steel plate cooling device according to the present invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Прежде всего, будет кратко описано охладительное устройство для осуществления настоящего изобретения.First of all, a cooling device for carrying out the present invention will be briefly described.

Фиг.1 представляет схематический вид конфигурации охладительного устройства согласно настоящему изобретению, в котором используются две текучие среды: воздух и вода. На фиг.1 блок 1 охладительного устройства, расположенный над стальной плитой А, охлаждаемой на линии охлаждения, поддерживается с помощью поддерживающего устройства 2. Это поддерживающее устройство 2 содержит в себе воздушный питатель 3 и водяной питатель 4. Воздушный питатель 3 оборудован рядом воздухоподающих труб 5, расположенных упорядоченным образом на воздухораспылительной поверхности, а водяной питатель имеет ряд распыляющих охлаждающую воду сопел 6, расположенных упорядоченным образом на распыляющей охлаждающую воду поверхности. Каждое из распылительных сопел, как это показано на фиг.3, имеет на своем верху воздуховпускное окно 12 и водовпускные окна 13 на корпусе 10. Воздух и вода смешиваются в сопле и распыляются из распылительного отверстия на нижней стороне сопла. Далее, резервуар для воздуха образован на воздухораспылительной поверхности воздушного питателя 3, а резервуар для охлаждающей воды образован по периферии распыляющих охлаждающую воду сопел 6 водяного питателя 4. Водяной питатель 4 имеет трубу 7 подачи охлаждающей воды для подачи охлаждающей воды. Уровень выхода этой трубы находится ниже водовпускных окон на корпусах распылительных сопел 6. Это обусловлено тем, что при остановке подачи воды водяной питатель заполняется воздухом над водовпускными окнами на корпусах распылительных сопел, но если выход трубы подачи охлаждающей воды будет находиться в пределах водовпускных окон, вода в трубе будет поступать внутрь водяного питателя и затем эта вода будет вытекать из сопел, по причине чего результат остановки подачи охлаждающей воды окажется нежелательным. Чтобы избежать этого, выход трубы располагают таким образом, чтобы он был постоянно погружен в воду, т.е. находился ниже водовпускных окон на корпусах распылительных сопел.Figure 1 is a schematic view of a configuration of a cooling device according to the present invention, in which two fluids are used: air and water. 1, a cooling unit 1 located above a steel plate A cooled on a cooling line is supported by a supporting device 2. This supporting device 2 includes an air feeder 3 and a water feeder 4. The air feeder 3 is equipped with a number of air supply pipes 5 arranged in an orderly manner on the air-spraying surface, and the water feeder has a series of nozzles 6 spraying cooling water arranged in an orderly manner on the surface spraying cooling water. Each of the spray nozzles, as shown in FIG. 3, has at its top an air inlet window 12 and water inlets 13 on the body 10. Air and water are mixed in the nozzle and sprayed from the spray hole on the underside of the nozzle. Further, an air reservoir is formed on the air-spraying surface of the air feeder 3, and a cooling water reservoir is formed on the periphery of the cooling water nozzles 6 of the water feeder 4. The water feeder 4 has a cooling water supply pipe 7 for supplying cooling water. The outlet level of this pipe is below the water inlets on the spray nozzle housings 6. This is because when the water supply stops, the water supply is filled with air above the water inlets on the spray nozzle housings, but if the outlet of the cooling water supply pipe is within the water inlets, water in the pipe will enter the water feeder and then this water will flow out of the nozzles, due to which the result of stopping the supply of cooling water will be undesirable. To avoid this, the pipe outlet is positioned so that it is constantly immersed in water, i.e. located below the water inlets on the spray nozzle bodies.

Далее, посередине трубы 7 подачи охлаждающей воды установлен воздушный выпускной клапан 8. Он равномерно выпускает попадающий в трубу воздух. Традиционное охладительное устройство, в котором используются две текучие среды (воздух и вода), регулируется таким образом, что количество и давление воздуха, подаваемого из воздухоподающей системы, и количество и давление охлаждающей воды, подаваемой из системы подачи охлаждающей воды, регулируют в соответствии с заданной скоростью охлаждения, благодаря чему осуществляется равномерное охлаждение.Further, in the middle of the cooling water supply pipe 7, an air exhaust valve 8 is installed. It evenly releases air entering the pipe. A traditional cooling device in which two fluids (air and water) are used is controlled in such a way that the amount and pressure of air supplied from the air supply system and the amount and pressure of cooling water supplied from the cooling water supply system are controlled in accordance with a predetermined cooling rate, which ensures uniform cooling.

Однако, как уже говорилось выше, когда возникает ненормальная ситуация, при которой уменьшается количество подаваемой воды или снижается ее давление, доля воздуха в его смеси с охлаждающей водой повышается, расход воздуха увеличивается, повышаются эксплуатационные расходы и возникает проблема, состоящая в том, что, если снижать количество воздуха, распыление тумана станет неустойчивым и не удастся поддерживать желаемую трассу охлаждения. В частности, когда снижается давление подаваемой воды, воздух попадает в циркуляционный путь воды, в результате чего распыление тумана становится нестабильным (так называемое явление «вторичного воздушного потока») и, следовательно, крайне нестабильным становится и охлаждение. Сталкиваясь с такой ситуацией, достаточно регулировать количество подаваемого воздуха и давление у источника воздухоподающей системы, но это привело бы к большой временной задержке и, в конце концов, к избыточному количеству воздуха и неравномерному охлаждению.However, as mentioned above, when an abnormal situation arises in which the amount of supplied water decreases or its pressure decreases, the proportion of air in its mixture with cooling water increases, air consumption increases, operating costs increase, and the problem arises that if you reduce the amount of air, the mist will become unstable and you will not be able to maintain the desired cooling path. In particular, when the pressure of the supplied water decreases, the air enters the circulation path of the water, as a result of which the atomization of the mist becomes unstable (the so-called phenomenon of “secondary air flow”) and, therefore, the cooling becomes extremely unstable. Faced with this situation, it is enough to regulate the amount of air supplied and the pressure at the source of the air supply system, but this would lead to a large time delay and, ultimately, to an excess amount of air and uneven cooling.

Таким образом, когда в настоящем изобретении возникает такая ситуация, производится регулировка, имеющая целью отвод воздуха, попадающего в схему потока, направляемого в охладительное устройство, т.е. в выпускные концы сопел, и создания постоянного соотношения в смеси охлаждающей воды и воздуха. В качестве конкретного примера обычной практики осуществления контроля, как это показано последовательностью этапов осуществления контроля на фиг.2, прежде всего в начальных установках механизма контроля сопел для текучих сред (не показан), непосредственно соединенного с блоком охладительного устройства, показанного на фиг.1, скорость потока охлаждающей воды устанавливается на 0, скорость потока воздуха устанавливается на 0 и закрывается воздушный выпускной клапан. Далее, установку скорости потока воздуха изменяют, устанавливая скорость потока воздуха на устойчивый режим. После этого, вслед за установлением скорости потока охлаждающей воды открывается воздушный выпускной клапан, одновременно устанавливается скорость потока охлаждающей воды на устойчивый режим, воздух проходит из водоподающих труб к водяному питателю, режим распыления из сопел становится стабильным и воздушный выпускной клапан закрывается. С целью обеспечения времени для указанных операций может быть использовано реле времени. В этом состоянии начинается охлаждение стальной плиты и осуществляется контроль охлаждения стальной плиты в устойчивом режиме.Thus, when such a situation arises in the present invention, an adjustment is made to remove air entering the flow pattern directed to the cooling device, i.e. to the outlet ends of the nozzles, and creating a constant ratio in the mixture of cooling water and air. As a specific example of a typical monitoring practice, as shown by the sequence of stages of monitoring in FIG. 2, especially in the initial settings of a control mechanism for fluid nozzles (not shown) directly connected to the cooling unit shown in FIG. 1, the cooling water flow rate is set to 0, the air flow rate is set to 0 and the air exhaust valve closes. Further, the setting of the air flow rate is changed by setting the air flow rate to a stable mode. After that, after setting the cooling water flow rate, the air exhaust valve opens, at the same time the cooling water flow rate is set to steady mode, air passes from the water supply pipes to the water supply, the spraying mode from the nozzles becomes stable and the air exhaust valve closes. In order to provide time for these operations, a time relay may be used. In this state, the cooling of the steel plate begins and the cooling of the steel plate is monitored in a steady state.

Далее, после завершения охлаждения стальной плиты прежде всего останавливается циркуляция воды, вслед за чем останавливается циркуляция воздуха. Это обусловлено тем, что, если останавливать воду и воздух одновременно, вода бы направлялась назад в сторону воздушного питателя, попадала бы в трассу циркуляции воздуха, в результате чего возникали бы проблемы коррозии и проч. Иными словами, если установить скорость потока охлаждающей воды на ноль (0) и в тот же самый момент времени эксплуатировать устройство таким образом, чтобы скорость потока воздуха становилась нулевой (0), охлаждающая вода направилась бы назад к воздушной камере (воздушному резервуару) и сопла оказались бы забитыми, по причине чего систему подачи охлаждающей воды настраивают, как правило, на нулевую скорость воздуха с помощью реле времени.Further, after the cooling of the steel plate is completed, first of all, the water circulation stops, after which the air circulation stops. This is due to the fact that if water and air were stopped at the same time, water would be directed back towards the air feeder, would fall into the air circulation path, as a result of which there would be corrosion problems and so on. In other words, if you set the flow rate of cooling water to zero (0) and at the same moment in time operate the device so that the air flow rate becomes zero (0), the cooling water would go back to the air chamber (air reservoir) and nozzle would be clogged, which is why the cooling water supply system is usually set to zero air speed using a time switch.

Согласно настоящему изобретению, имеется возможность равномерно охлаждать стальную плиту по всей ее длине без деформации плиты при контролируемом охлаждении толстой стальной плиты.According to the present invention, it is possible to uniformly cool a steel plate along its entire length without deformation of the plate during controlled cooling of a thick steel plate.

Claims

1. A method of controlled cooling of a steel plate using a cooling device comprising an air feeder for supplying air and a plurality of nozzles connected to an air feeder, each of which has at its top an air inlet window, inlet windows for cooling water on its housing and an outlet window for spraying air and water on its lower side, while the area around the periphery of the water inlet windows of these nozzles forms a water feeder, the level of the outlet window of the pipe supplying water to this water feed the oil is installed below the levels of the water inlet windows of the indicated nozzles, and an air exhaust valve is installed in the middle of the specified water supply pipe, characterized in that during cooling of the steel plate or in case of instability of the spraying liquid, the cooling water flow rate and air flow rate are set to zero and closed air exhaust valve, establish a steady state of air supply to obtain a steady air velocity, set the water velocity by opening the air shnogo outlet valve for air passage from the water supply pipe to the water feeder to reach steady state from the spray nozzles and a stable flow rate of water, and begin to controlled cooling of steel plate.

2. The method according to claim 1, characterized in that at the end of cooling the steel plate and the completion of the circulation of air and water, first stop the circulation of water and then stop the circulation of air.