钢板冷却装置
技术领域
本发明有关于一种钢板冷却技术，具体地讲，有关于一种钢板冷却装置。
背景技术
热轧后高温钢板进行在线冷却时，分为加速冷却与直接淬火两种工艺，淬火是提高钢板强度的重要手段。直接淬火要由两套装置、高低压两套供水系统来承担，或是由一套装置、高低压两套供水系统来承担。为获得淬火处理所需要的冷却速度，热轧后高温钢板在辊道输送过程中，先进入冷却装置的高压冷却区，采用0.8MPa左右的高压水在快速冷却，使钢板淬透层温度迅速降低到约500℃，同时保持钢板上下表面相同的冷却速度，避免钢板的瓢曲；然后进入低压冷却区继续冷却钢板，直到钢板温度降到200℃以下或者室温。上述高温钢板的冷却系统庞大，操作和维护都有难度；而冷却系统简单的，其冷却能力又显得不足。另外，现有的冷却工艺及冷却设备中，在高压冷却区，由于需要采用高于0.5MPa(例如0.8MPa)的高压水才能达到淬火的冷却速度要求，而提供这样的高压水需要耗费大量的电能，从而造成能耗大，成本高。
另外，为了得到高性能的轧制钢板，实现钢板上、下表面对称冷却，一种是采用上、下大水量调整比，一种是采用使上集管具备升降功能，调节水量；同时，为了避免钢板冷却变形，一种是采用边部遮蔽，一种是边部遮蔽配集管流量中凸度，有的还需设夹送辊。在现有钢板冷却设备中，存在的根本问题是水流冲击区的配置不合理；重力场对上、下喷流作用不同，造成主要换热机制不匹配或同种换热机制存在较大的冷却能力差异；无法实现以板厚中心面的均匀对称冷却。其次，钢板内部冷却速度受其导热系数限制，处理的产品性能不均，残余应力大。
因此，有必要提供一种钢板冷却装置，来克服上述现有冷却工艺和设备存在的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种钢板的冷却装置，其能够采用低压水冷却来达到淬火所需的冷却速度，从而简化冷却装置与供水系统，降低能耗，降低冷却成本。
为获得淬火所需的冷却速度，长期以来，本领域技术人员一直认为必须提高水的压力，以保证喷出水穿透滞留水层与蒸汽膜进行有效冷却，这也是现有的冷却工艺一直采用高压水的原因。但是，本发明人经过长期研究发现，提高冷却速度，实质上需要在同等时间内，提供更多的水到钢板表面单位面积上，在同等时间内，提供到钢板表面单位面积上的水量越大，相应的冷却速度就越高，而提高水的压力仅是增加单位时间内供水量的其中一个方式，但是并不是唯一的方式。如果能够采用低压水来提高单位时间提供到钢板单位面积上的水量，同样可以达到提高冷却速度的效果，从而达到高温淬火所需的冷却速度。
基于本发明人的上述研究发现，本发明提供了一种钢板的冷却装置，其至少包括有多个位于钢板上方的沿钢板运行方向排列的U型管上集管，每个U型管上集管沿钢板运行方向排列有8排的U型管式喷嘴，提高单位时间的喷水能力。
在本发明的一个具体例子中，每个U型管上集管的冷却区长约1.5～2米。
在本发明的钢板的冷却装置中，所述的每排U型管式喷嘴沿钢板宽度方向呈中部密集、边部稀疏布置，并以轧制中心线左右对称，以形成一定的中凸度。这样，在保证流量调节的范围内，尽可能地增大了单位面积的喷嘴数量，以提高冲击区的离散度并使之合理配置，克服了缝隙式喷流冲击区集中且无法实现合理配置的缺点。
在本发明的钢板的冷却装置中，在沿钢板运行方向前段的相邻U型管上集管之间设置有辅助式上集管。
辅助式上集管由排气阀、主水管、斜置隔板、均流板、管式喷嘴、防撞板吊架、支水管、集水箱组成。辅助式上集管内用两块斜置隔板将其分为中部和两个边部。
在本发明中，所述辅助式上集管包括集水箱和连接于集水箱的主水管，该主水管上连接有两个分别将水送到两个边部的支水管。这样，集水箱中的水进入主水管后，主水管大部分水供给中部，余下的水由接在主管的两个支水管分送到两个边部。进一步，在支水管上设有流量控制阀，以使喷出水具有一定的中凸度调节能力；而在主水管上设有快速排气阀，以提高辅助式上集管开启的响应速度。
本发明辅助式上集管具有多个管式喷嘴，该多个管式喷嘴沿钢板的宽度方向均匀布置，并以轧制中心线左右对称。通过两类不同喷水能力喷嘴数量的搭配形成可变凸度控制。
在本发明的钢板冷却装置中，在钢板的下方沿钢板运行方向设置有多个下集管。
在本发明中，每个下集管设置在一钢板输送装置的两相邻输送辊之间。
在本发明中，所述U型管上集管装置包括管板、主水管、8排U型管式喷嘴、集水箱和管夹。
在本发明中，下集管由防撞导板、均流板、集水箱、边部水管、中部主水管、积水槽、管板、套管、喷嘴、斜置隔板组成。
在本发明中，所述下集管的喷嘴及套管的出口低于所述积水槽的积水液面，以便形成淹没射流，冲击与泉涌几乎覆盖了下板面，使钢板下表面构成以冲击区和膜沸腾为主的换热机制，从而改善钢板下部的冷却均匀性和冷却能力。
在本发明中，所述下集管由两块斜置隔板将其分为中部和两个边部。
采用本发明的上述钢板冷却装置，由于每个U型管上集管沿钢板运行方向排列有8排U型管式喷嘴，提高了单位时间喷在钢板的单位面积上的水量，从而采用低压水，例如0.1-0.3Mpa的冷却水就能够达到淬火冷却所需的冷却速度，这样，冷却水系统可以使用常压水或低压水代替原设备的高压水，在一套设备上即可完成加速冷却和直接淬火两种冷却工艺，冷却效率大幅度提高，设备的操作和维护简便。同时，本发明采用8排U型管式喷嘴，提高了冲击区覆盖率，加密了冲击区，使之合理配置得到解决，明显改善了钢板温度的横向均匀性，达到了合理控制钢板机械力学性能的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的钢板冷却装置的集管排布示意图；
图2是本发明的U型管上集管的主视结构示意图；
图3是本发明的U型管上集管的侧视结构示意图；
图4为本发明的U型管上集管的俯视结构示意图；
图5是本发明的辅助式上集管的主视结构示意图；
图6是本发明的下集管的主视结构示意图；
图7是本发明的下集管的侧视结构示意图；
图8是本发明的下集管的俯视结构示意图；
图9是本发明的高位水箱供水示意图。
图号说明：
1：U型管上集管 2：辅助式上集管
3：下集管 4：管板
5：主水管 6：U型管式喷嘴
7：集水箱 8：U型管上集管管夹
9：排气阀 10：主水管
11：斜置隔板 12：均流板
13：管式喷嘴 14：防撞板吊架
15：支水管 16：集水箱
17：防撞导板 18：均流板
19：集水箱 20：边部水管
21：中部主水管 22：积水槽
23：管板 24：管套
25：喷嘴 26：斜置隔板
27：高位水箱 30：钢板
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的钢板冷却装置的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示，本发明的钢板冷却装置包括U型管上集管1、辅助式上集管2和下集管3。如图1所示，本发明的钢板冷却装置至少包括有多个位于钢板上方的沿钢板运行方向排列的U型管上集管1，每个U型管上集管1沿钢板运行方向排列有8排U型管式喷嘴6。这样，采用该具有8排U型管式喷嘴6的U型管上集管1，提高了单位时间喷在钢板的单位面积上的水量，从而采用低压水，例如0.1-0.3Mpa的冷却水就能够达到淬火冷却所需的冷却速度，冷却水系统可以使用常压水代替原设备的高压水，在一套设备上即可完成加速冷却和直接淬火两种冷却工艺，冷却效率大幅度提高，设备的操作和维护简便。如图9所示，可以直接采用高位水箱27向该U型管上集管供水。同时，本发明采用8排U型管式喷嘴，提高了冲击区覆盖率，加密了冲击区，使之合理配置得到解决，明显改善了钢板温度的横向均匀性，达到了合理控制钢板机械力学性能的目的。
如图1所示，本发明的钢板冷却装置沿钢板的运行方向，前段的上部主要由U型管上集管1和辅助式上集管2构成，辅助式上集管2设置在两相邻的U型管上集管之间，后面的上部由U型管上集管1构成；下部主要由下集管3组成，该下集管3的喷嘴24安装在积水槽22内，构成淹没式射流，淹没射流像泉涌一样并尽可能地覆盖钢板的下板面。
在本发明的一个具体例子中，每个U型管上集管的冷却区长1.5～2米。例如1.5米、1.6米、1.8米、2.0米等。
如图2-图4所示，本发明的U型管上集管1包括有管板4、主水管5、八排U型管式喷嘴6、集水箱7、管夹8。其中，主水管5由集水箱7外侧伸入集水箱7内，U型管式喷嘴6的吸水端安装在管板4上，管板4坐落在集水箱7上，集水箱7的外侧装有管夹8，该管夹8将U型管式喷嘴6的出水端固定，如图2所示。八排U型管式喷嘴6沿钢板宽度方向呈中部密集、边部稀疏并以轧制中心线左右对称，形成一定的中凸度，不同排的喷嘴交叉布置并适当缩短排间距。这样，在保证流量调节的范围内，尽可能地增大了单位面积的喷嘴数量，以提高冲击区的离散度并使之合理配置，克服了缝隙式喷流冲击区集中且无法实现合理配置的缺点。
如图9所示，可以通过一组低压水泵(图中未示出)将冷却水打入高位水箱27，再经高位水箱27将水送给冷却装置的U型上集管1、辅助式上集管2和下集管3。对于U型管上集管1，水将进入主水管5，主水管5将水供给其集水箱7，然后，水再由八排U型管式喷嘴6喷到钢板30上，管夹8用来固定八排U型管式喷嘴6。
如图5所示，本发明的辅助式上集管2包括有排气阀9、主水管10、斜置隔板11、均流板12、管式喷嘴13、防撞板吊架14、支水管15、集水箱16。其中，排气阀9安装在主水管10上，斜置隔板11与均流板12安装在集水箱16内，主水管10和支水管15位于集水箱16上，管式喷嘴13和防撞吊架14安装在集水箱16底部，如图5所示。辅助式上集管2内用两块斜置隔板11将其分为中部和两个边部，水进入主水管10后，主水管10大部分水供给中部，余下的水由接在主水管10的两个支水管15分送到两个边部，在支水管15上设有流量控制阀，以使喷出水具有一定的中凸度调节能力；而在主水管10上设有快速排气阀9，以提高可变凸度直管式上集管开启的响应速度。U型管上集管1由于具有固定中凸度，而辅助式上集管2可以配合U型管上集管1灵活调节中凸度，使冷却装置具备可变的中凸度。本发明的U型管上集管1和辅助式上集管2下面可装有边部遮蔽。因上下冲击区比较对称，通过流量调节、中凸度调节、边部遮蔽调节和板速调节，便可实现以板厚中心面的均匀对称冷却。
如图5所示，该辅助式上集管2具有多个管式喷嘴13，该多个管式喷嘴13沿钢板30的宽度方向均匀布置，并以轧制中心线左右对称，形成可变凸度控制。
如图6-图8所示，本发明的下集管3包括有防撞导板17、均流板18、集水箱19、边部水管20、中部主水管21、积水槽22、管板23、套管24、喷嘴25、斜置隔板26。斜置隔板26与均流板18置于集水箱19内，斜置隔板26将集水箱分19成左、中、右三部分，边部水管20从下方向左、右两边供水，中部主水管21从下方向中部供水，喷嘴25和套管24安装在管板23上，该管板23坐落在集水箱19上，该管板23上方有防撞导板17和积水槽22，如图6所示。如图1所示，每个下集管3设置在一钢板输送装置的两相邻输送辊之间。下集管3内用两块斜置隔板26将其分为中部和两个边部，水进入中部主水管21后，将进入集水箱19，然后供给积水槽22内，再通过喷嘴25将水喷射到钢板上，边部水管20也将水供给集水箱19，接着流入积水槽22内，然后通过喷嘴25将水喷射到钢板上。下集管3的九排喷嘴25中间一排位于集水箱19中心线上，其余以集水箱19中心线对称倾斜，以扩大水冷区。下集管3的管板23上设有积水槽22，喷嘴25带有套管24，管板23上部的喷嘴25及套管24出口低于积水槽22的积水液面，以便形成淹没射流，冲击与泉涌几乎覆盖了钢板30下板面，使钢板30下表面构成以冲击区和膜沸腾为主的换热机制，淹没射流对改善钢板下部的冷却均匀性和冷却能力是重要的。
本发明的上述描述仅为示例性的属性，因此没有偏离本发明要旨的各种变形理应在本发明的范围之内。这些变形不应被视为偏离本发明的精神和范围。