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CN111589884A - 热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统和冷却方法 - Google Patents

热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统和冷却方法 Download PDF

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CN111589884A CN202010356327.8A CN202010356327A CN111589884A CN 111589884 A CN111589884 A CN 111589884A CN 202010356327 A CN202010356327 A CN 202010356327A CN 111589884 A CN111589884 A CN 111589884A
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Abstract

本发明公开了一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统和冷却方法，涉及热轧无缝钢管生产技术领域，主要目的是保证钢管厚度方向的冷却均匀性。该系统包括自动化控制装置、多个喷水装置和至少一个吹气装置；吹气装置包括设置有进气口和多个第一喷嘴的主体，多个第一喷嘴的第一喷嘴组中每个喷嘴的中心线和第二喷嘴组中每个喷嘴的中心线分别与水平面具有第一夹角和第二夹角，第一夹角大于第二夹角，进气口与压缩气源连通；喷水装置包括升降机构和设置于其上的管体，管体一端与分流集水管连通，另一端设置有喷头，喷头具有多个第二喷嘴，多个第二喷嘴分别与管体呈不同角度设置；自动化控制装置分别与压缩气源、喷头和升降机构电连接。

Description

热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统和冷却方法
技术领域
本发明涉及热轧无缝钢管生产技术领域，尤其是涉及到一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统和冷却方法。
背景技术
实现离线热处理工艺在线化，充分发挥控轧控冷工艺的组织调控作用，是热轧无缝钢管新产品、新工艺开发的重点方向。目前已公开的热轧无缝钢管在线控制冷却技术，其冷却过程主要采用对钢管外壁进行喷水冷却的方式，对于壁厚较薄或淬透性较强的钢管有很好的淬透效果，但对于厚壁钢管以及淬透性较差的钢管，钢管外壁冷却强度较大，而内壁冷却强度较低，造成内外壁组织不均匀现象，降低了钢管厚度方向的冷却均匀性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统和冷却方法，主要目的是提高钢管内壁冷却强度，避免钢管在线冷却过程中因表面过冷度较大而使得钢管内外壁组织均匀性较差，从而保证钢管厚度方向的冷却均匀性。
为达到上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统，用于安装在热轧无缝钢管在线冷却装置中，包括自动化控制装置、多个喷水装置和至少一个吹气装置；
所述喷水装置用于设置在所述在线冷却装置的冷却喷环组的入口处、相邻两组冷却喷环组之间或冷却喷环组的出口处；至少一个所述吹气装置用于对应设置在所述喷水装置后至少一组所述冷却喷环组的出口端端面顶部；
所述吹气装置包括主体，所述主体上设置有相连通的进气口和多个第一喷嘴，多个所述第一喷嘴包括第一喷嘴组和第二喷嘴组，所述第一喷嘴组中每个喷嘴的中心线和所述第二喷嘴组中每个喷嘴的中心线依次分别与水平面具有第一夹角和第二夹角，且所述第一夹角大于所述第二夹角，所述进气口与压缩气源连通；
所述喷水装置包括升降机构和设置于所述升降机构上的管体，所述管体的一端通过阀组和水配管与分流集水管连通，另一端设置有喷头，所述喷头具有多个第二喷嘴，多个所述第二喷嘴分别与所述管体呈角度设置，且所述角度各不相同；
所述自动化控制装置分别与所述压缩气源、喷头和升降机构电连接。
进一步地，所述升降机构上在其行程的两端分别设置有与所述自动化控制装置电连接的限位开关；
所述升降机构上还设置有与所述自动化控制装置电连接的位移传感器。
进一步地，所述喷头为轴流喷头。
进一步地，所述第一夹角和第二夹角的角度范围均为30-75°。
进一步地，多个所述第二喷嘴分别与所述管体呈角度设置，所述角度的范围为0～30°。
进一步地，所述压缩气源的压力范围为0.4～1.0Mpa；
所述喷头的喷水压力范围为0.2～0.8Mpa。
另一方面，本发明实施例还提供了一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统的冷却方法，包括：
当钢管的尾部到达喷水装置处时，相应热金属检测器下降沿被触发，自动化控制装置控制所述升降机构带动喷头进行升降运动，使得所述喷头达到预设高度，并控制所述喷头开启以向所述钢管内喷入冷却水，实现所述钢管的内壁冷却；
当所述自动化控制装置跟踪所述钢管的尾部到达吹气装置处时，控制所述吹气装置开启而向所述钢管内吹入压缩空气，以提高所述钢管内壁的冷却水的流动速度，从而提高所述钢管的内壁冷却效率。
借由上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
本发明实施例提供的技术方案，包括自动化控制装置、多个喷水装置和至少一个吹气装置；且多个喷水装置用于分别设置在在线冷却装置中相邻两组冷却喷环组之间；至少一个吹气装置用于对应设置在喷水装置后至少一组冷却喷环组的出口端端面顶部，使得自动化控制装置可以控制喷水装置向钢管内壁喷射高压冷却水，从而实现钢管的内壁冷却，同时，自动化控制装置还可以控制吹气装置向喷射冷却水后的钢管内壁吹压缩空气，从而提高钢管内壁冷却水的流动速度，也就是说，本发明实施例采用喷水装置并配合吹气装置，不仅可以实现钢管内壁的冷却，还可以加快钢管内壁冷却水的流动速度，有效提高了钢管内壁的冷却效率和冷却均匀性，保证了钢管厚度方向的冷却均匀性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统的喷水装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统的吹气装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统布置于在线冷却装置中的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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实施例进行详细说明。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例保护范围的限制。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供了一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统，用于安装在热轧无缝钢管在线冷却装置中，其包括自动化控制装置、多个喷水装置1和至少一个吹气装置2；喷水装置1用于设置在在线冷却装置的冷却喷环组的入口处、相邻两组冷却喷环组之间或冷却喷环组的出口处；至少一个吹气装置2用于对应设置在喷水装置1后至少一组冷却喷环组的出口端端面顶部；其中，吹气装置2包括主体21，主体21上设置有相连通的进气口211和多个第一喷嘴212，多个第一喷嘴212包括第一喷嘴组212a和第二喷嘴组212b，第一喷嘴组212a中每个喷嘴的中心线和第二喷嘴组212b中每个喷嘴的中心线依次分别与水平面具有第一夹角和第二夹角，此处需要说明的是，钢管沿水平面移动，即第一喷嘴组212a中每个喷嘴的中心线和第二喷嘴组212b中每个喷嘴的中心线依次分别与钢管的轴线具有第一夹角和第二夹角，且第一夹角大于第二夹角，进气口211与压缩气源连通，而且，第一喷嘴组212a和第二喷嘴组212b中的喷嘴均可以均匀阵列排布；喷水装置1包括升降机构11和设置于升降机构11上的管体12，管体12的一端通过阀组和水配管与分流集水管连通，另一端设置有喷头13，该喷头13可以为高压轴流喷头13，且该喷头13具有多个第二喷嘴131，该多个第二喷嘴131分别与管体12呈角度设置，且角度各不相同，而且，该多个第二喷嘴可以均匀阵列排布；自动化控制装置分别与压缩气源、喷头13和升降机构11电连接。其中，升降机构11可以通过液压系统进行驱动，具体其可以为液压缸等。具体地，图2中标号“20”表示钢管；图3中标号“10”表示冷却喷环组，标号“101”表示冷却喷环。
本发明实施例提供的热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统，包括自动化控制装置、多个喷水装置1和至少一个吹气装置2；且喷水装置1用于设置在在线冷却装置的冷却喷环组的入口处、相邻两组冷却喷环组之间或冷却喷环组的出口处；至少一个吹气装置2用于对应设置在喷水装置1后至少一组冷却喷环组的出口端端面顶部，使得自动化控制装置可以控制喷水装置1向钢管内壁喷射高压冷却水，从而实现钢管的内壁冷却，同时，自动化控制装置还可以控制吹气装置2向喷射冷却水后的钢管内壁吹压缩空气，从而提高钢管内壁冷却水的流动速度，也就是说，本发明实施例采用喷水装置1并配合吹气装置2，不仅可以实现钢管内壁的冷却，还可以加快钢管内壁冷却水的流动速度，有效提高了钢管内壁的冷却效率和冷却均匀性，保证了钢管厚度方向的冷却均匀性。
需要说明的是，通过将喷水装置1设置在相邻两组冷却喷环组之间，且每个喷水装置1配备独立的升降机构11，使得每个喷水装置1可以通过各自的升降机构11进行升降运动实现向钢管内壁喷射冷却水，而无需随着钢管进行移动，使用更方便，结构更加简单。而且，喷水装置1中喷头13的多个第二喷嘴131分别与管体12呈角度设置，即第二喷嘴131的中心线与管体12的轴线具有夹角，且该夹角的角度各不相同，这样的结构设置，可以使得喷水装置1喷入钢管内的冷却水更加分散，从而更好地实现对钢管内壁进行冷却，且还可以提高冷却的均匀性。同时，通过将吹气装置2设置在冷却喷环组的出口端端面顶部，即出口端冷却喷环侧面顶部，便于其向尾部到达的钢管内壁吹入压缩空气，而且，该吹气装置2的第一喷嘴组212a中每个喷嘴的中心线和第二喷嘴131组212b中每个喷嘴的中心线依次分别与水平面，即与钢管具有第一夹角和第二夹角，且第一夹角大于第二夹角，使得当钢管尾部达到时，第一喷嘴组212a和第二喷嘴131组212b可以共同向钢管内壁吹入压缩空气，而当钢管尾部离开时，吹气装置2仍可以通过第二喷嘴131组212b向所述钢管内壁吹入较大量的压缩空气，进一步提高钢管内壁冷却水的流动速度，提高冷却效率。
在一可选的实施例中，可参见图3，吹气装置2可以为六个，喷水装置1可以为两个，两个喷水装置1分别安装在第一组冷却喷环组的入口处，和第四组与第五组冷却喷环组之间，吹气装置2分别设置在第一、二、三、五、六和七组冷却喷环组的出口端端面顶部，自动化控制装置用于控制喷水装置1和吹气装置2电连接，用于控制其各自进行相应动作，实现在线冷却过程控制。此处需要说明的是，为了保证吹气装置2与喷水装置1能够有效地配合工作，在喷水装置1前的一组冷却喷环组上可以不设置吹气装置2。
在一可选的实施例中，升降机构11上在其行程的两端分别设置有与自动化控制装置电连接的限位开关；升降机构11上还设置有与自动化控制装置电连接的位移传感器。其中，自动化控制装置用于通过限位开关限制喷头13的升降高度，而位移传感器用于检测喷头13的位移，从而使得自动化控制装置可以根据钢管的直径、限位开关和位移传感器发送的信号控制升降机构11带动喷头13进行升降运动后可与钢管同轴心，待喷头13与钢管同轴心后，再控制喷头13喷射冷却水进入钢管内壁，进一步提高了钢管内壁的冷却效果和冷却均匀性。
其中，第一夹角和第二夹角的角度范围均可以为30～75°，具体地，第一夹角的角度可以为50°，第二夹角的角度可以为30°。而且，多个第二喷嘴131分别与管体12呈角度设置，角度的范围可以为0～30°。此外，压缩气源的压力范围可以为0.4～1.0Mpa；而喷头13的喷水压力范围可以为0.2～0.8Mpa。
本发明实施例还提供了一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统的冷却方法，包括：
当钢管需进行在线冷却时，在线冷却装置的冷却喷环组和上述的内壁冷却系统可以根据钢管的冷却工艺进行流量、压力和喷环组态的设定，而且，在线冷却装置的冷却喷环组提前开启。
当钢管的尾部到达喷水装置1处时，相应热金属检测器下降沿被触发，自动化控制装置控制所述升降机构11带动喷头13进行升降运动，使得所述喷头13达到预设高度，具体地，使得喷头13与钢管同轴心，并控制喷头13开启以向钢管内喷入冷却水，实现钢管的内壁冷却，当钢管尾部到达下一相邻冷却喷环时，控制喷头13关闭；
当自动化控制装置跟踪钢管的尾部到达吹气装置2处时，控制吹气装置2开启而向钢管内吹入压缩空气，以提高钢管内壁的冷却水的流动速度，从而提高钢管的内壁冷却效率，当钢管尾部到达下一相邻冷却喷环时，控制吹气装置2关闭。
也就是说，内壁冷却系统需根据钢管位置检测信号和跟踪信号，当钢管尾部到达喷水装置1和吹气装置2时，喷水装置1和吹气装置2开启，当钢管尾部进入与喷水装置1和吹气装置2所在的冷却喷环组相邻的冷却喷环时，喷水装置1和吹气装置2关闭。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统，用于安装在热轧无缝钢管在线冷却装置中，其特征在于，包括自动化控制装置、多个喷水装置和至少一个吹气装置；
所述喷水装置用于设置在所述在线冷却装置的冷却喷环组的入口处、相邻两组冷却喷环组之间或冷却喷环组的出口处；至少一个所述吹气装置用于对应设置在所述喷水装置后至少一组所述冷却喷环组的出口端端面顶部；
所述吹气装置包括主体，所述主体上设置有相连通的进气口和多个第一喷嘴，多个所述第一喷嘴包括第一喷嘴组和第二喷嘴组，所述第一喷嘴组中每个喷嘴的中心线和所述第二喷嘴组中每个喷嘴的中心线依次分别与水平面具有第一夹角和第二夹角，且所述第一夹角大于所述第二夹角，所述进气口与压缩气源连通；
所述喷水装置包括升降机构和设置于所述升降机构上的管体，所述管体的一端通过阀组和水配管与分流集水管连通，另一端设置有喷头，所述喷头具有多个第二喷嘴，多个所述第二喷嘴分别与所述管体呈角度设置，且所述角度各不相同；
所述自动化控制装置分别与所述压缩气源、喷头和升降机构电连接。
2.根据权利要求1所述的内壁冷却系统，其特征在于，
所述升降机构上在其行程的两端分别设置有与所述自动化控制装置电连接的限位开关；
所述升降机构上还设置有与所述自动化控制装置电连接的位移传感器。
3.根据权利要求1所述的内壁冷却系统，其特征在于，
所述喷头为轴流喷头。
4.根据权利要求1所述的内壁冷却系统，其特征在于，
所述第一夹角和第二夹角的角度范围均为30～75°。
5.根据权利要求1所述的内壁冷却系统，其特征在于，
多个所述第二喷嘴分别与所述管体呈角度设置，所述角度的范围为0～30°。
6.根据权利要求1所述的内壁冷却系统，其特征在于，
所述压缩气源的压力范围为0.4～1.0Mpa；
所述喷头的喷水压力范围为0.2～0.8Mpa。
7.一种热轧无缝钢管在线冷却工艺的内壁冷却系统的冷却方法，其特征在于，包括：
当钢管的尾部到达喷水装置处时，相应热金属检测器下降沿被触发，自动化控制装置控制所述升降机构带动喷头进行升降运动，使得所述喷头达到预设高度，并控制所述喷头开启以向所述钢管内喷入冷却水，实现所述钢管的内壁冷却；
当所述自动化控制装置跟踪所述钢管的尾部到达吹气装置处时，控制所述吹气装置开启而向所述钢管内吹入压缩空气，以提高所述钢管内壁的冷却水的流动速度，从而提高所述钢管的内壁冷却效率。
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