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1、年 第 期 总 期 一 重 技 术 一 九 九 六 年 三 月热 轧 带 钢 层 流 冷 却 装 置 的 设 计 与 研 究设 计 研 究 院 工 程 师 张 辉 吕 鹤 年 提 要 本 文 以 现 代 化 札 机 水 平 为 起 点 对 式 钢 引 进 日 本 设 计 制 造 的 及 我 公司 与 德 国 联 合 设 计 制 造 的 层 流 冷 却 装 笠 进 行 了 分 析 和 比 较 , 为 今 后 层 流 冷 却 装王 的 设 计 与 改 进 提 供 了 有 益 的 经 验 。层 流 冷 却 装 置 位 于 热 连 轧 机 精 轧 机 组 与地 下 卷 取 机 之 间 , 用 以 快
2、速 强 制 冷 却 带 钢 , 保证 所 需 的 卷 取 温 度 和 得 到 机 械 性 能 较 好 的 带钢 。目 前 世 界 上 共 有 多 套 热 带 钢 连 轧机 , 其 中 绝 大 部 分 已 采 用 层 流 冷 却 方 式 冷 却带 钢 。 因 此 对 层 流 冷 却 系 统 的 研 究 和 应 用 已成 为 热 连 轧 机 的 必 要 环 节 , 在 国 内 外 被 普 遍重 视 。层 流 冷 却 的 基 本 原 理层 流 冷 却 技 术 出 现 之 前 热 轧 带 钢 的 冷 却或 靠 喷 雾 冷 却 , 或 靠 喷 水 冷 却 。 前 者 由 于 雾状 水 柱 的 动 能 较
3、 小 , 无 力 冲 破 带 钢 表 面 的 蒸汽 膜 而 影 响 热 交 换 , 因 此 后 来 改 而 采 用 压 力水 冷 却 。 冷 却 水 压 力 范 围 一 般 在 一, 动 能 虽 大 , 但 由 于 冲 击 回 跳 动 能 损 失 大而 重 跳 后 已 无 力 冲 破 汽 膜 , 且 导 致 冷 却 水 与带 钢 表 面 接 触 时 间 短 而 冷 却 效 果 仍 较 低 , 水的 利 用 率 也 较 低 。年 代 的 冷 却 系 统 多 为 惯 性 冷 却 系 统 。由 于 冷 却 水 具 有 一 定 的 压 力 , 当 控 制 阀 打 开和 关 闭 时 冷 却 水 存 在
4、着 时 间 上 的 滞 后 和 相 对带 钢 运 行 位 置 上 的 滞 后 。 因 此 必 然 形 成 惯 性结 构 , 即 所 谓 惯 性 冷 却 , 这 即 造 成 冷 却 不 均 又给 控 制 带 来 困 难 。带 钢 层 流 冷 却 无 惯 性 层 流 冷 却 是 使 带钢 表 面 覆 盖 一 层 处 于 层 流 状 态 下 流 动 的 最 佳厚 度 的 水 , 利 用 热 交 换 原 理 使 带 钢 冷 却 至 卷取 温 度 。 方 法 是 以 低 压 力 大 流 量 的 冷 却 水 平稳 的 流 向 带 钢 表 面 , 冲 破 了 带 钢 表 面 的 蒸 汽膜 , 随 后 紧 紧
5、 的 覆 在 带 钢 表 面 而 不 飞 溅 。 当冷 却 水 吸 收 一 定 热 量 后 , 用 侧 喷 压 力 水 将 旧水 更 换 掉 , 从 而 吸 收 并 带 走 大 量 余 热 冷 却 效率 比 压 力 水 提 高 一 。 下 部 冷 却 采 用喷 射 式 冷 却 方 式 。 影 响 层 流 冷 却 效 果 的 因 素很 多 , 主 要 有 以 下 两 点 。、 喷 管 的 名 义 通 径 在 压 力 恒 定 的 条 件下 , 喷 管 悬 空 高 度 与 其 名 义 直 径 有 关 , 高 度 值大 则 通 径 相 应 增 大 。 如 确 定 不 当 , 在 重 力 加速 度 的
6、作 用 下 垂 落 的 水 柱 在 接 近 带 钢 之 处 变细 , 甚 至 断 流 垂 落 。、 喷 咀 的 排 列 与 其 名 义 通 径 的 关 系 喷咀 间 距 过 近 , 相 邻 水 柱 垂 落 后 形 成 扩 散 波 相互 干 扰 冲 撞 , 产 生 飞 溅 现 象 。 过 远 造 成 带 钢沿 宽 度 方 向 冷 却 不 均 匀 , 需 综 合 考 虑 。在 实 际 设 计 中 采 用 交 错 排 列 。 图 和 图分 别 给 出 武 钢 和 宝 钢带 钢 层 流 冷 却 装 置 , 其 参 数 的 对 比 列 于表 。表 、 参 数 对 比卜卜卜障障 钢 带 钢 层 流 冷 却
7、 装 里里 奋件件 钢 。 带 钢 层 流 冷 却 装 置置 奋心 一 喷 管 通 径 一 相 邻 喷 管 间 距 离 一 喷 管 到 冷 却辊 道 辊 面 的 高 度 。轧 制 方产 吟图 、 武 钢 , 带 钢 层 流 冷 动 装 置、 精 调 区 段 组组 粗 调 区 一 套 组组 口口川 一 川 川 川 一 一 川 【杯杯 一 下 二 二 了了了 口口片片 一 一一 二 二二川 , 一 川 宁 宁 扮 奋 川 川 皿皿卷取机中心线中心线一 鹭精 调 区 一 日 组了了了了 实 夕夕 钧钧钧义义义义义 四四四四卜卜 刀 产产 、 、 门 、 尸 、 侧 月月 卜 列丫丫 尽 卜卜 盯 甲
8、 尽 甲 召 日日 日日粗 调 区 一 组图 、 宝 钢层 流 冷 却 装 置 的设 备 组 成 与 结 构带 钢 层 流 冷 却 装 置 的 设 备 组 成 见 图 和图 , 主 要 由 三 部 分 构 成 , 即 上 喷 装 置 、 下 喷装 置 和 侧 喷 装 置 。、 上 喷 装 置无 论 在 还 是 带 钢 层流 冷 却 装 置 上 均 采 用 集 水 管 冷 却 方 式 。 每 根集 水 管 上 都 布 置 两 排 相 互 交 错 的 鹅 颈 管 , 以保 证 带 钢 沿 宽 度 方 向 冷 却 的 均 匀 性 。 而 且 几根 集 水 管 组 成 一 个 控 制 单 元 , 由
9、一 个 液 压 缸带 动 。 检 修 辊 道 及 处 理 事 故 时 , 可 将 各 冷 却单 元 抬 升 。 此 外 上 喷 装 置 的 每 个 控 制 单 元 又设 置 了 两 个 旋 转 接 头 , 用 来 连 接 供 水 管 路 和各 冷 却 单 元 , 以 满 足 各 冷 却 单 元 的 倾 翻 功 能 。为 保 证 冷 却 水 压 力 和 流 量 的 稳 定 性 ,带 钢 层 流 冷 却 装 置 上 采 用 了 气 动 三 通 球带 钢 层 流 冷 却 装 置阀 , 供 水 系 统 为 常 开 状 态 。 不 喷 时 将 球 阀 换向 , 使 冷 却 水 旁 通 流 人 辊 道 下
10、 铁 皮 沟 内 。 这种 结 构 即 浪 费 了 能 源 又 造 成 了 大 量 冷 却 水 的消 耗 。 勿 带 钢 层 流 冷 却 装 置 上 采 用气 动 薄 膜 阀 对 冷 却 水 进 行 切 换 , 不 喷 时 气 动薄 膜 阀 关 闭 。 供 水 系 统 为 高 水 位 水 箱 , 水 箱中 冷 却 水 的 液 面 低 于 一 定 位 置 时 泵 起 动 开 始供 水 , 从 而 克 服 了 前 者 的 不 足 。 在带 钢 层 流 冷 却 装 置 上 采 用 了 粗 调 冷 却 组 与 精调 冷 却 组 主 要 用 于 冷 却 薄 带 钢 , 对 卷 取 温度 的 小 误 差
11、可 进 行 调 节 。 而 且 在 每 根 鹅 颈 管根 部 做 了 改 进 , 即 分 别 放 置 一 个 节 流 孔 板 , 确保 沿 宽 度 方 向 各 鹅 颈 管 中 冷 却 水 的 压 力 及 流量 稳 定 。、 下 喷 装 置下 喷 装 置 与 上 喷 装 置 相 对 应 也 采 用 集 水管 冷 却 形 式 。 集 水 管 分 别 布 置 在 冷 却 辊 道 的每 两 根 辊 子 之 间 。 带 钢 层 流 冷 却末 架 轧 机 出 口 侧 布 置 一 组 喷 咀 冲 刷 带 钢 表 面的 杂 质 与 雾 气 。两 台 设 备 各 参 数 对 照 见 表 。表 、 武 钢 与 宝
12、 钢 两 台 设 备 参 数 对 照 表一 一 飞 不 一 瓜 一 曰 可 犷 葡 及 谕 蔺 日叼,”月 产自八 ,了租 一 一荃荃荃份 一 青 一 寻寻厂厂丹丹丹丹丹丹丹 、 口口 比比 土 二 二 二 片 二 以以舒 书 军生生生 瓦瓦 归己 主主 工 二 二 二 不 二 二 二二图 、 宝 钢 带 钢 层 流 冷 却 装 置四四四四四四四 哪哪哪哪哪哪 肖肖丫丫丫沈沈 卜卜卜卜卜卜卜陌陌鹅 颈 管 水 压鹅 颈 管 流 盆每 根 集 管 上 的 鹅 颈 管 数集 管 总 数上 喷 总 水 量上 喷 控 制 组 数 或 粗 调 十 精 调下 喷 每 个 喷 管 喷 水 量下 喷 喷 管
13、水 压下 喷 每 根 集 管 上 的 喷 管 数下 喷 集 管 总 数下 喷 总 水 盘下 喷 控 制 组 数 或 粗 调 十 精 调侧 喷 一 个 喷 咀 喷 水 量侧 喷 咀 数报 呀 喷 咀 压 力或一。,根根组根根组个图 、 武 钢 带 钢 层 流 冷 却 装 盆装 置 把 一 排 喷 咀 布 置 在 下 喷 集 水 管 上 , 通 过调 整 各 喷 咀 角 度 来 保 证 喷 到 带 钢 上 的 冷 却 水铅 宽 度 方 向 上 的 一 致 性 。 和 上 喷 装 置 相 同 按组 控 制 , 每 组 有 一 个 气 动 三 通 球 阀 。 但 该 装置 的 缺 点 是 上 下 喷
14、冷 却 水 量 配 比 不 均 约而 引 起 冷 却 不 均 , 带 钢 表 面 的 氧 化 铁 皮 极易 堵 塞 喷 咀 且 喷 咀 的 更 换 极 不 方 便 。 而带 钢 层 流 冷 却 装 置 注 重 冷 却 效 果 , 加重 了 上 下 喷 冷 却 水 的 比 例 即 , 变 下 喷集 管 上 的 喷 咀 为 不 锈 钢 管 而 且 各 排 集 管 上的 喷 管 都 错 开 布 置 , 同 时 喷 管 不 是 垂 直 向 上而 是 成 一 定 角 度 , 避 免 了 堵 塞 。 从 控 制 上 讲 ,与 上 喷 对 应 分 粗 调 冷 却 组 和 精 调 冷 却 组 , 对带 钢 温
15、 度 控 制 更 加 精 确 。 冷 却 水 的 启 闭 同 样采 用 气 动 薄 膜 阀 来 控 制 。、 侧 喷 装 置侧 喷 装 置 是 层 流 冷 却 装 置 不 可 分 割 的 组成 部 分 , 无 论 是 今 还 是 热连 轧 机 , 为 提 高 冷 却 水 的 利 用 率 , 在 各 冷 却 单元 均 采 用 侧 喷 喷 咀 。 即 当 上 喷 冷 却 水 吸 收 一定 热 量 后 , 用 中 压 水 按 一 定 角 度 冲 刷 带 钢 表面 , 实 现 新 旧 冷 却 水 的 交 换 , 即 实 现 层 流 。 在结 语就 的 设 计 参 数 在 我 公 司 曾 进 行 了 多
16、次 试 验 , 发 现 上 喷 水 不 是 连 续 的 流 束 而 出 现滴 流 现 象 。 对 宝 钢 带 钢 层 流 冷 却装 置 我 们 也 进 行 了 实 际 考 察 , 并 且 认 为 从 布置 、 结 构 及 检 修 维 护 等 方 面 有 很 大 改 进 。 由于 采 用 了 粗 调 和 精 调 提 高 了 水 的 利 用 率 和 冷却 效 果 。 供 水 系 统 采 用 了 高 位 水 箱 , 保 证 了系 统 的 压 力 和 流 量 的 相 对 稳 定 , 即 减 少 了 冷却 制 度 中 不 利 因 素 又 便 于 计 算 机 对 冷 却 制 度的 控 制 。 但 也 发 现 了 一 些 不 足 , 如 倾 翻 液 压缸 活 塞 杆 长 期 裸 露 在 多 尘 、 多 水 、 多 汽 的 状态 , 将 影 响 使 用 寿 命 上 喷 集 管 中 节 流 孔 板 数量 多 , 加 工 量 大 , 焊 接 麻 烦 上 喷 集 管 设 计 偏高 , 冷 却 水 有 飞 溅 现 象 , 沿 宽 度 方
