[发明专利]一种用于热轧高强度钢筋的分段阶梯型冷却装置

说明书

技术领域

本发明属于轧钢设备技术领域，特别是提供了一种用于热轧高强度钢筋的分段阶梯型冷却装置。这种水雾汽化冷却装置充分利用水雾气化冷却和穿水冷却工艺的优点，在不同冷却段分别利用水的相变汽化潜热Δhv＝540cal/g和水的比热Cp＝1cal/g℃的基本原理，采用分段阶梯式加速冷却方法，为热轧高强度钢筋提供了一种有效的相变强化和控制冷却装置。

背景技术

目前国内外热轧带肋钢筋的轧后冷却设备主要是穿水管，均采用和借鉴比利时冶金研究所CRM在70年代开发的Tempcore穿水冷却技术，通过大水量的快速冷却短时间内带走热量，并利用钢材芯部(Core)的余热对表层淬火马氏体进行回火(Tempering)，在钢筋截面的表层获得回火马氏体环，而心部获得铁素体－珠光体－贝氏体，这种复合组织显著提高了钢筋在全尺寸拉伸条件下的整体屈服强度和抗拉强度水平，用于生产屈服强度YS415、460和500MPa级热轧高强度钢筋。由于穿水管存在水封，冷却段最短长度受限制，导致冷却路径不灵活，只能一冷到底，表面温度极易低于马氏体点，且表面受水的膜沸腾的影响心部的冷速受限。另外采用穿水工艺生产的钢筋，虽然合金添加量大幅减少，但是存在穿水后马氏体环焊接软化和穿水后表面红锈的问题，其抗锈蚀性能差，严重影响后续的使用，用户甚至提出退货或者降价销售的要求，尤其是出口国外的钢筋对表面质量要求更严格。同时国内钢筋主要以焊接为主，重点工程及大中型工程都严格要求不允许出现马氏体组织。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于热轧高强度钢筋的分段阶梯型冷却装置。采用水雾气化喷嘴和水雾强化喷嘴分组分段的阶梯型加速冷却方式，在不同冷却段分别利用水的相变汽化潜热Δhv＝540cal/g和水的比热Cp＝1cal/g℃的基本原理，通过控制水雾粒度分布来提高水雾汽化冷却在混合冷却机制(包括接触传热冷却、膜沸腾冷却和汽化冷却)中的比例和换热效率，拓宽了传统水雾冷却能力的范围；通过控制热轧棒线材表面冷却速度来控制晶粒细化与贝氏体转变，在避免传统穿水冷却导致马氏体环形成的前提下，提高棒线材的强塑性以及强屈比的同时缓解钢筋表面红锈Fe₂O₃的生成。

本发明包括两个冷却区：即分段阶梯型冷却区和快冷区；还包括与分段阶梯型冷却装置相连接的配套集成系统。其中分段阶梯型冷却区由4～6段(每段长度根据冷却线长度进行调整)的10～25组水雾汽化冷却喷嘴和水雾强化喷嘴构成的降温-返温阶梯型冷却段，水雾汽化冷却喷嘴和水雾强化喷嘴间隔分布，距离控制在20～240mm，根据轧制速度和温度进行调整；快冷区由1～2段快冷型紊流管冷却器组成；钢筋依次穿过分段阶梯型冷却区和快冷区，同时由配套集成系统来进行各个工艺参数的调节和控制。所述的配套集成系统由阀架系统和在线控制系统组成，其中两个冷却区所需的水路气路流量、压力的供应由阀架系统来提供。工艺信号和参数的反馈及调节由在线控制系统来完成。

所述用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴由快换接头1、进水口2、进气口3、混合腔4、雾化腔5、水雾喷头6组成，按先后顺序依次连接，经配套集成系统中的双联通式过滤器过滤后的浊环水依次通过快接接头1和进水口2进入混合腔4，压缩空气依次通过快接接头1和进气口3进入混合腔4，然后依次进入雾化腔5、水雾喷头6后射向钢筋表面。通过调节水压、水量、气压、气量控制水雾粒度分布，为汽化冷却提供所需的水雾粒度范围。

本发明所述用于热轧高强度钢筋的水雾强化喷嘴由进水口11、环形水管12、水雾强化喷头13组成，按先后顺序依次连接，通过调节水压、水量、钢筋表面的距离、喷射角度等控制水滴粒度分布，为进一步汽化冷却提供所需的水滴粒度范围。

本发明所述用于热轧高强度钢筋的快冷区的快冷型紊流管冷却器由进水口101、水封102、可变角度的紊流管103、水封104、泄水阀105、循环水管106、气封107组成，按先后顺序依次连接，通过调节水压、水量，为实现二次快速冷却提供所需的水量，同时抑制钢筋表面产生的气膜，进一步提高换热效率。

本发明所述的阀架系统由供水阀架系统和供气阀架系统组成，其中，供水阀架系统由水管道21、双联通式过滤器22、调节阀门23、压力表24、流量计25按先后顺序依次连接组成；供气阀架系统由气管道31、储气罐32、调节阀门33、压力表34、流量计35按先后顺序依次连接组成。主要是为控制界面提供传输信号、气路和水路所需的流量、压力、汽水比等。