本申請涉及軋鋼冶金工藝，尤其涉及一種大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、大型筒節(jié)是石油化工、核電和能源等領(lǐng)域核心基礎(chǔ)零部件，對裝備的穩(wěn)定運(yùn)行有著重大影響，其常服役于高溫、高壓等惡劣環(huán)境中，因而需具備優(yōu)良的力學(xué)性能。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對大型筒節(jié)的需求也逐漸增加。大型筒節(jié)作為超大厚件，直徑可達(dá)8m，軸向?qū)挾群秃穸确謩e可達(dá)3m和0.5m，重量可達(dá)數(shù)百噸。

2、差溫軋制技術(shù)是指對工件表面進(jìn)行冷卻，使表面硬化，同時心部仍維持高溫軟化狀態(tài)的特殊軋制工藝，在工件厚度方向上形成溫度梯度，使得不同厚度處的變形抗力發(fā)生變化，軋制過程中變形向心部滲透。差溫軋制技術(shù)可以應(yīng)對大型筒節(jié)徑向厚度大，軋制過程中塑性變形不均勻，易出現(xiàn)表層變形大，心部變形小，塑性變形難以滲透到心部，導(dǎo)致心部組織晶粒粗大，甚至存在裂紋等缺陷，進(jìn)而使得筒節(jié)報廢的問題。

3、現(xiàn)有環(huán)形噴淋組件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受重力影響導(dǎo)致筒節(jié)表面冷卻不均勻，冷卻能力無法自動調(diào)節(jié)，不適用于軋制過程中筒節(jié)厚度變化，冷卻能力要求隨之改變的情況，難以確保筒節(jié)內(nèi)部組織均勻。且冷卻水直接噴淋在筒節(jié)表面，易受污染，耗量大，增加了筒節(jié)表面開裂的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的實施例提供一種大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置及方法，在冷卻水的流量能夠根據(jù)軋制過程中筒節(jié)厚度方向上的溫度分布和管路中的流量波動自動調(diào)節(jié)的前提下，不僅通過雙向進(jìn)水減小了筒節(jié)軸向溫度差，而且由于冷卻水不與筒節(jié)直接接觸，減少了筒節(jié)表面開裂風(fēng)險，同時冷卻水無需過濾即可直接循環(huán)利用。

2、為達(dá)到上述目的，本申請的實施例提供了一種大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，包括溫度采集裝置、控制單元、上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置；上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置分別支撐在筒節(jié)的內(nèi)外壁面上；所述上冷卻支撐裝置包括上冷卻輥和對稱設(shè)置在上冷卻輥兩側(cè)的冷卻系統(tǒng)；所述上冷卻輥包括殼體、回流筒和中心支撐板；回流筒套設(shè)在殼體內(nèi)，殼體與回流筒之間形成回水環(huán)腔；中心支撐板將回水環(huán)腔和回流筒的內(nèi)腔均分隔為兩部分；所述下冷卻支撐裝置包括下冷卻輥和對稱設(shè)置在上冷卻輥兩側(cè)的冷卻系統(tǒng)；下冷卻輥的結(jié)構(gòu)與上冷卻輥相同，且下冷卻輥的直徑大于上冷卻輥的直徑；所述冷卻系統(tǒng)包括進(jìn)水管路、回水管路、水泵、水槽和多個噴淋組件；噴淋組件、進(jìn)水管路、水泵和水槽依次連通；噴淋組件能夠?qū)んw的內(nèi)壁面進(jìn)行噴射冷卻；回水環(huán)腔通過回水管路連通水槽；進(jìn)水管路上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥；所述溫度采集裝置能夠?qū)崟r采集筒節(jié)的內(nèi)外壁面、1/4厚度處和中心處溫度；溫度采集裝置、流量調(diào)節(jié)閥均與控制單元通信連接；所述控制單元能夠根據(jù)接收到的溫度采集裝置采集的溫度值生成筒節(jié)溫度分布曲線，并根據(jù)筒節(jié)溫度分布曲線調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥的開度。

3、進(jìn)一步地，所述回流筒包括回流筒筒體和設(shè)置在回流筒筒體兩端的側(cè)支撐板；側(cè)支撐板為圓環(huán)；側(cè)支撐板的外圓面與殼體的內(nèi)壁連接，內(nèi)孔與進(jìn)水管路的外壁連接；所述殼體的兩端設(shè)有開口；所述回水管路的出口與殼體的開口連接；回水管路套設(shè)在所述進(jìn)水管路外側(cè)；側(cè)支撐板上設(shè)有過流孔，回水環(huán)腔通過過流孔與回水管路連通；過流孔內(nèi)設(shè)有單向閥。

4、進(jìn)一步地，所述殼體的內(nèi)壁面和所述回流筒筒體的外壁面均為中間高兩側(cè)低的斜面。

5、進(jìn)一步地，所述進(jìn)水管路連接在所述中心支撐板的側(cè)面上；所述進(jìn)水管路包括進(jìn)水旋轉(zhuǎn)管路和進(jìn)水固定管路；所述回水管路包括回水旋轉(zhuǎn)管路和回水固定管路；所述冷卻系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器的外圈兩端分別連接回水旋轉(zhuǎn)管路和回水固定管路，內(nèi)圈兩端分別連接進(jìn)水旋轉(zhuǎn)管路和進(jìn)水固定管路。

6、進(jìn)一步地，多個所述噴淋組件沿所述進(jìn)水管路的軸向均勻分層設(shè)置；位于同一層的噴淋組件沿進(jìn)水管路的周向均布；噴淋組件包括噴頭和設(shè)置在噴頭與所述進(jìn)水管路之間的噴管；所述噴頭位于所述回水環(huán)腔內(nèi)。

7、進(jìn)一步地，所述噴頭為圓錐形噴頭，在最大水流平面上，相鄰兩個噴頭噴射出的水流相互重疊。

8、進(jìn)一步地，所述中心支撐板包括圓形支撐板和設(shè)置在圓形支撐板外周的外環(huán)板；所述外環(huán)板與所述殼體的內(nèi)壁連接；外環(huán)板的厚度小于圓形支撐板的厚度。。

9、進(jìn)一步地，所述進(jìn)水管路上設(shè)有流量計，流量計也與所述控制單元通信連接；控制單元能夠根據(jù)接收到的流量計的檢測值，微調(diào)所述流量調(diào)節(jié)閥的開度。

10、進(jìn)一步地，所述溫度采集裝置包括兩個表面溫度傳感器、兩個1/4厚度處溫度傳感器和一個中心溫度傳感器；兩個表面溫度傳感器分別設(shè)置在筒節(jié)的內(nèi)外表面上；1/4厚度處溫度傳感器和中心溫度傳感器均設(shè)置在筒節(jié)的端面上。

11、另一方面，本申請實施例同時提供了一種基于上述大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置的冷卻方法，包括以下步驟：s1、軋制開始前，溫度采集裝置實時采集空轉(zhuǎn)中的筒節(jié)的內(nèi)外壁面、1/4厚度處和中心處溫度值；控制單元根據(jù)接收到的溫度值生成溫度分布曲線；s2、控制單元根據(jù)溫度分布曲線調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的初始開度，噴淋組件向上冷卻輥或下冷卻輥的外殼內(nèi)壁面噴水冷卻；在上冷卻輥或下冷卻輥冷卻和空冷的共同作用下，筒節(jié)上形成預(yù)設(shè)溫度梯度；s3、開始軋制后，控制單元繼續(xù)接收溫度采集裝置檢測到的溫度值，并根據(jù)溫度值調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度，維持筒節(jié)溫度梯度穩(wěn)定。

12、本申請相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

13、1、本申請通過在上下冷卻輥兩側(cè)對稱設(shè)置冷卻系統(tǒng)，工作時兩套冷卻系統(tǒng)可同時進(jìn)水和排水，確保上下冷卻輥的軸向溫度均勻，由于上下冷卻輥和筒節(jié)的內(nèi)外壁面均接觸，因此實現(xiàn)了筒節(jié)軸向方向的均勻冷卻。

14、2、本申請通過在筒節(jié)上設(shè)置能夠?qū)崟r采集筒節(jié)的內(nèi)外壁面、1/4厚度處和中心處溫度的溫度采集裝置，并在進(jìn)水管路上設(shè)置流量計和流量調(diào)節(jié)閥，通過軋制時溫度采集裝置對所軋制大型筒節(jié)的溫度信號的采集，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度，構(gòu)成反饋調(diào)節(jié)回路；并通過流量計檢測進(jìn)口管路處冷卻水流量，來對流量調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行修正，克服流量波動帶來的干擾，構(gòu)成前饋調(diào)節(jié)回路，并通過前饋調(diào)節(jié)回路和反饋調(diào)節(jié)回路的共同作用，維持了筒節(jié)溫度梯度穩(wěn)定，克服了現(xiàn)有技術(shù)冷卻技術(shù)不能隨筒節(jié)厚度變化隨之改變的問題。

15、3、本申請通過上下冷卻輥與筒節(jié)的接觸來對筒節(jié)表面進(jìn)行冷卻，使用時冷卻水不受污染，無需過濾即可直接循環(huán)利用，克服了冷卻水與筒節(jié)表面直接接觸易引起筒節(jié)表面開裂，且冷卻水耗量大，無法直接循環(huán)利用的問題。

技術(shù)特征：

1.一種大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，包括溫度采集裝置、控制單元、上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置；上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置分別支撐在筒節(jié)的內(nèi)外壁面上；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述回流筒包括回流筒筒體和設(shè)置在回流筒筒體兩端的側(cè)支撐板；側(cè)支撐板為圓環(huán)；側(cè)支撐板的外圓面與殼體的內(nèi)壁連接，內(nèi)孔與進(jìn)水管路的外壁連接；所述殼體的兩端設(shè)有開口；所述回水管路的出口與殼體的開口連接；回水管路套設(shè)在所述進(jìn)水管路外側(cè)；側(cè)支撐板上設(shè)有過流孔，回水環(huán)腔通過過流孔與回水管路連通；過流孔內(nèi)設(shè)有單向閥。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述殼體的內(nèi)壁面和所述回流筒筒體的外壁面均為中間高兩側(cè)低的斜面。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述進(jìn)水管路連接在所述中心支撐板的側(cè)面上；所述進(jìn)水管路包括進(jìn)水旋轉(zhuǎn)管路和進(jìn)水固定管路；所述回水管路包括回水旋轉(zhuǎn)管路和回水固定管路；所述冷卻系統(tǒng)還包括轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器的外圈兩端分別連接回水旋轉(zhuǎn)管路和回水固定管路，內(nèi)圈兩端分別連接進(jìn)水旋轉(zhuǎn)管路和進(jìn)水固定管路。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，多個所述噴淋組件沿所述進(jìn)水管路的軸向均勻分層設(shè)置；位于同一層的噴淋組件沿進(jìn)水管路的周向均布；噴淋組件包括噴頭和設(shè)置在噴頭與所述進(jìn)水管路之間的噴管；所述噴頭位于所述回水環(huán)腔內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述噴頭為圓錐形噴頭，在最大水流平面上，相鄰兩個噴頭噴射出的水流相互重疊。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述中心支撐板包括圓形支撐板和設(shè)置在圓形支撐板外周的外環(huán)板；所述外環(huán)板與所述殼體的內(nèi)壁連接；外環(huán)板的厚度小于圓形支撐板的厚度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述進(jìn)水管路上設(shè)有流量計，流量計也與所述控制單元通信連接；控制單元能夠根據(jù)接收到的流量計的檢測值，微調(diào)所述流量調(diào)節(jié)閥的開度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述溫度采集裝置包括兩個表面溫度傳感器、兩個1/4厚度處溫度傳感器和一個中心溫度傳感器；兩個表面溫度傳感器分別設(shè)置在筒節(jié)的內(nèi)外表面上；兩個1/4厚度處溫度傳感器和中心溫度傳感器均設(shè)置在筒節(jié)的端面上。

10.一種基于權(quán)利要求1～9任一所述的大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置的冷卻方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種大型筒節(jié)差溫軋制形成穩(wěn)定溫度梯度的冷卻裝置及方法，涉及軋鋼冶金工藝技術(shù)領(lǐng)域。冷卻水的流量能夠根據(jù)筒節(jié)厚度方向上的溫度分布和管路中的流量波動自動調(diào)節(jié)，減小了筒節(jié)軸向溫度差和表面開裂風(fēng)險，冷卻水無需過濾即可循環(huán)利用。該冷卻裝置包括溫度采集裝置、控制單元、上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置；上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置分別支撐在筒節(jié)的內(nèi)外壁面上；上冷卻支撐裝置包括上冷卻輥和對稱設(shè)置在上冷卻輥兩側(cè)的冷卻系統(tǒng)；上冷卻輥包括殼體、回流筒和中心支撐板；下冷卻支撐裝置與上冷卻裝置的結(jié)構(gòu)相同；冷卻系統(tǒng)包括進(jìn)水管路、回水管路、水泵、水槽和多個噴淋組件。本申請同時提供了一種基于該裝置的冷卻方法。

技術(shù)研發(fā)人員：陳素文,徐航宇,丁文杰,谷大鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：燕山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21