专利名称：热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于轧钢机械技术领域。
技术背景本实用新型产生的技术背景是，目前采用的热轧棒、线材生产线穿水冷却用的水冷装置是由最外层是钢板焊接的水箱，水箱内设冷却喷嘴、冷却水管和反向喷嘴等部件组成的。冷却水由喷嘴的环形缝隙喷出，冷却水被水冷箱收集，并通过下端的排水口排出。
原有技术不足之处是，冷却水被径向引入喷嘴内的环形内腔，水流阻力较大，喷嘴环形缝隙喷出的冷却水动能不足，喷嘴的环形缝隙容易被冷却水中悬浮颗粒堵塞，所以要求供水压力很高，且水源必须经过净化处理。全部冷却喷嘴和冷却管都设在冷却箱体之中，增大了安装和调整的不便。
这里所叙述的技术背景内容在冶金工业出版社1995版的《高速轧机线材生产》的第335～337页能够部分地反映出来。
发明目的本实用新型的目的是设计一种热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置。给出的装置允许冷却水中含有较大的悬浮颗粒，达到即利用悬浮颗粒的动能来强化冷却效果的目的，又不会发生堵塞喷嘴问题，喷嘴内介质流动阻力小，喷射动能大。而且水源无需净化处理，水压也允许比原有技术的低，并达到操作和维护简单，工作可靠的目的。
发明内容
该实用新型给出的“热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置”所要解决的技术问题是允许直接使用不经净化处理的循环水，达到即利用水中的悬浮颗粒的动能来提高冷却效果的目的，又避免发生悬浮颗粒堵塞喷嘴的问题出现，且要求喷嘴内介质流动阻力小，喷射动能大。给出的设备要求操作、维护简单，工作可靠。
该实用新型的技术方案是它由入口集水箱，正向喷嘴，冷却水管，支架，回水箱，反向喷嘴，清扫喷嘴，出口集水箱和内设主回水管的底座构成。薄钢板焊接而成的圆柱形入口集水箱以悬臂方式用螺栓固定在正向喷嘴的喇叭形入口导管的凸缘上。钢管制成的冷却水管通过其自身一端的法兰盘被螺栓固定在正向喷嘴的导流锥套的出口端。冷却水管内装有多个变内经的紊流套，紊流套与钢管采用间隙配合，而构成了变内经结构。冷却水管由安装在底座上面板的支架支撑。密封的水平剖分式的回水箱设在冷却水管和反向喷嘴之间的底座上，回水箱的剖分面分别扣在了冷却水管和反向喷嘴入口导管的轴肩上，在配合面上填充了密封材料。出口集水箱设在反向喷嘴和清扫喷嘴之间的底座上。入口集水箱，回水箱和出口集水箱下部的排水孔分别伸入到底座内设的主回水管上部的进水孔中。
在热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置上，冷却水通过喷嘴座的法兰被切向引入了喷嘴座内的环形内腔，由导流锥和导流套组成的喷嘴中喷出。入口集水箱、回水箱和出口集水箱将工作时收集的冷却水，通过箱体底部的排水孔流入主回水管，最后集中返回凉水池循环使用。
本实用新型的有益效果是，结构上实现了冷却水被切向地引入喷嘴内的环形内腔，不仅可以减小流动阻力，而且还允许采用相对低的水压。带有圆弧形导槽的导流锥和导流锥套组成的收敛通道，因其收敛作用使得喷出的流股具有较大的动能。物质动能与其自身质量成正比，冷却水中的悬浮颗粒主要成分为氧化铁颗粒，而同体积的氧化铁质量大约为水的5.7倍，即氧化铁动能也为水的5.7倍。这些颗粒的动能会有效地打破炽热的轧件遇水后在表面形成的蒸汽膜。实现这一目的的主要障碍是解决采用无净化处理的循环水造成的喷嘴堵塞问题。本实用新型给出的带有圆弧形导槽的导流锥和导流锥套组成的收敛通道，允许冷却水中所含最大悬浮颗粒直径不超过收敛通道末端的尺寸，这就有效地防止了喷嘴堵塞问题的出现。冷却水管内因设置了多个紊流套，迫使冷却水作紊态流动，强化了水与轧件的热交换能力。
此热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置与现有水冷装置相比，不仅具有冷却效率高，结构简单，造价低廉，操作方便的特点，更主要的是可以使用未经净化处理的含有较大悬浮颗粒、较低水压的浊水。
图1 强力穿水冷却装置的立剖面图。1—入口集水箱，2—正向喷嘴，3—冷却水管，4—支架，5—回水箱，6—主回水管，7—反向喷嘴，8—出口集水箱，9—清扫喷嘴，10—轧件，11—底座。
图2正向喷嘴剖视图。12—入口导管，13—导流锥，14—导流锥密封圈，15—喷嘴座，16—导流锥套，17—导流锥套密封圈，18—锁紧螺母。
图3喷嘴座剖面图。19—喷嘴座外接法兰。
图4为图5的剖面图。20—导流锥剖视图。
图5为图4的俯视图。21—圆弧形收敛通道。
图6冷却水管。22—连接法兰，23—外管固定螺栓，24—入口端内套，25—过渡套，26—紊流套，27—出口端内套，28—螺栓，29—冷却水管外管。
具体实施方式
热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置设在轧制线的精轧机与输出辊道之间。用于替代现有水冷装置。该设备结构及其特点分述如下。
热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置如图1所示。包括入口集水箱(1)，它是由薄钢板焊接而成的圆柱形，入口集水箱以悬臂方式用螺栓固定在正向喷嘴(2)的喇叭形入口导管的凸缘上，用来收集由正向喷嘴中反向流出的冷却水。正向喷嘴喷射出的冷却水进入被支架(4)支撑的冷却水管(3)中，对在管内穿过的轧件(10)进行冷却。冷却管内流出的冷却水落入密封的回水箱(5)，附着在离开冷却水管的轧件表面上的冷却水，在反向喷嘴(7)喷射出的高压水流和清扫喷嘴(9)喷出的压缩空气气流的作用下，被分别挡在了回水箱和出口集水箱(10)内。入口集水箱、回水箱和出口集水箱收集到的冷却水通过箱体底部的排水孔进入主回水管(6)，上述全部部件除主回水管外，都用螺栓固定在底座(11)上。主回水管以点焊方式固定在底座的内部，其排水斜度为1∶100。
喷嘴部件的装配关系如图2所示。入口导管(12)的喇叭形状有利于将轧件导入正向喷嘴的导流锥(13)，导流锥被锁紧螺母(18)锁紧在特定位置上，导流锥和导流锥套(16)的锥面套接在一起构成了喷嘴，旋转导流锥则由于导流锥与喷嘴座(15)之间螺旋副的配合关系而灵活地调整喷嘴的开口度。导流锥密封圈(14)和导流锥套密封圈(17)的采用，防止了喷嘴座环形内腔里冷却水的泄漏。冷却水通过图3所示的喷嘴座外接法兰(19)被切向导入了喷嘴座的环形内腔。
图4表示的是图5的剖面图，通过导流锥剖视图(20)和图5可以看出设在导流锥锥面上的圆弧形收敛通道(21)表示了液流在由喷嘴中喷出之前的运动路径。这样的导流通道具有通流阻力小，喷射出来的流股动能大的特点，能有效的打破轧件表面的蒸汽膜，并允许冷却水内含有不超过收敛通道末端尺寸的悬浮颗粒。
冷却水管的装配关系如图6所示。冷却水管外管(29)一端的连接法兰(22)将冷却水管与正向喷嘴上的导流锥套用螺栓固定在一起。冷却水管外管(29)的内腔以间隙配合方式装入多个过渡套(25)及紊流套(26)，形成了内经延长度变化的孔腔。冷却水管内的入口端内套(24)、过渡套、紊流套和被螺栓(28)固定在冷却水管外管出口内的内套(27)一起组成了迫使流体作稳态流动的内腔。冷却水管的另一端用外管固定螺栓(23)与连接法兰装配在一起。这种结构也有利于更换紊流套等易损件。
热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置对轧件实施冷却过程可参阅图1～图5。待冷却的轧件(10)进入热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置的喇叭形入口导管(12)便开始了轧件的穿水冷却过程。喷嘴座(15)的外接法兰(19)与供水管相接，冷却水被切向的导入了喷嘴座的环形内腔，有效地减小了水的流动阻力。环形内腔中的冷却水经过导流锥(13)锥面上设置的圆弧形收敛通道(21)和导流锥套(16)组成的喷嘴中喷出，喷出的流股中夹带有大量的氧化铁悬浮颗粒。因为氧化铁所含有的动能大约为同体积水的5.7倍，当这样的流股冲击到炽热的轧件表面时，就能有效地打破轧件表面的蒸汽膜，提高了轧件与水的热交换强度。喷嘴中喷射出来的冷却水进入冷却水管(3)以后的流动状态对轧件的冷却效果至关重要，在冷却水管的孔内设有的紊流套(26)，在紊流套变内经的作用下，与轧件运动方向相一致的液体呈紊态流动，这就加大了轧件的冷却强度。离开冷却水管的轧件依次通过反向喷嘴(7)和清扫喷嘴(9)后完成冷却过程。轧件表面所附着的冷却水在反向喷嘴喷出的高压水流和清扫喷嘴喷出的压缩气流的共同作用下被分别挡在了回水箱和出口集水箱内，有效的防止了冷却水被轧件带出强力穿水冷却装置，净化了操作化境。由正向喷嘴、反向喷嘴喷出的冷却水，还有从轧件表面落下的冷却水通过入口集水箱(1)、回水箱(5)和出口集水箱(10)再经主回水管(6)最后集中返回凉水池，循环使用。
权利要求1.一种热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置，它由入口集水箱，正向喷嘴，冷却水管，支架，回水箱，反向喷嘴，清扫喷嘴，出口集水箱和内设主回水管的底座构成，薄钢板焊接而成的圆柱形入口集水箱以悬臂方式用螺栓固定在正向喷嘴的入口导管的喇叭形凸缘上，钢管制成的冷却水管通过其自身一端的法兰盘被螺栓安装在正向喷嘴上的导流锥套的出口端，冷却水管内装有多个变内经的紊流套，紊流套与钢管采用间隙配合，构成了变内经结构，冷却水管由安装在底座上的支架支撑，密封的回水箱设在冷却水管和反向喷嘴之间的底座上，出口集水箱设在反向喷嘴和清扫喷嘴之间的底座上，入口集水箱，回水箱和出口集水箱下部的排水孔分别伸入到底座内设的主回水管上部的进水孔中。
2.如权利要求1所述的一种热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置，其特征在于喷嘴是由中空管状体的一端锥面上设有的圆弧形收敛导槽的导流锥和与导流锥锥面锥度相同的圆锥形内孔的导流锥套组成的，在导流锥中部最大外径段车有螺纹，这段螺纹与铸造成型的喷嘴座上加工出来的内螺纹形成了间隙配合的装配关系，导流锥，导流锥套和喷嘴座的三条中心线重合。
3.如权利要求1所述的一种热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置，其特征在于正向喷嘴和反向喷嘴的喷射介质的接入管与其各自的环形内腔相切，喷射介质由导流锥套和导流锥面上的圆弧形收敛导槽组成的喷嘴中喷出。
4.如权利要求1所述的一种热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置，其特征在于冷却水管内设有多个紊流套，每个紊流套沿流动方向的内径先由大逐渐减小，再突然扩大，钢管制成的冷却水管的内孔与紊流套外圆采用间隙配合，出口端最后一段紊流套与钢管用螺钉固结在一起。
5.如权利要求1所述的一种热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置，其特征在于由钢板焊接的整体圆柱形入口集水箱，密封且可剖分式的出口集水箱和回水箱与设置在底座内的主回水管一起构成了冷却水的收集和返回系统，这三个水箱下底部的排水孔分别插入主回水管的接水孔。
6.如权利要求1所述的一种热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置，其特征在于主回水管设在整体底座内，并采用点焊方式将其与底座固结为一体，主回水管由大口径钢管制成，平放在底座中的主回水管的上部开有三个接水孔，这三个接水孔中心线恰好与权利要求5中提到的三个水箱箱底排水孔的中心线重合，单个热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置使用时的主回水管的一端封死，一段排水，多个热轧棒线材生产线用强力穿水冷却装置串联使用时，则通过主回水管端部的法兰将它们依次连接在一起。
专利摘要一种热轧棒线材生产线用轧件强力穿水冷却装置，属于轧钢机械。它包括正向喷嘴，冷却水管，回水箱，回水管，反向喷嘴，清扫喷嘴，集水箱等部件。其主要优点是切向导入喷嘴的冷却水，流动阻力小，收敛的圆弧形导流槽组成的喷嘴不易堵塞，流股喷射动能大，能有效地打破轧件表面的蒸汽膜；冷却水管内设多个紊流套，紊流态冷却水与轧件间热交换强度大。与常规水冷装置相比，具有轧件冷却速度大，结构简单，调整方便，造价低廉等特点。
文档编号B21B45/02GK2524851SQ0125984
公开日2002年12月11日 申请日期2001年8月22日 优先权日2001年8月22日
发明者任吉堂 申请人:任吉堂