一种热轧无缝钢管在线控制冷却设备的制作方法

本发明属于热轧无缝钢管生产技术领域，特别是涉及一种热轧无缝钢管在线控制冷却设备。

背景技术：

目前，控轧控冷技术作为改善钢铁材料显微组织和提升力学性能的重要途径，已经在中厚板、带钢、型材和棒线材上得到了广泛应用，但在热轧无缝钢管领域，由于热轧无缝钢管生产工艺的复杂性和特殊性，使得控轧控冷技术在热轧无缝钢管领域的应用受到了很大制约。由于热轧无缝钢管具有圆形大断面特征，且热轧无缝钢管的规格变化范围较大，在冷却过程中，如何实现高效冷却和高均匀性冷却，现已成为控制冷却技术应用的关键。另外，不但要实现热轧无缝钢管圆周方向的冷却均匀性，同时要实现钢管长度方向的温度均匀性，因此，为了加快促进控制冷却技术在热轧无缝钢管领域的发展，迫切需要开发出适合于热轧无缝钢管的在线冷却设备，其应具备高效的冷却能力及高冷却均匀性，并且能够精准的控制终冷温度。

目前，针对热轧无缝钢管控制冷却设备的开发工作已经快速展开，而且已经出现了多种基于不同原理及形式的相关冷却设备方案，但是，这些已有的技术方案或多或少仍存在一些不足之处，具体如下：

①公开号为CN103264054A的中国专利申请，其公开了一种钢管均匀冷却装置，在该专利方案中，其将冷却水箱上的可调整喷嘴设置成了一个对钢管外壁进行喷水的喷水环，喷水环的中心线和钢管的运行方向呈5°～175°的夹角，并设置有可防止冷却水喷到钢管外壁的冷却水挡水机构，以及用于调整冷却水挡水机构与冷却水喷水机构之间距离的挡水装置调整机构，通过冷却水挡水机构和冷却水喷水机构实现钢管的冷却。

但是，在冷却过程中，钢管在冷却水挡水机构与冷却水喷水机构内部穿行，一旦钢管发生弯曲等突发状况时，难以将弯曲的钢管顺利取出；另外，对冷却水喷水机构的可调节手段没有明确提及，而针对不同厚度规格的钢管进行冷却时，为了满足不同终冷温度的控制需求，喷水环开启数量是重要的调节手段，但专利方案中的冷却水喷水机构为常开状态，导致该专利方案缺失了调节手段。

②公开号为CN201455003U的中国专利申请，其公开了一种实现无缝管控轧控冷的装置，在该专利方案中，其将安装有若干喷嘴的喷淋管绕水环轴线均匀设置并构成笼式结构，且喷淋嘴轴线与垂直线呈5°～20°的夹角，从而对钢管圆周方向实施冷却。

但是，由于该装置为封闭的环式结构，一旦钢管发生弯曲等突发状况时，难以将弯曲的钢管顺利取出；另外，该装置的几何尺寸需要与一定尺寸的无缝钢管相匹配，导致该装置所能适用的钢管规格受到限制，由于喷嘴布置形式较为单一，因此难以有效调控钢管圆周方向的冷却均匀性。

因此，尽管上述专利方案可以在一定程度上实现对热轧无缝钢管的控制冷却，但针对钢管圆形截面冷却均匀性、较大尺寸规格变化、终冷温度控制精度等方面，上述专利方案存在较大问题。同时，在热轧无缝钢管控制冷却过程中，对冷却速度参数、终冷温度参数、冷却路径等的调控手段和控制精度方面也存在明显的不足。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热轧无缝钢管在线控制冷却设备，有效克服了现有冷却装置的不足之处，其具备较高的冷却均匀性，能够高效冷却以及精准的控制终冷温度，具有更强的适用性以及较强的冷却能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种热轧无缝钢管在线控制冷却设备，包括数量若干的冷却喷环组，所述冷却喷环组位于冷却区的V型可变角度辊道之间，且若干冷却喷环组沿着辊道输送方向均布设置；所述冷却喷环组由4～8个独立的冷却喷环构成。

所述冷却喷环包括上半喷水环和下半喷水环，所述上半喷水环与下半喷水环结构相同且对称设置，上半喷水环及下半喷水环分别与分流集水管相连通，在上半喷水环与分流集水管之间、下半喷水环与分流集水管之间均连接有调节阀组，通过分流集水管及调节阀组对上半喷水环及下半喷水环的喷水流量和水压进行控制。

所述上半喷水环及下半喷水环的水压力调节范围为0.2～0.8MPa，上半喷水环及下半喷水环的喷水流量采用独立控制方式，且喷水流量范围为30～120m³/h，喷水流量采用无极调节方式。

在所述上半喷水环及下半喷水环的外表面设置进水口，在上半喷水环及下半喷水环内表面设置冷却喷嘴，冷却喷嘴数量若干且有序分布。

所述冷却喷嘴的射流方向与钢管运行方向具有夹角。

所述冷却喷环组配装在独立的升降机构上，冷却喷环组内各个独立的冷却喷环均安装在升降机构的移动升降杆上，升降机构通过液压系统进行驱动。

在所述升降机构的移动升降杆上安装有翻转机构，翻转机构与上半喷水环相固连，上半喷水环与下半喷水环之间通过翻转机构进行开启和闭合，且最大开启角度为110°。

本发明的有益效果：

本发明通过对环形射流冷却装置内上半喷水环及下半喷水环喷水流量进行独立设定，并通过对喷水环的开启数量、喷水流量及水压等参数进行设定，可以对任一管径(同时壁厚范围在10～60mm之间)的常规热轧无缝钢管实施控制冷却工艺，且根据实际需求设定冷却喷环组数量及每组冷却喷环组中的冷却喷环数量，将终冷温度精确控制在150～750℃范围内的目标温度；每个冷却喷环按照一定间距布置在V型可变角度辊道之间，便于排放冷却水，防止冷却水在冷却设备内堆积，利于钢管的高效率冷却换热，提高了冷却速率；同时，冷却喷环的上半喷水环与下半喷水环之间具备开启功能，当冷却过程中发生钢管弯曲等突发状况时，便于将弯曲的钢管顺利取出，并且开启的最大角度大于90°，防止了上半喷水环的意外闭合，确保了安全性。综上，本发明提供的热轧无缝钢管在线控制冷却设备具有更强的适用性，可满足终冷温度在150～750℃范围内的高强度、高均匀性、精准温度控制的热轧无缝钢管在线控制冷却工艺需要。

附图说明

图1为本发明的一种热轧无缝钢管在线控制冷却设备的布局示意图；

图2为本发明的冷却喷环(闭合状态)结构示意图；

图3为本发明的冷却喷环(开启状态)结构示意图；

图中，1—冷却喷环组，2—V型可变角度辊道，3—上半喷水环，4—下半喷水环，5—升降机构，6—移动升降杆，7—翻转机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～3所示，一种热轧无缝钢管在线控制冷却设备，包括数量若干的冷却喷环组1，所述冷却喷环组1位于冷却区的V型可变角度辊道2之间，且若干冷却喷环组1沿着辊道输送方向均布设置；所述冷却喷环组1由6个独立的冷却喷环构成。

所述冷却喷环包括上半喷水环3和下半喷水环4，所述上半喷水环3与下半喷水环4结构相同且对称设置，上半喷水环3及下半喷水环4分别与分流集水管相连通，在上半喷水环3与分流集水管之间、下半喷水环4与分流集水管之间均连接有调节阀组，通过分流集水管与调节阀组可对上半喷水环3及下半喷水环4的喷水流量和水压进行控制。

所述上半喷水环3及下半喷水环4的水压力调节范围为0.2～0.8MPa。

所述上半喷水环3及下半喷水环4的喷水流量可分别独立进行控制，根据工艺需求，调节范围为30～120m³/h，且喷水流量采用无极调节方式。

在所述上半喷水环3及下半喷水环4的外表面设置进水口，在上半喷水环3及下半喷水环4的内表面设置冷却喷嘴，冷却喷嘴数量若干且有序分布。

所述冷却喷嘴的射流方向与钢管运行方向具有夹角。

所述冷却喷环组1配装在独立的升降机构5上，冷却喷环组1内各个独立的冷却喷环均安装在升降机构5的移动升降杆6上，升降机构5通过液压系统进行驱动。

在所述升降机构5的移动升降杆6上安装有翻转机构7，翻转机构7与上半喷水环3相固连，上半喷水环3与下半喷水环4之间通过翻转机构7进行开启和闭合，且开启的最大角度大于90°，以便于冷却设备的维护及发生故障时的紧急处理，又确保了安全性。

实际使用过程中，根据钢管的实际规格与工艺需求，对冷却参数进行设定，具体包括冷却喷环组1内冷却喷环的开启数量、开启方式、喷水压力、上半喷水环及下半喷水环喷水流量等。再有，经过前期大量的试验验证表明，无论冷却过程中的钢管是否采用旋转的方式，冷却水在钢管的上半圆面和下半圆面的瞬时流动状态都是不一致的，因此，冷却喷环中上半喷水环3及下半喷水环4的喷水流量需要独立设定，进而保证钢管在圆周方向上的冷却均匀性。当钢管通过辊道从环形射流冷却装置内部穿过时，即可实现钢管的冷却过程。

其次，当钢管的实际外径规格变化时，只需调整升降机构5来改变冷却喷环组1的高度，进而保证冷却喷环与钢管的轴向中心线相重合，以满足不同规格钢管的冷却需要，使本发明的冷却设备具有了更强的适用性。

另外，由于冷却喷嘴的射流方向与钢管运行方向具有夹角，并且冷却喷嘴以射流冲击冷却的方式对钢管进行冷却，可以促进冷却水在钢管表面的瞬时有序流动并击破水膜，实现了冷却能力的进一步提升，也更好的保证了冷却均匀性。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。