本发明涉及芯棒的冷却技术领域，尤其是涉及一种芯棒的冷却工艺方法及其装置。
背景技术
芯棒是顶管机组参与钢管变形的重要工模具，其消耗量较大，并且芯棒的质量和成本直接关系到钢管生产的质量和效益。其中，在生产过程中，芯棒的温度均匀性直接影响到钢管的纵向壁厚均匀性和芯棒自身的磨损均匀性。比如，芯棒表面温度不均匀，导致钢管内壁温度不均匀，金属塑性变形滑移不一致，造成局部壁厚偏薄，造成钢管缺陷。
芯棒采用多支在线循环使用，每次轧制结束后受顶管机制特性的影响，导致芯棒从头部至尾部在轴向上呈现温度从高至低的不均匀性。而现有技术中，仅通过风扇打击产生的水雾定点对芯棒的头部进行冷却，存在冷却能力不足，且冷却效果可控性差，不能实现全长范围内的冷却等缺点。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种芯棒的冷却工艺方法，所述工艺方法能够对芯棒使用长度范围的芯棒进行精准降温，并且可实现芯棒轴向和径向冷却的均匀性，提高芯棒冷却后的温度均匀性，有效解决了现有技术因芯棒温度不均导致的钢管壁厚不均的问题。
本发明的第二目的在于提供一种芯棒的冷却装置，所述装置相比于传统装置，处理得到的芯棒冷却均匀性好，从而使得制备得到的钢管的性能优良。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种芯棒的冷却工艺方法，包括如下步骤：对芯棒进行气雾冷却；
其中，测定芯棒的温度t，根据温度t对芯棒沿轴向分段调控气雾冷却的气雾量。
现有技术中，仅通过风扇打击产生的水雾定点对芯棒的头部进行冷却，存在冷却能力不足，且冷却效果可控性差，不能实现全长范围内的冷却等缺点。
本发明的芯棒的冷却工艺方法，根据芯棒沿轴向的实际温度，根据不同点的实际温度，对芯棒进行不同气雾量的气雾冷却，芯棒温度较高的段，开启的喷嘴数量多，对应的气雾量相对较大，而芯棒温度较低的段，开启的喷嘴数量少或不开启，气雾量相对较小，以使得对芯棒轴向温度的精准降温，有效改善在连续轧制过程中因芯棒轴向温度不均导致的产品壁厚不均和芯棒磨损不均的问题。
优选的，对芯棒进行气雾冷却后，测定芯棒沿轴向的温度t1，若t1大于预设温度t0，则再次进行气雾冷却，根据温度t1对芯棒沿轴向分段调控气雾冷却的气雾量。
其中预设温度t0可以根据后续实际需求进行设置，比如100℃，200℃，300℃等等。
在一次气雾冷却后，对芯棒的温度进行测定，若测定的实际温度与预设温度相适应，则完成芯棒的冷却，无需继续冷却；若测定的实际温度高于预设温度，根据芯棒沿轴向的实际温度，按照一定气雾量要求，再次进行气雾冷却以对芯棒进行精准降温。
优选的，所述气雾冷却包括：将压缩空气与水混合喷出，形成气雾。更优选的，所述压缩空气的压力为0.5-1mpa。进一步优选的，所述压缩空气与水的体积比为1﹕(0.8-1.2)，优选1﹕1。
优选的，所述水的温度为20-40℃。
经过上述气雾后，压缩空气将水分割成了极细小的颗粒，能够提高水接触芯棒的蒸发的效率，从而能够在短时间内完成对芯棒的降温冷却。
优选的，对芯棒进行气雾冷却时，芯棒沿轴向前进。更优选的，所述前进的速度为1-2m/s，优选1.2-1.8m/s，更优选为1.5m/s。
芯棒沿轴向前进，能够保证了芯棒在径向方向上冷却的均匀性，避免局部冷却不均匀。
优选的，所述芯棒的使用长度为5-18m，更优选为6-17.5m，进一步优选为8-15m。
采用本发明所述的芯棒的冷却工艺方法，能够保证在芯棒的全使用长度范围内实现精准降温，保证温度的均匀性。
优选的，完成芯棒冷却后，测定芯棒的温度t2，与预设温度t0比较，根据比较结果调整气雾量。更优选的，若t2＝t0，按原有气雾量进行气雾冷却；若t2＞t0，增加气雾量；若t2＜t0，降低气雾量。
本发明对完成冷却的芯棒进行温度测定，根据芯棒在冷却后、入均热炉前的实际温度，将此温度反馈并修正，根据反馈结果，调整气雾量的大小，以使气雾冷却方式可实现对芯棒的精准降温。
本发明还提供了实施所述芯棒的冷却工艺方法的装置，包括中空箱体、平行排列的冷却环、空气管道、水管道、温度探测器和控制器；
所述冷却环设置于中空箱体内，并沿中空箱体轴向排列，所述冷却环内侧设置有喷嘴；所述空气管道和水管道分别与所述冷却环连通；所述温度探测器用于测定芯棒的温度，并与所述p控制器电连接，将测定的温度反馈至控制器；所述控制器将温度探测器反馈的温度数据与预设温度数据进行比较，控制器根据比较结果调控喷嘴的开闭数量。
本发明所述的芯棒的冷却装置相比于传统的装置，处理得到的芯棒降温效果精准，冷却均匀性好，根据控制器将芯棒实际温度与预设温度进行比对，调控喷嘴开启数量，从而调整气雾量，对沿芯棒轴向温度较高的部位加大气雾量，对沿芯棒轴向温度较低的部位减小气雾量，对沿芯棒轴向温度适宜的部位不冷却，实现了精准的分段调控，在满足冷却能力的同时，尽可能的降低用水量。并且，采用水箱，在相对密闭的空间内对芯棒进行冷却，减少了对周围环境的影响。
优选的，所述装置包括至少三个温度探测器，分别为第一温度探测器、第二温度探测器和第三温度探测器，所述第一温度探测器和第三温度探测器分别设置于中空箱体的两端，所述第二温度探测器设置于中空箱体中，并位于第一温度探测器和第三温度探测器之间。
优选的，所述冷却环内侧沿冷却环周向均匀排布六个喷嘴；所述喷嘴为扇形喷嘴；所述喷嘴的喷射角度为30±2°；所述喷嘴与芯棒之间的距离为100-115mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所述的芯棒的冷却工艺方法，根据芯棒沿轴向的实际温度，根据不同点的实际温度，对芯棒进行不同气雾量的气雾冷却，芯棒温度较高的段，对应的气雾量相对较大，而芯棒温度较低的段，气雾量相对较小，以使得对芯棒轴向温度的精准降温，有效改善在连续轧制过程中因芯棒轴向温度不均导致的产品壁厚不均和芯棒磨损不均的问题；
(2)本发明所述的冷却工艺方法，在一次气雾冷却后，对芯棒的温度进行测定，若测定的实际温度与预设温度相适应，则完成芯棒的冷却，无需继续冷却；若测定的实际温度高于预设温度，根据芯棒沿轴向的实际温度，按照一定气雾量要求，再次进行气雾冷却以对芯棒进行精准降温；
(3)本发明所述的芯棒的冷却装置相比于传统的装置，处理得到的芯棒降温效果精准，冷却均匀性好，根据控制器将芯棒实际温度与预设温度进行比对，调控喷嘴开启数量，从而调整气雾量，对沿芯棒轴向温度较高的部位加大气雾量，对沿芯棒轴向温度较低的部位减小气雾量，对沿芯棒轴向温度适宜的部位不冷却，实现了精准的分段调控，在满足冷却能力的同时，尽可能的降低用水量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的芯棒冷却装置的结构示意图；
图2为图1所示的芯棒冷却装置的中空箱体内的侧视图；
图3为比较例1的冷却装置的结构示意图。
附图标记：
1-中空箱体；2-冷却环；3-空气管道；
4-水管道；5-空气压缩机；6-水泵；
7-第一温度探测器；8-第二温度探测器；9-第三温度探测器；
21-喷嘴；10-冷却风机。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种芯棒的冷却工艺方法，包括如下步骤：对芯棒进行气雾冷却；
其中，测定芯棒的温度t，根据温度t对芯棒沿轴向分段调控气雾冷却的气雾量。
本发明的芯棒的冷却工艺方法，根据芯棒沿轴向的实际温度，根据不同点的实际温度，对芯棒进行不同气雾量的气雾冷却，芯棒温度较高的段，对应的气雾量相对较大，而芯棒温度较低的段，气雾量相对较小，以使得对芯棒轴向温度的精准降温，有效改善在连续轧制过程中因芯棒轴向温度不均导致的产品壁厚不均和芯棒磨损不均的问题。
在本发明一优选实施方式中，对芯棒进行气雾冷却后，测定芯棒沿轴向的温度t1，若t1大于预设温度t0，则再次进行气雾冷却。
在本发明一优选实施方式中，所述气雾冷却包括：将压缩空气与水混合喷出，形成气雾。更优选的，所述压缩空气的压力为0.5-1mpa。进一步优选的，所述压缩空气与水的体积比为1﹕(0.8-1.2)。
在本发明一优选实施方式中，所述水的温度为20-40℃。
在本发明一优选实施方式中，对芯棒进行气雾冷却时，芯棒沿轴向前进。进一步优选的，所述前进的速度为1-2m/s，优选1.2-1.8m/s，更优选1.5m/s。
在本发明一优选实施方式中，所述芯棒的使用长度为5-18m，更优选为6-17.5m，进一步优选为8-15m。
在本发明一优选实施方式中，完成芯棒冷却后，测定芯棒的温度t2，与预设温度t0比较，根据比较结果调整气雾量。更优选的，若t2＝t0，按原有气雾量进行气雾冷却；若t2＞t0，增加气雾量；若t2＜t0，降低气雾量。
本发明还提供了实施所述芯棒的冷却工艺方法的装置，包括中空箱体、平行排列的冷却环、空气管道、水管道、温度探测器和控制器；
所述冷却环设置于中空箱体内，并沿中空箱体轴向排列，所述冷却环内侧设置有喷嘴；所述空气管道和水管道分别与所述冷却环连通；所述温度探测器用于测定芯棒的温度，并与所述控制器电连接，将测定的温度反馈至控制器；所述控制器将温度探测器反馈的温度数据与预设温度数据进行比较，控制器根据比较结果调控喷嘴的开闭数量。
本发明所述的芯棒的冷却装置相比于传统的装置，处理得到的芯棒降温效果精准，冷却均匀性好，根据控制器将芯棒实际温度与预设温度进行比对，调控喷嘴开启数量，从而调整气雾量，对沿芯棒轴向温度较高的部位加大气雾量，对沿芯棒轴向温度较低的部位减小气雾量，对沿芯棒轴向温度适宜的部位不冷却，实现了精准的分段调控，在满足冷却能力的同时，尽可能的降低用水量。并且，采用水箱，在相对密闭的空间内对芯棒进行冷却，减少了对周围环境的影响。
在本发明一优选实施方式中，所述装置包括至少三个温度探测器，分别为第一温度探测器、第二温度探测器和第三温度探测器，所述第一温度探测器和第三温度探测器分别设置于中空箱体的两端，所述第二温度探测器设置于中空箱体中，并位于第一温度探测器和第三温度探测器之间。
在本发明一优选实施方式中，所述冷却环内侧沿冷却环周向均匀排布六个喷嘴；所述喷嘴为扇形喷嘴；所述喷嘴的喷射角度为30±2°；所述喷嘴与芯棒之间的距离为100-115mm。
图1是本发明实施例提供芯棒冷却装置的结构示意图；图2是图1所示的芯棒冷却装置的中空箱体内的侧视图。如图1-2所示，本实施例提供的芯棒冷却装置，包括中空箱体1、平行排列的冷却环2、空气管道3、水管道4、空气压缩机5、水泵6、温度探测器和控制器。
所述冷却环2设置于中空箱体1内，并沿中空箱体1轴向排列，所述冷却环2的轴向与中空箱体1的轴向方向平行。所述空气管道3和所述水管道4分别与所述冷却环2连通，所述空气管道3另一端连接空气压缩机5，压缩空气通过空气管道3输送进入冷却环2中；所述水管道4另一端通过水泵6连接水箱，水泵6通过水管道4输送水进入冷却环2中，压缩空气与水混合后喷出形成水雾。
所述冷却环2内侧设置有喷嘴21，所述喷嘴21朝向冷却环2的环心方向，压缩空气与水混合后通过喷嘴21喷出，向环心方向喷射出水雾，对芯棒进行冷却降温。
所述温度探测器用于测定芯棒的温度，并与所述控制器电连接，将测定的温度反馈至控制器；所述控制器将温度探测器反馈的温度数据与预设温度数据进行比较，控制器根据比较结果调控喷嘴的开闭数量。本实施例中，所述装置设置有三个温度探测器，第一温度探测器7设置于中空箱体1的一端，第二温度探测器8设置于中空箱体1的中间，第三温度探测器9设置于中空箱体1的另一端。如，第一温度探测器7设置于第一个冷却环之前，第二温度探测器8设置于第六个和第七个冷却环之间，第三温度探测器9设置于第十个冷却环之后。温度探测器的设置可根据实际芯棒的长度等因素进行调节。
实施例1
本实施例所述的芯棒的冷却工艺方法，步骤如下：
(1)芯棒在除磷后，芯棒在中空箱体1内，穿过冷却环2的环心，沿芯棒的轴向前进，前进的速度为1-2m/s，通过第一温度探测器7测定芯棒各处的温度t，并且温度探测器将测定的芯棒的温度t反馈至plc模块，plc模块将温度t与预设温度t0进行比较，plc模块根据比较结果实时调控各处的冷却环上的喷嘴的开闭，根据温度t对芯棒沿轴向分段调控气雾冷却的气雾量，温度越高气雾量越大，温度相对较低则气雾量越小；针对各个冷却环位置处的芯棒的不同温度t，调节各个冷却环上的喷嘴的开闭；
(2)待完成步骤(1)中的一次气雾冷却后，通过第二温度探测器8测定芯棒各处的温度t1，并且温度探测器将测定的芯棒的温度t反馈至plc模块，plc模块将温度t1与预设温度t0进行比较，plc模块根据比较结果实时调控各处的冷却环上的喷嘴的开闭，温度越高开启数量越大，气雾量越大，温度相对较低，开启数量越小，则气雾量越小，若t1大于预设温度t0，则再次进行气雾冷却，同时芯棒沿其轴前进，前进的速度为1-2m/s；若t1等于预设温度t0，则关闭对应处的喷嘴，气雾量为0，停止对该处的气雾冷却处理；
(3)待完成步骤(2)中的二次气雾冷却后，得到完成冷却工艺的芯棒；采用第三温度探测器9测试芯棒各处的温度t2，反馈至plc模块，plc模块将其与预设温度t0比较，根据比较结果调整气雾量以对气雾冷却进行适当微调修正，若t2＝t0，plc模块控制按原有气雾量进行气雾冷却；若t2＞t0，plc模块控制增加相应位置处的气雾量；若t2＜t0，plc模块控制降低相应位置处的气雾量。
实施例2
本实施例以设置有10个平行排列的冷却环2的装置为例，第一温度探测器7设置于第一个冷却环之前，第二温度探测器8设置于第六个和第七个冷却环之间，第三温度探测器9设置于第十个冷却环之后，所述冷却环2内侧沿冷却环周向均匀排布六个喷嘴21，所述喷嘴21的喷射角度为30°，所述喷嘴21与芯棒之间的距离为105mm，以使用长度为10m的芯棒为例，所述的芯棒的冷却工艺方法，步骤如下：
(1)芯棒在除磷后，芯棒在中空箱体1内，穿过冷却环2的环心，沿芯棒的轴向前进，前进的速度为1.5m/s，通过第一温度探测器7测定芯棒各处的温度t，所述芯棒从使用长度头部至尾部的温度分别为0-3m，600-580℃；3-6m，580-560℃；6-7m，560-540℃；7-10m，540-520℃，，并且温度探测器将测定的芯棒的温度t反馈至控制器，控制器将温度t与预设温度t0＝475±5℃进行比较，控制器根据比较结果实时调控各处的冷却环上的喷嘴的开闭，使对于芯棒上温度为t的位置，通过开启的喷嘴数量，对芯棒进行气雾冷却；针对芯棒沿轴向的不同温度t，调节各个冷却环上的喷嘴的开闭，调整气雾量，以对芯棒进行冷却；对于0-3m的温度段，当第一温度探测器7检测到芯棒头部的温度后，芯棒沿轴向匀速前进，由于0-3m温度过高，控制器延时控制开启第一至第六个冷却环的全部喷嘴对芯棒进行气雾冷却降温，延时的时长根据芯棒的前进速度调节；随着芯棒的前进，第一温度探测器7检测到芯棒头部3-6m的温度，由于温度相对低于0-3m的温度，控制器延时控制开启第二至第六个冷却环的全部喷嘴，关闭第一个冷却环的喷嘴，以对芯棒进行气雾冷却，3-7m等依次类推；对于温度接近t0温度的芯棒段，控制器延时控制仅开启一个冷却环的喷嘴开启进行降温；
(2)待完成步骤(1)中的一次气雾冷却后，通过第二温度探测器8测定芯棒各处的温度t1，所述芯棒从使用长度头部至尾部的温度分别为0-3m，520-500℃；3-6m，500-490℃；6-7m，490-480℃；7-10m，480-460℃，并且温度探测器将测定的芯棒的温度t1反馈至控制器，控制器将温度t1与预设温度t0进行比较，控制器根据比较结果实时调控各处的冷却环上的喷嘴的开闭，若t1大于预设温度t0，则再次进行气雾冷却，根据芯棒不同点的温度调整气雾量，同时芯棒沿轴向前进，速度为1.5m/s；对于0-3m的温度段，当第二温度探测器8检测到芯棒头部的温度后，芯棒沿轴向匀速前进，由于0-3m温度仍相对过高，控制器延时控制开启第七至第十个冷却环的全部喷嘴对芯棒进行气雾冷却降温，延时的时长根据芯棒的前进速度调节；随着芯棒的前进，第二温度探测器8检测到芯棒头部3-6m的温度，由于温度相对低于0-3m的温度，控制器延时控制开启第八至第十个冷却环的全部喷嘴，关闭第七个冷却环的喷嘴，以对芯棒进行气雾冷却，3-7m等依次类推；对于温度等于或低于t0温度的芯棒段，控制器延时控制关闭所有冷却环的喷嘴，气雾量为0，停止对这一段的芯棒的冷却；
(3)待完成步骤(2)中的二次气雾冷却后，得到完成冷却工艺的芯棒；采用第三温度探测器9测试芯棒各处的温度t2，所述芯棒从使用长度头部至尾部的温度分别为0-3m，480-474℃；3-6m，474-472℃；6-7m，472-469℃；7-10m，469-465℃，反馈至控制器，控制器将其与预设温度t0比较，根据比较结果调整气雾量以对气雾冷却进行适当微调修正，若t2＝t0，控制器控制按原有气雾量进行气雾冷却；若t2＞t0，控制器控制增加相应位置处的气雾量；若t2＜t0，控制器控制降低相应位置处的气雾量。
比较例1
采用传统的冷却风机，用风扇打击水雾定点对芯棒的头部进行冷却的方式，其冷却装置的结构示意图如图3所示，其包括多个冷却风机10。将芯棒除磷后，芯棒的各段温度分别为：0-3m，580-540℃；3-6m，540-520℃；6-7m，520-500℃；7-10m，500-410℃；置于冷却装置上，开启冷却风机10，对芯棒头部冷却。
通过上述冷却方法对芯棒进行处理后，芯棒的温度为：0-3m，510-490℃；3-6m，490-470℃；6-7m，470-440℃；7-10m，440-370℃。
采用上述冷却方法，冷却能力不足，且冷却效果可控性差，不能实现全长范围内的均匀冷却。
本发明的芯棒的冷却工艺方法，根据芯棒沿轴向的实际温度，根据不同点的实际温度，对芯棒进行不同气雾量的气雾冷却，芯棒温度较高的段，对应的气雾量相对较大，而芯棒温度较低的段，气雾量相对较小，以使得对芯棒轴向温度的精准降温，有效改善在连续轧制过程中因芯棒轴向温度不均导致的产品壁厚不均和芯棒磨损不均的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。