风冷辊及明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统的制作方法

本申请涉及带钢生产线技术领域，具体而言，涉及一种风冷辊及明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统。

背景技术：

目前，带钢连续生产线的明火热处理炉的炉辊都采用水冷通轴冷却方式，将冷却水从炉辊的一端轴头通入，流过炉辊的中空结构，从炉辊的另一端轴头流出来达到冷却目的，以使炉辊在明火热处理炉中的高温环境下不会过热变形损坏。冷却炉辊后的冷却水温度能够达到60～70℃，这些带热量的水将流向车间的冷却塔散热冷却后再次循环利用。

现有的明火炉炉辊采用冷却水冷却存在如下缺点：

1.现有明火炉炉辊采用冷却水的冷却方式，冷却水带走了明火炉内大量热量，加大了能源消耗。

2.被水冷辊加热的冷却水需在厂房车间的冷却塔中进行冷却，增加了冷却塔的负荷。

3.由于采用冷却水冷却，冷却水的出口温度限制了炉辊外表面的温度不能超过100℃，会使得明火炉内烟气中的水蒸气在接触炉辊表面时发生冷凝，从而影响带钢表面质量。

4.在长期生产过程中，炉辊内壁会因为冷却水质的原因产生结垢现象(水过硬导致)，改变了炉辊表面的换热系数，导致炉辊冷却不均匀，从而使得炉辊变形损坏，大大缩短了炉辊的使用寿命。同时结垢现象也导致每个炉辊的冷却水入口需要配备水流量检测装置，以检测水流量是否因为炉辊内壁结垢现象变小、断流，以免炉辊温度过高损坏，增加了投资成本。

技术实现要素：

本申请的目的在于针对上述问题，提供一种风冷辊及明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统，炉辊的冷却介质改为通入空气冷却，炉辊内壁将不会有结垢现象，增加了炉辊的使用寿命，并且水流量检测装置将不再需要，降低了投资成本；同时排出的带热量的空气将用于生产线上的热风干燥装置干燥带钢，有效利用了原来冷却系统浪费的热量，降低了单位能耗，使上述问题得到改善。

根据本申请第一方面实施例的风冷辊，包括炉辊、进气轴头、出气轴头及内管；

炉辊为中空轴结构，进气轴头和出气轴头分别连接于炉辊的两端，进气轴头内形成有进气通道，出气轴头内形成有出气通道，内管同轴地设置在炉辊内，内管的一端与进气通道连通，内管的另一端封闭，内管和炉辊之间形成通气空间，内管的管壁上设置有连通内管的内腔和通气空间的通气孔，从进气轴头进入的空气依次经过内管的内腔和通气空间再从出气轴头流出。

根据本申请实施例的风冷辊，通过内管与炉辊的同轴设置，内管与炉辊之间形成通气空间；通过内管上开设的通气孔，实现内管的内腔与通气空间的连通；冷却空气能够从进气通道进入内管的内腔，经通气孔进入通气通道，再从出气通道流出，从而实现对炉辊的内壁的冷却，提高了炉辊的冷却效果。炉辊的冷却介质改为通入空气冷却，炉辊内壁将不会有结垢现象，增加了炉辊的使用寿命，并且水流量检测装置将不再需要，降低了投资成本。

另外，根据本申请实施例的风冷辊还具有如下附加的技术特征：

根据本申请的一些实施例，内管包括管体及堵头，管体为两端开口的中空结构，管体的一端与进气轴头连接，堵头位于管体的另一端且封堵管体的开口。

在上述实施方式中，管体的一端与进气轴头连接，并且进气通道与管体的内腔连通，空气能够经进气通道进入管体的内腔；堵头封堵管体的另一端的开口，进入管体的内腔的空气经通气孔进入通气空间，从而作用于炉辊的内壁，在通气空间内与炉辊的内壁进行热交换，然后经出气通道流出，提高了炉辊的冷却效果。

根据本申请的一些实施例，通气孔设置有多个，多个通气孔沿内管的轴向及周向间隔分布。

在上述实施方式中，通气孔沿内管的轴向及周向间隔分布，使得内管的内腔与通气空间具有多个空气流通的通道，便于空气从不同的方向进入通气空间，从而增加了进入通气空间的空气的流量，提高了空气在通气空间内与炉辊进行热交换的效果。

根据本申请的一些实施例，通气孔的轴线沿内管的径向分布。

在上述实施方式中，通气孔的轴线沿内管的径向分布，使得通气孔与炉辊的内壁之间的间距最小，空气从通气孔流出后能够直接作用于炉辊的内壁，提高了从通气孔内流出的空气与炉辊的内壁的热交换的效果，便于实现对炉辊的冷却。

根据本申请的一些实施例，进气轴头与炉辊密封连接，出气轴头与炉辊密封连接。

在上述实施方式中，进气轴头和炉辊密封连接、出气轴头与炉辊密封连接，保证空气在通气空间内进行热交换的效果，防止空气泄漏而影响空气对炉辊的内壁的冷却。

根据本申请第二方面实施例的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统，包括送风机构、进气导管、出气导管及根据本申请第一方面实施例的风冷辊；

送风机构的出风端与进气导管的一端连接，进气导管的另一端与进气轴头连接，出气轴头与出气导管的一端连接，出气导管的另一端用于与干燥装置相连。

根据本申请实施例的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统，通过送风机构提供的冷却空气经进气导管、进气通道及内管的内腔进入通气空间，并在通气空间内与炉辊的内壁进行热交换，对炉辊的内壁进行冷却，然后经出气通道和出气导管送入干燥装置，排出的带热量的空气将用于生产线上的热风干燥装置干燥带钢，有效利用了原来冷却系统浪费的热量，降低了单位能耗。

根据本申请的一些实施例，进气导管上设置有炉辊风量调节阀，出气导管上设置有温度检测仪。

在上述实施方式中，通过出气导管上的温度检测仪检测出气管道的空气的温度，实现对炉辊的热交换效果的了解，实时监控炉辊的损坏情况；通过炉辊风量调节阀，控制进气导管的空气流量，从而调节对炉辊的热交换控制。

在本申请的一些具体实施例中，温度检测仪与炉辊风量调节阀电连接，炉辊风量调节阀用于响应温度检测仪检测的温度信号调节阀门的开度。

在上述实施方式中，当温度检测仪与炉辊风量调节阀电连接后，温度检测仪检测到的温度信号会发送至炉辊风量调节阀，炉辊风量调节阀根据温度信号调节阀门的开度，从而实现对进风导管内的空气流量的调节。

根据本申请的一些实施例，送风机构的出风端设置有压力检测仪。

在上述实施方式中，压力检测仪用于检测送风机构的出风压力，确保供风压力稳定。

在本申请的一些具体实施例中，压力检测仪与送风机构电连接，送风机构用于响应压力检测仪检测的压力信号调节送风机构的送风量。

在上述实施方式中，当压力检测仪与送风机构电连接后，通过压力检测仪的压力信号，送风机构调节送风量，便于实现对进气管道的供风压力控制。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请第一实施例提供的风冷辊的剖视图；

图2为本申请第二实施例提供的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统的示意图。

图标：100-风冷辊；11-炉辊；12-进气轴头；121-进气通道；13-出气轴头；131-出气通道；14-内管；141-通气孔；142-管体；143-堵头；15-通气空间；151-空气流通通道；200-明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统；21-送风机构；22-进气导管；23-出气导管；24-炉辊风量调节阀；25-温度检测仪；26-压力检测仪。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。

第一方面实施例

下面参考图描述根据本申请第一方面实施例的风冷辊100。

如图1所示，根据本申请实施例的风冷辊100，包括：炉辊11、进气轴头12、出气轴头13及内管14。

具体而言，炉辊11为中空轴结构，其采用耐热钢制成，便于实现对带钢的承载。进气轴头12和出气轴头13分别连接于炉辊11的两端，进气轴头12内形成有进气通道121，出气轴头13内形成有出气通道131，进气通道121与出气通道131均能实现空气的流通。内管14同轴地设置在炉辊11内，内管14的一端与进气通道121连通，内管14的另一端封闭，进气通道121内的空气能够流入内管14的内腔内。内管14和炉辊11之间形成通气空间15，内管14的管壁上设置有连通内管14的内腔和通气空间15的通气孔141，从进气轴头12进入的空气依次经过内管14的内腔和通气空间15再从出气轴头13流出。通气空间15可以理解为内管14的外壁与炉辊11的内壁之间的空间。

根据本申请实施例的风冷辊100，进气轴头12与气源相连，当(冷却)空气经进气通道121进入内管14的内腔后，空气经通气孔141进入通气空间15，并在通气空间15内进行热交换，实现对炉辊11的内壁的冷却，提高了炉辊11的冷却效果；热交换后的空气经出气通道131流出。炉辊11的冷却介质由水换为了空气，炉辊11的内壁将不会有结垢现象，增加了炉辊11的使用寿命，并且水流量监测装置将不再需要，同时也降低了冷却塔的冷却能力，降低了投资成本。

根据本申请的一些实施例，内管14包括管体142和堵头143。管体142为两端开口的中空结构，管体142的一端与进气轴头12连接，进气通道121与管体142的内腔连通；堵头143位于管体142的另一端，并且与罐体相连以封堵管体142的开口。通气孔141开设于管体142的管壁上，并且通气孔141实现管体142的内腔与通气空间15的连通，空气经进气通道121进入管体142的内腔后，经通气孔141进入通气空间15。从进气通道121进入的空气的温度为常温(或者低于常温)，空气从通气孔141进入通气空间15，并从出气通道131流出，在空气流动的过程中，空气带走了炉辊11的热量，实现对炉辊11的内壁的热交换，从而对炉辊11进行冷却。

如图1所示，管体142的靠近出气轴头13的一端与出气轴头13的端部之间具有空气流通通道151，出气通道131与空气流通通道151连通。由于堵头143的封堵，管体142的内腔内的空气，只能从通气孔141进入通气空间15内，在通气空间15内进行热交换后的空气经空气流通通道151进入出气通道131流出。

内管14的结构设计，增加了空气在通气空间15内的流程，提高了空气在通气空间15的流动性，提高了空气对炉辊11的热交换效率。

根据本申请的一些实施例，通气孔141设置有多个，多个通气孔141沿内管14的轴向及周向间隔分布。通气孔141的设置方式，增加了内管14的内腔与通气空间15的连通面积，使得内管14的内腔与通气空间15具有多个空气流通的通道，便于空气从不同的方向进入通气空间15，从而增加了进入通气空间15的空气的流量，提高了空气在通气空间15内与炉辊11进行热交换的效果。

根据本申请的一些实施例，通气孔141的轴线沿内管14的径向分布。结合内管14与炉辊11的同轴设置，通气孔141的轴线沿内管14的径向分布，也即通气孔141的轴线垂直于炉辊11的内壁，使得通气孔141与炉辊11的内壁之间的间距最小，空气从通气孔141流出后能够直接作用于炉辊11的内壁，提高了从通气孔141内流出的空气与炉辊11的内壁的热交换的效果，便于实现对炉辊11的冷却。

根据本申请的一些实施例，进气轴头12与炉辊11密封连接，出气轴头13与炉辊11密封连接。进气轴头12和炉辊11密封连接、出气轴头13与炉辊11密封连接，保证空气在通气空间15内进行热交换的效果，防止空气泄漏而影响空气对炉辊11的内壁的冷却，使得空气沿通气孔141进入通气空间15并从出气通道131流出，形成固定的流动路径，便于空气在通气空间15内进行热交换。

根据本申请第一方面实施例的风冷辊100的工作原理为：

当进气轴头12与气源相连后，空气经进气通道121进入内管14的内腔，并从通气孔141进入通气空间15，然后从出气通道131流出，形成空气流动路径；空气在流动的过程中，在通气空间15内与炉辊11进行热交换，带走炉辊11的热量，实现对炉辊11的冷却。内管14的通气孔141的设置，提高了炉辊11的冷却效果。

炉辊11的冷却介质改为通入空气冷却，炉辊11内壁将不会有结垢现象，增加了炉辊11的使用寿命，并且水流量检测装置将不再需要，降低了投资成本。

第二方面实施例

下面参考图描述根据本申请第二方面实施例的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200。

如图2所示，根据本申请第二方面实施例的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200，包括：送风机构21、进气导管22、出气导管23及根据本申请第一方面实施例的风冷辊100。

具体而言，送风机构21用于送风，可以采用风机，提供冷却空气(常温或低于常温的空气)；送风机构21的出风端与进气导管22的一端连接，进气导管22的另一端与进气轴头12连接，通过进气导管22将送风机构21送出的风(空气)送入进气轴头12的进气通道121。出气轴头13与出气导管23的一端连接，出气导管23的另一端用于与干燥装置相连，从出气轴头13流出的热空气经出气导管23送入干燥装置，用于其他工段的干燥。

根据本申请实施例的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200，通过送风机构21提供的冷却空气经进气导管22、进气通道121及内管14的内腔进入通气空间15，并在通气空间15内与炉辊11的内壁进行热交换，对炉辊11的内壁进行冷却；热交换后的空气变为热空气，然后经出气通道131和出气导管23送入干燥装置，排出的带热量的空气将用于生产线上的热风干燥装置干燥带钢，有效利用了原来冷却系统浪费的热量，降低了单位能耗。

根据本申请的一些实施例，进气导管22上设置有炉辊风量调节阀24，出气导管23上设置有温度检测仪25。

通过出气导管23上的温度检测仪25检测出气管道的空气的温度，实现对炉辊11的热交换效果的了解，实时监控炉辊11的损坏情况；在稳定运行的情况下，若空气温度(风温)出现明显的偏移，则说明炉辊11可能出现了破损，导致风泄露或炉辊11弯曲导致风阻变大影响风量，需要进行及时检修。通过炉辊风量调节阀24，控制进气导管22的空气流量，从而调节对炉辊11的热交换控制。

在本申请的一些具体实施例中，温度检测仪25与炉辊风量调节阀24电连接，炉辊风量调节阀24用于响应温度检测仪25检测的温度信号调节阀门的开度。在本申请的其他实施例中，炉辊风量调节阀24还可以为手动阀，操作员观察到温度检测仪25的温度值后，手动调节炉辊风量调节阀24的阀门开度。

当温度检测仪25与炉辊风量调节阀24电连接后，温度检测仪25检测到的温度信号会发送至炉辊风量调节阀24，炉辊风量调节阀24根据温度信号调节阀门的开度，从而实现对进风导管内的空气流量的调节。

进一步地，明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200还包括第一控制器(图中未标出)，第一控制器分别与温度检测仪25和炉辊风量调节阀24电连接。温度检测仪25用于检测出气导管23的出风温度，并生成温度信号发送至第一控制器；第一控制器用于根据接收到的温度信号控制炉辊风量调节阀24调节阀门的开度，从而改变进气导管22的空气流量，实现对进入风冷辊100的空气流量的控制，以改变出风温度。

根据本申请的一些实施例，送风机构21的出风端设置有压力检测仪26。压力检测仪26用于检测送风机构21的出风压力，确保供风压力稳定。

在本申请的一些具体实施例中，压力检测仪26与送风机构21电连接，送风机构21用于响应压力检测仪26检测的压力信号调节送风机构21的送风量。

当压力检测仪26与送风机构21电连接后，通过压力检测仪26的压力信号，送风机构21调节送风量，便于实现对进气管道的供风压力控制。

进一步地，明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200还包括第二控制器(图中未标出)，第二控制器分别与送风机构21和压力检测仪26电连接。压力检测仪26用于检测进风管道内的空气压力，并生成压力电信号发送至第二控制器；第二控制器用于根据接收的压力电信号控制送风机构21的送风量，从而保证进气管道的送风压力，以保证空气对炉辊11的冷却效果。

需要指出的是，第一控制器与第二控制器可以为同一个控制器，也可以为不同的控制器；控制器采用plc控制器，便于实现自动化控制。第一控制和第二控制器均属于控制系统，本申请的实施例主要介绍明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200的构造，对于控制系统参照现有的电气控制系统。

进一步地，本申请实施例的风冷辊100的数量可以根据明火炉的实际情况选取，一个风冷辊100对应一个进气导管22、一个出气导管23，以保证炉辊11的冷却效果。

根据本申请第二方面实施例的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200的工作原理为：

通过送风机构21提供的冷却空气经进气导管22、进气通道121及内管14的内腔进入通气空间15，并在通气空间15内与炉辊11的内壁进行热交换，对炉辊11的内壁进行冷却，然后经出气通道131和出气导管23送入干燥装置，排出的带热量的空气将用于生产线上的热风干燥装置干燥带钢，有效利用了原来冷却系统浪费的热量，降低了单位能耗。

根据本申请实施例的明火炉风冷式炉辊热量回收利用系统200的有益效果为：

1.由于是冷却介质是空气，空气的比热远小于冷却水，因此，冷却空气带走的热量也远小于冷却水，同时，冷却空气吸收热量后可以直接用来做机组中清洗后、光整后、钝化后的热风干燥用风，可以很好的将热量进行再利用，并省去了采用水冷辊时清洗后、光整后、钝化后的热风干燥耗能。因此，相比于传统的水冷辊形式，采用风冷炉辊11，每年可产生大量的经济效益。

2.采用风冷辊100替代水冷辊，可降低的冷却塔的冷却能力，节约投资及平常运行成本。

3.风冷辊100的冷却风出口温度不会受到<100℃的限制，因此炉辊11表面不会有冷凝水出现从而影响带钢表面质量。

4.炉辊11内壁不会有结垢现象，延长炉辊11使用寿命。同时不用每根炉辊11配备水流量检测装置，降低了投资成本。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。