专利名称：：一种热轧无缝钢管在线加速冷却装置及方法
技术领域：
：本发明属于轧钢
技术领域：
，特别涉及一种热轧无缝钢管在线加速冷却装置及方法。技术背景钢铁材料的控轧控冷技术(TMCP)、工艺及其对钢材组织性能的影响，一直是国内外材料工作的研究热点之一。近30年来，在板材、棒线材等领域，通过对热轧产品实施在线加速冷却(ACC)工艺，已经使力学性能获得显著的提高。但是，在热轧无缝钢管生产领域，由于产品形状的特点，无论是沿长度方向，或沿圆周方向的温度分布不均，都会导致钢管严重弯曲。因此，多年来，热轧无缝钢管的在线加速冷却工艺未能有效实施。
发明内容针对热轧无缝钢管产品生产工艺和形状特点，本发明提供一种热轧无缝钢管的在线加速冷却装置及方法，能够保证热轧无缝钢管加速冷却后，不发生因温度不均造成的弯曲现象。本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置包括定径机、冷却器、冷床和辊道组。其特征在于将原有的热轧无缝钢管冷却系统的对椎形辊道组分为两套辊道组，在每套对椎形辊道组的下面装配有一套水平旋转机构和一套电气元件控制设备，使每套辊道组都成为可变角度辊道组，且每套可变角度辊道组的长度均至少等于生产钢管的长度。水平旋转机构由旋转体组和连杆组成，旋转体组的每个旋转体由旋转底座、旋转轴套和三个轴承组成，三个轴承为水平轴承、定位轴承和定心轴承，从上到下依次排列在旋转底座的下面；每个旋转体上连接一个对椎形辊道，对椎形辊道与旋转体固定在一起，可与旋转体同时旋转，各个旋转体之间用连杆通过旋转轴套连接在一起。两套可变角度辊道组的角度变化可以同时或分别进行，其中靠近定径机的可变角度辊道组为可变角度辊道i组，另一可变角度辊道组为可变角度辊道n组，每套可变角度辊道组的各个辊道的角度变化一致，可变角度辊道组旋转时的辊道中心线与可变角度辊道初始位置时的辊道中心线夹角e在10°~45°之间。本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却方法为采用本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置，按以下步骤操作1、当热轧无缝钢管未完全通过定径机时，两套可变角度辊道的辊道中心线与轧线垂直，处于初始位置。2、热轧无缝钢管完全通过定径机后，通过电气元件控制，两套可变角度辊道组的辊道中心线与初始位置时的辊道中心线夹角0呈10°~45°角，热轧无缝钢管的运动方式由水平前进变为螺旋前进。在辊道转速恒定的条件下，通过调节两套可变角度辊道组的角度变化大小，可以改变热轧无缝钢管的前进速度，从而可以调整热轧无缝钢管通过冷却器的时间。即辊道转速恒定的条件下，当可变角度辊道组的辊道中心线与初始位置时的辊道中心线夹角e为e,时，热轧无缝钢管的运动速度为vi，当可变角度辊道组的辊道中心线与初始位置时的辊道中心线夹角e为e2时，热轧无缝钢管的运动速度为V2，当e,〉e2时，Vl<v2。因此，可通过控制角度来实现钢管温度工艺参数的控制。3、热轧无缝钢管以螺旋前进方式通过冷却器，进入到可变角度辊道II组，直至冷床，无论冷却器内采用何种冷却方式，热轧无缝钢管都以螺旋前进方式，保持长度方向和圆周方向的均匀冷却，避免热轧无缝钢管冷后弯曲现象的发生；当热轧无缝钢管完全脱离定径机后的可变角度辊道I组，通过电气元件控制，可变角度辊道I组的辊道中心线恢复与轧线垂直，接后续的热轧无缝钢管，从步骤l开始，依次重复上述工艺过程。若停止在线冷却工艺，两套可变角度辊道组复位，可变角度辊道组的辊道中心线与轧线保持垂直，即为常规生产方式。旋转角度的变化由电气元件控制，即采用位置接近开关控制或位移编码器控制。电气元件控制采用接近开关控制时，其控制方法为根据工艺要求，预先设定可变角度辊道组的旋转角度，将位置接近开关调整到设定的位置；当系统得到旋转指令后，通过液压阀台控制液压缸活塞杆移动，液压缸活塞杆带动旋转轴套移动，使可变角度辊道组生旋转，各旋转底座和可变角度辊道组的角度一致变化，当液压缸活塞杆推动旋转轴套至位置接近开关时，位置接近开关控制液压阀台关闭，旋转动作完成。电气元件控制采用位移编码器控制时，通过液压缸中的位移编码器设定液压缸活塞杆的行程，当系统得到旋转指令后，通过液压阀台控制液压缸移动，液压缸活塞杆带动旋转轴套移动，使可变角度辊道组产生旋转，各旋转底座和可变角度辊道组的角度一致变化，当液压缸活塞杆推动旋转轴套至设定位置时，位移编码器控制液压阀台关闭，旋转动作完成。本发明方法依托的机械设备，是一种在生产过程中，可变化角度的水平旋转的对椎形辊道，通过对常规对椎形辊道进行改进，即可制备成本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置。采用该装置对热轧无缝钢管进行在线加速冷却，通过改变热轧无缝钢管的前进方式，保证了热轧无缝钢管沿长度方向和圆周方向均匀受热，避免了钢管发生弯曲的现象，具有良好的应用前景。图1为本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置应用示意图，图a、步骤1示意图，图b、步骤2示意图，图c、步骤3示意图；其中l、定径机，2、可变角度辊道I组，3、可变角度辊道II组，4、热轧无缝钢管，5、对椎形辊道，6、冷却器，7、冷床，8、后续的热轧无缝钢管，9、可变角度辊道初始位置时的辊道中心线，10、可变角度辊道角度变化时的辊道中心线。图2为本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置的喷射式冷却器应用示意图，图中6、冷却器，11、热轧无缝钢管的内表面，12、冷却介质。图3为本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置的水平旋转机构的旋转体示意图，图中13、旋转底座，14、旋转轴套，15、水平轴承，16、定心轴承，17、定位轴承。图4为本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置的水平旋转机构和电气元件控制设备应用示意图，图中13、旋转底座，14、旋转轴套，18、位置接近开关，19、连杆，20、液压缸，21辊道组初始位置中心线，22、液压缸活塞杆。图5为本发明热轧无缝钢管在线加速冷却装置所述的对椎形辊道示意图。具体实施方式实施例本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置如图1、图3和图4所示，在常规对椎形辊道底部增加水平旋转机构，使常规对椎形辊道组成为可变角度辊道组，并通过电气兀件控制其旋转角度的变化，其中可变角度的变化范围为可变角度辊道角度变化时的辊道中心线10与可变角度辊道初始位置时的辊道中心线9夹角6在10°~45°之间；将定径机1至冷床7的辊道分为两套可变角度辊道组，分别为可变角度辊道I组2和可变角度辊道II组3，两套可变角度辊道组的长度均大于或等于生产钢管的最大长度，每套辊道组的下面装配有一套水平旋转机构和一套电气元件控制设备，使每套辊道组都成为可变角度辊道组，两套可变角度辊道组的角度变化可以同时或分别进行。本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置的水平旋转机构的旋转体如图3所示，水平旋转机构由旋转体组和连杆19组成，其中旋转体组的每个旋转体由旋转底座13和三组轴承组成，三组轴承为水平轴承15、定心轴承16和定位轴承17，依次排列在旋转底座13的下面；各旋转底座13下面设有旋转轴套14，旋转轴套14和连杆19将各旋转体连接，并由液压缸20的液压缸活塞杆22带动旋转轴套14使各旋转体的角度变化一致。每个旋转体上连接一个对椎形辊道，对椎形辊道与旋转体固定在一起，可与旋转体同时旋转，各个旋转体之间用连杆19通过旋转轴套14连接在一起。本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却步骤如图1所示，其中图a为当热轧无缝钢管4未完全通过定径机1时，可变角度辊道I组2和可变角度辊道II组3的辊道中心线9与轧线垂直，处于初始位置。图b为热轧无缝钢管完全通过定径机1后，通过电气和机械控制，可变角度辊道I组2和可变角度辊道3II组的辊道中心线10与初始位置时的辊道中心线9夹角e呈i0。45°角，热轧无缝钢管4的运动方式由水平前进变为螺旋前进。图c为热轧无缝钢管4以螺旋前进方式通过冷却器6，进入到可变角度辊道II组3，直至冷床7，无论冷却器6内采用何种冷却方式，热轧无缝钢管4都因螺旋前进方式，保持长度和周向的均匀冷却，避免热轧无缝钢管4冷后弯曲现象的发生；当热轧无缝钢管4完全脱离可变角度辊道I组2，通过电气和机械控制，可变角度辊道I组2的辊道中心线恢复与轧线垂直，接后续的热轧无缝钢管8，从步骤1开始，依次重复上述工艺过程。若停止在线冷却工艺，两套可变角度辊道复位，可变角度辊道组的辊道中心线与轧线保持垂直.即为常规生产方式。为本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置的水平旋转机构和电气元件控制设备工作方法如图4所示，电气元件控制设备为位置接近开关18，预先设定可变角度辊道组各辊道的旋转角度，将位置接近开关18调整到设定的位置；当系统得到旋转指令后，通过液压阀台控制液压缸活塞杆22移动，液压缸活塞杆22带动其中一个旋转底座B转动，并通过旋转轴套14带动连杆19使各旋转体和可变角度辊道组各辊道产生同步旋转，当安装接近传感器(铁片)的某个旋转底座13至位置接近开关18位置时，接近开关18控制液压阀台关闭，旋转动作完成。根据热轧无缝钢管产品壁厚规格，选择可变角度辊道组角度变化时的辊道中心线10与可变角度辊道初始位置时的辊道中心线9的夹角e。采用图2所示喷射式冷却器，冷却器6总长7米，冷却介质12为浊环水，流量为724吨/小时。冷却效果见表1。表1热轧无缝钢管钢管在线加速冷却效果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1、一种热轧无缝钢管在线加速冷却装置，主要包括定径机、冷却器、冷床和辊道组，其特征在于将对椎形辊道组分为两套辊道组，在每套对椎形辊道组的下面装配有一套水平旋转机构和一套电气元件控制设备，使每套对椎形辊道组都成为可变角度辊道组，且每套可变角度辊道组的长度均至少等于生产钢管的长度。2、根据权利要求1所述的一种热轧无缝钢管在线加速冷却装置，其特征在于两套可变角度辊道组的角度能同时或分别变化，其中靠近定径机的可变角度辊道组为可变角度辊道I组，另一可变角度辊道组为可变角度辊道II组，每套可变角度辊道组的各个辊道的角度变化一致，以可变角度辊道初始位置时的辊道中心线为基线，可变角度辊道组旋转的角度e在io°~45°之间。3、根据权利要求1所述的一种热轧无缝钢管在线加速冷却装置，其特征在于水平旋转机构由旋转体组和连杆组成，旋转体组的每个旋转体由旋转底座、旋转轴套和三个轴承组成，三个轴承为水平轴承、定位轴承和定心轴承，从上到下依次排列在旋转底座的下面；每个旋转体上连接一个对椎形辊道，各个旋转体之间用连杆通过旋转轴套连接在一起。4、一种热轧无缝钢管在线加速冷却方法，其特征在于采用权利要求1所述的热轧无缝钢管在线加速冷却装置进行热轧无缝钢管的在线加速冷却，具体步骤为(1)当热轧无缝钢管未完全通过定径机时，两套可变角度辊道组的辊道中心线与轧线垂直，处于初始位置；(2)热轧无缝钢管完全通过定径机进入可变角度辊道I组后，通过电气元件控制两套可变角度辊道组的旋转角度；(3)热轧无缝钢管通过冷却器，进入到可变角度辊道II组，直至冷床；当热轧无缝钢管完全脱离可变角度辊道I组时，可变角度辊道I组的辊道中心线恢复与轧线垂直，后续的热轧无缝钢管从步骤(1)开始，依次重复上述工艺过程；若停止在线冷却工艺，两套可变角度辊道组复位，可变角度辊道组的辊道中心线与轧线保持垂直，即为常规生产方式，其中旋转角度的变化由电气元件控制，即采用位置接近开关控制或位移编码器控制。5、根据权利要求4所述的一种热轧无缝钢管在线加速冷却方法，其特征在于当电气元件控制采用位置接近开关控制时，其控制方法为根据工艺要求，预先设定可变角度辊道组的旋转角度，将位置接近开关调整到设定的位置；当系统得到旋转指令后，通过液压阀台控制液压缸活塞杆移动，液压缸活塞杆带动旋转轴套移动，使可变角度辊道组旋转，各旋转底座和可变角度辊道组的角度变化一致，当液压缸活塞杆推动旋转轴套至位置接近开关时，位置接近开关控制液压阀台关闭，旋转动作完成。6、根据权利要求4所述的一种热轧无缝钢管在线加速冷却方法，其特征在于当电气元件控制采用位移编码器控制时，通过液压缸中的位移编码器设定液压缸活塞杆的行程，当系统得到旋转指令后，通过液压阀台控制液压缸移动，液压缸活塞杆带动旋转轴套移动，使可变角度辊道组产生旋转，各旋转底座和可变角度辊道组的角度变化一致，当液压缸活塞杆推动旋转轴套至设定位置时，位移编码器控制液压阀台关闭，旋转动作完成。7、根据权利要求4所述的一种热轧无缝钢管在线加速冷却方法，其特征在于热轧无缝钢管完全通过定径机后，运动方式由水平前进变为螺旋前进。8、根据权利要求4所述的一种热轧无缝钢管在线加速冷却方法，其特征在于热轧无缝钢管完全通过定径机进入可变角度辊道I组后，在辊道转速恒定的条件下，通过调节两套可变角度辊道组的角度变化大小，可以改变热轧无缝钢管的前进速度，从而可以调整热轧无缝钢管通过冷却器的时间。全文摘要一种热轧无缝钢管在线加速冷却装置及方法，其特征在于将对椎形辊道组分为两套辊道组，在每套对椎形辊道组的下面装配有一套水平旋转机构和一套电气元件控制设备，使每套辊道组都成为可变角度辊道组，且每套可变角度辊道组的长度均至少等于生产钢管的长度。使用方法为通过改变可变角度辊道组的角度，使热轧无缝钢管完全通过定径机后，运动方式由水平前进变为螺旋前进。本发明通过对常规辊道进行改进，即可制备成本发明的热轧无缝钢管在线加速冷却装置；通过改变热轧无缝钢管的前进方式，保证了热轧无缝钢管沿长度方向和圆周方向均匀受热，避免了钢管发生弯曲的现象。文档编号B21B37/74GK101396695SQ20081001293公开日2009年4月1日申请日期2008年8月26日优先权日2008年8月26日发明者刘彦春,钢庄,群李,钟锡弟申请人:刘彦春