一種熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統的制作方法

本實用新型屬于鋼管生產制造工藝技術領域，具體涉及一種熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統。

背景技術：

控制冷卻工藝技術作為改善鋼材顯微組織、提升綜合力學性能的有效方法，已經在熱軋帶鋼、中厚板、棒線材以及型材等鋼材生產領域得到廣泛應用。然而，對于熱軋無縫鋼管生產工藝而言，目前國內通常的生產流程是管坯經環形爐加熱、穿孔機穿孔、熱軋機組軋制以及定徑機定尺成形等工序后，將鋼管通過輥道輸送至冷床上空冷至室溫。由于鋼管在熱軋變形后缺乏有效的冷卻控制手段，因此無法利用熱軋鋼材軋制工藝技術領域常用的控制冷卻工藝來改善產品顯微組織，提高產品性能，易導致熱軋無縫鋼管的軋態組織粗大，并且通常含有大量魏氏體等不良組織，同時鋼管力學性能無法滿足用戶需求。為解決問題，不得不依賴于后續的離線熱處理工序，即將鋼管重新在加熱爐中加熱奧氏體化，通過正火或調質處理后，改善顯微組織并提升力學性能。但采用離線熱處理方法一方面會大大提升能耗等生產成本，同時也增加了產品的生產周期。為充分發揮無縫鋼管熱軋后控制冷卻工藝對產品組織性能的強大調控作用，目前較為先進的做法是在定徑機后增設在線控制冷卻系統，通過對熱軋定徑后的無縫鋼管進行組織相變控制，以顯著提高產品強度、改善產品綜合力學性能，降低合金使用量，從而實現低成本高性能熱軋無縫鋼管產品的工業生產。

發明專利CN101157096A公開了一種熱軋無縫鋼管在線控制冷卻的工藝方法，技術方案為在定徑機后布置一定長度的可變角度的輸送輥道，當鋼管完全出定徑機后，輸送輥道軸線沿垂直于軋線方向旋轉6~12°，促使熱軋鋼管開始以自身軸線旋轉，并沿軋制方向前進通過控制冷卻裝置，隨后輥道復位至軸線垂直于軋線方向；控制冷卻裝置采用氣霧介質冷卻，可將鋼管由950~980℃冷卻至680~780℃，溫降值在200~270℃之間。該工藝方法每冷卻一根鋼管，可變角度輥道需扭轉及復位一次，操作較為復雜，同時由于冷卻能力有限，最大溫降值僅為270℃，無法滿足低溫控制冷卻及直接淬火的工藝需求。

發明專利CN101570813A公開了一種無縫鋼管直接淬火裝置及方法，該裝置包括鋼管外表面冷卻裝置和內表面冷卻裝置，其中外表面冷卻裝置由環形冷卻器組成；內表面冷卻裝置為桿狀，位于可變角度輥道的上方，并且插入外表面環形冷卻器的中間；冷卻方法為將鋼管輸送到環形冷卻器的內部和內表面冷卻器的外部，實施淬火；該冷卻裝置和工藝方法可實現將熱軋無縫鋼管從高溫狀態直接水冷至200℃以下的淬火工藝，然而無法滿足在線控制冷卻的工藝需求，即無法根據鋼材組織性能的需要，實現水冷過程中溫度的精確控制。

實用新型專利CN201346567Y公開了一種鋼管在線加速冷卻裝置：將環形冷卻裝置安裝在原始輸送輥道上；環形冷卻裝置由一個氣環、一個水環及一組氣霧噴嘴組成；冷卻裝置安置在封閉的箱體內，形成全封閉式結構；該冷卻裝置采用環狀噴吹方式對鋼管的外壁實施水冷或氣霧冷卻，在冷卻均勻性方面，由于內表面沒有實施有效快速冷卻，因此在鋼管壁厚方向容易出現較為嚴重的組織性能差異，同時由于采用了封閉的箱體式結構，在鋼管出現彎曲等意外時，不利于生產現場的及時處理。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統。本實用新型的技術方案為：

一種熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統，包括第一翻轉裝置、第二翻轉裝置、控制冷卻裝置、吹掃裝置和自動化控制系統，所述第一翻轉裝置和所述第二翻轉裝置對稱布置于所述控制冷卻裝置的兩側；所述控制冷卻裝置包括冷卻旋轉輥道、高壓噴水噴頭裝置、高壓噴水集水管，其中所述高壓噴水噴頭裝置設置于所述冷卻旋轉輥道的兩端，用于冷卻鋼管內壁；所述高壓噴水集水管設置在所述冷卻旋轉輥道上方，所述高壓噴水集水管下端配置傾斜布置的噴嘴；所述吹掃裝置設置于所述冷卻旋轉輥道的兩端，用于清除冷卻后的鋼管內壁的殘留水；所述自動化控制系統與所述第一翻轉裝置、所述第二翻轉裝置、所述控制冷卻裝置和所述吹掃裝置電連接。

進一步地，所述第一翻轉裝置和所述第二翻轉裝置分別位于熱軋工藝的軋線輥道和冷后輸送輥道的一側，其中所述第一翻轉裝置用于將熱軋無縫鋼管由熱軋工藝的軋線輥道傳送至所述控制冷卻裝置，所述第二翻轉裝置用于將控制冷卻完畢后的鋼管從所述控制冷卻裝置傳送至冷后輸送輥道。

進一步地，所述冷卻旋轉輥道側上方設有壓管裝置，用于輔助鋼管在冷卻旋轉輥道上實現原位高速旋轉。

進一步地，所述高壓噴水噴頭裝置安裝在升降桿上，其高度可以根據鋼管外徑尺寸規格進行調節，以使水柱全部噴射在鋼管內壁上，冷卻過程中，位于冷卻旋轉輥道兩端的高壓噴水噴頭裝置采取交替噴射的方式，以提升鋼管內壁長度方向上的冷卻均勻性。

進一步地，所述高壓噴水集水管安裝于升降橫梁上，所述高壓噴水集水管的總長度大于鋼管產品長度，通過調節所述升降橫梁高度，并調節所述高壓噴水集水管中的水壓和水量，可以精確控制鋼管的外壁冷卻速度。

進一步地，所述傾斜布置的噴嘴與垂直線的夾角為15~30°，數量根據生產的實際需要設定。

進一步地，所述自動化控制系統包括檢測儀表、控制閥組、信號觸發裝置、傳動裝置，用于實現鋼管在線控制冷卻的全流程自動化控制。

采用上述冷卻系統進行熱軋無縫鋼管在線控制冷卻的工藝方法，包括以下步驟：

（1）將完全通過定徑機的熱軋無縫鋼管由第一翻轉裝置托起并傳送至冷卻旋轉輥道上，調節壓管裝置，啟動冷卻旋轉輥道并控制鋼管的旋轉速度在20~60r/min；

（2）調節升降橫梁的高度，確保傾斜布置的噴嘴噴射的高壓水柱全部斜噴射到鋼管外表面，調節高壓噴水噴頭裝置的高度，確保高壓水柱全部噴射在鋼管內壁上，開啟高壓噴水噴頭裝置和高壓噴水集水管，其中位于冷卻旋轉輥道兩端的高壓噴水噴頭裝置采取相互交替噴水的方式，控制高壓噴水噴頭裝置中的水壓以及高壓噴水集水管中的水壓和水量，同時對鋼管內壁和外壁進行冷卻；

（3）將鋼管冷卻至工藝要求的溫度后，通過自動化控制系統終止冷卻，同時利用設置于冷卻旋轉輥道兩端的吹掃裝置，將冷卻后的鋼管內壁殘留水清除，然后由第二翻轉裝置將鋼管托起并傳送至冷后輸送輥道上，輸送至冷床；

（4）開始下一支鋼管操作步驟（1）~（3）。

上述工藝方法中，所采用的在線控制冷卻系統首次使用時，將所述系統安裝在熱軋工藝線的軋線輥道旁，使所述第一翻轉裝置位于所述軋線輥道一側，所述第二翻轉裝置位于冷后輸送輥道一側，并確保所述冷卻旋轉輥道與所述軋線輥道平行布置。

與現有技術相比，本實用新型的特點和有益效果是：

1．本實用新型的熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統及工藝方法可將出定徑機后的熱軋無縫鋼管從高溫狀態，根據組織性能需求水冷至任意目標溫度及至室溫，具備多樣的組織調控手段。比如：當控制冷卻終止溫度在鐵素體相變區間時，針對Q235、20#、Q345等普通結構鋼管及管線管等熱軋無縫鋼管產品，通過本實用新型可實現鋼管顯微組織調控，避免粗大魏氏組織形成，并可通過細晶強化實現鋼管熱軋態性能的全面提升，降低對合金元素添加及后續離線熱處理的依賴；當控制冷卻終止溫度在貝氏體相變區間時，通過本實用新型可實現通過相變強化提升鋼管性能的工藝路徑，并可根據需求開發出高強韌性的貝氏體類高強度熱軋無縫鋼管；當控制冷卻終止溫度在較低溫的馬氏體相變區時，通過本實用新型可實現直接淬火生產工藝，通過直接淬火代替離線淬火工藝，顯著降低了能耗成本，縮短了生產周期。

2．冷卻過程中，采用高壓水射流沖擊冷卻的方式，可有效打破冷卻水在高溫鋼管表面形成的氣膜，提高冷卻水與鋼管表面的有效接觸面積，進而提高冷卻效率，增大冷卻速率。

3．本實用新型的熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統采用第一翻轉裝置和第二翻轉裝置的布置形式，可實現控制冷卻生產工藝與原軋線空冷生產工藝的自由切換，易于處理突發問題，確保產線生產的順利進行。

附圖說明

圖1為本實用新型的熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統的布置示意圖；

圖2為圖1的控制冷卻裝置的平面結構示意圖；

其中，1-定徑機，2-熱軋工藝的軋線輥道，3-第一翻轉裝置，4-第二翻轉裝置，5-冷卻旋轉輥道，6-吹掃裝置，7-高壓噴水噴頭裝置，8-冷后輸送輥道，9-升降橫梁，10-高壓噴水集水管，11-傾斜布置的噴嘴，12-壓管裝置。

具體實施方式

在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語‘上’、‘下’、‘側’、‘端’等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語‘第一’、‘第二’僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

另外，各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本實用新型要求的保護范圍之內。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語‘安裝’、‘設置’、‘連接’應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

此外，下面所描述的本實用新型不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。

下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型做進一步詳細說明，所述是對本實用新型的解釋而不是限定。

實施例1

一種熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統，其結構如圖1所示，包括第一翻轉裝置3、第二翻轉裝置4、控制冷卻裝置、吹掃裝置6和自動化控制系統，其中所述第一翻轉裝置3和所述第二翻轉裝置4對稱布置于所述控制冷卻裝置的兩側，并且所述第一翻轉裝置3和所述第二翻轉裝置4分別位于熱軋工藝的軋線輥道2和冷后輸送輥道8的一側，第一翻轉裝置3用于將熱軋無縫鋼管由熱軋工藝的軋線輥道2傳送至所述控制冷卻裝置，第二翻轉裝置4用于將控制冷卻完畢后的鋼管從所述控制冷卻裝置傳送至冷后輸送輥道8。

圖2提供所述控制冷卻裝置的平面結構圖，包括冷卻旋轉輥道5、高壓噴水噴頭裝置7、高壓噴水集水管10，其中所述高壓噴水噴頭裝置7設置于所述冷卻旋轉輥道5的兩端，并安裝在升降桿上，用于冷卻鋼管內壁；所述高壓噴水集水管10設置在所述冷卻旋轉輥道5上方，并安裝于升降橫梁9上，高壓噴水集水管10的長度為30m，所述高壓噴水集水管10下端配置傾斜布置的噴嘴11，噴嘴與垂直線的夾角為20°，噴嘴數量為5400個。

所述冷卻旋轉輥道5側上方還設有壓管裝置12，用于輔助鋼管在冷卻旋轉輥道5上實現原位高速旋轉。

所述吹掃裝置6設置于所述冷卻旋轉輥道5的兩端，具體為角度可調節的氣吹噴頭，噴氣方向與鋼管長度方向軸線呈0～45°，用于清除冷卻后鋼管內壁的殘留水。

所述自動化控制系統包括檢測儀表、控制閥組、信號觸發裝置、傳動裝置，所述自動化控制系統與所述第一翻轉裝置、所述第二翻轉裝置、所述控制冷卻裝置和所述吹掃裝置電連接，用于實現鋼管在線控制冷卻的全流程自動化控制。

采用上述系統進行外徑為457mm，厚度25mm，長度25m的熱軋無縫鋼管在線控制冷卻的工藝方法，包括以下步驟：

（1）上述系統首次使用時，將所述系統安裝在熱軋工藝線的軋線輥道旁，使所述第一翻轉裝置位于所述軋線輥道一側，所述第二翻轉裝置位于冷后輸送輥道一側，并確保所述冷卻旋轉輥道與所述軋線輥道平行；然后將完全通過定徑機的熱軋無縫鋼管由第一翻轉裝置托起并傳送至冷卻旋轉輥道上，調節壓管裝置，并啟動冷卻旋轉輥道，控制鋼管的旋轉速度在40~50r/min；

（2）調節升降橫梁的高度以確保傾斜布置的噴嘴噴射的高壓水柱全部斜噴射到鋼管外表面，調節高壓噴水噴頭裝置的高度，確保高壓水柱全部噴射在鋼管內壁上；開啟高壓噴水噴頭裝置和高壓噴水集水管，在冷卻過程中，位于冷卻旋轉輥道兩端的高壓噴水噴頭裝置采取交替噴射的方式，以提升鋼管內壁長度方向上的冷卻均勻性，控制高壓噴水噴頭裝置中的水壓為0.5~0.8MPa，控制高壓噴水集水管中的水壓為0.2~0.8MPa且水流量為3000~6000m³/h，同時對鋼管內壁和外壁進行冷卻；

（3）將鋼管冷卻至工藝要求的溫度后，通過自動化控制系統終止冷卻，同時利用設置于冷卻旋轉輥道兩端的吹掃裝置，將冷卻后的鋼管內壁殘留水清除，然后由第二翻轉裝置將鋼管托起并傳送至冷后輸送輥道上進入冷床；

（4）開始下一支鋼管操作步驟（1）~（3）。

所述的熱軋無縫鋼管控制冷卻工藝方法，針對不需要進行控制冷卻的鋼管由原軋線輥道空冷輸送至冷床；針對需要進行控制冷卻的鋼管，則利用翻轉裝置將鋼管托放至在線冷卻專用旋轉輥道上完成控制冷卻工藝生產。同時，原軋線輥道采取分段控制形式，可實現鋼管在上料區停止、準備翻轉的過程中，上料區前輥道及上料區后輥道仍然可以繼續旋轉輸送鋼管，保證了在線控制冷卻工藝的穩定、連續、高效實施。

實施例2

一種熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統，其結構同實施例1，區別點在于：本實施例的熱軋無縫鋼管在線控制冷卻系統的高壓噴水集水管的長度為38m，噴嘴數量為6800個。

采用上述系統進行外徑219.1mm，壁厚12mm，長度36m的熱軋無縫鋼管在線控制冷卻的工藝方法，包括以下步驟：

（1）上述系統首次使用時，將所述系統安裝在熱軋工藝線的軋線輥道旁，使所述第一翻轉裝置位于所述軋線輥道一側，所述第二翻轉裝置位于冷后輸送輥道一側，并確保所述冷卻旋轉輥道與所述軋線輥道平行；然后將完全通過定徑機的熱軋無縫鋼管由第一翻轉裝置托起并傳送至冷卻旋轉輥道上，調節壓管裝置，啟動冷卻旋轉輥道并控制鋼管的旋轉速度在20~40r/min；

（2）調節升降橫梁的高度以確保傾斜布置的噴嘴噴射的高壓水柱全部斜噴射到鋼管外表面，調節高壓噴水噴頭裝置的高度，確保高壓水柱全部噴射在鋼管內壁上，開啟高壓噴水噴頭裝置和高壓噴水集水管，在冷卻過程中，位于冷卻旋轉輥道兩端的高壓噴水噴頭裝置采取相互交替噴射的方式，以提升鋼管內壁長度方向上的冷卻均勻性，控制高壓噴水噴頭裝置中的水壓為0.5~0.8MPa，控制高壓噴水集水管中的水壓為0.2~0.8MPa且水流量為3000~5500m³/h，同時對鋼管內壁和外壁進行冷卻；

（3）將鋼管冷卻至工藝要求的溫度后，通過自動化控制系統終止冷卻，同時利用設置于冷卻旋轉輥道兩端的吹掃裝置，將冷卻后的鋼管內壁殘留水清除，然后由第二翻轉裝置將鋼管托起并傳送至冷后輸送輥道上進入冷床；

（4）開始下一支鋼管操作步驟（1）~（3）。

所述的熱軋無縫鋼管控制冷卻工藝方法，針對不需要進行控制冷卻的鋼管由原軋線輥道空冷輸送至冷床；針對需要進行控制冷卻的鋼管，則利用翻轉裝置將鋼管托放至在線冷卻專用旋轉輥道上完成控制冷卻工藝生產。同時，原軋線輥道采取分段控制形式，可實現鋼管在上料區停止、準備翻轉的過程中，上料區前輥道及上料區后輥道仍然可以繼續旋轉輸送鋼管，保證了在線控制冷卻工藝的穩定、連續、高效實施。