大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置及方法

本申請涉及軋鋼冶金工藝，尤其涉及一種大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置及方法。

背景技術：

1、大型筒節是石油化工、核電和能源等領域核心基礎零部件，對裝備的穩定運行有著重大影響，其常服役于高溫、高壓等惡劣環境中，因而需具備優良的力學性能。隨著我國工業的不斷發展，對大型筒節的需求也逐漸增加。大型筒節作為超大厚件，直徑可達8m，軸向寬度和厚度分別可達3m和0.5m，重量可達數百噸。

2、差溫軋制技術是指對工件表面進行冷卻，使表面硬化，同時心部仍維持高溫軟化狀態的特殊軋制工藝，在工件厚度方向上形成溫度梯度，使得不同厚度處的變形抗力發生變化，軋制過程中變形向心部滲透。差溫軋制技術可以應對大型筒節徑向厚度大，軋制過程中塑性變形不均勻，易出現表層變形大，心部變形小，塑性變形難以滲透到心部，導致心部組織晶粒粗大，甚至存在裂紋等缺陷，進而使得筒節報廢的問題。

3、現有環形噴淋組件，結構復雜，易受重力影響導致筒節表面冷卻不均勻，冷卻能力無法自動調節，不適用于軋制過程中筒節厚度變化，冷卻能力要求隨之改變的情況，難以確保筒節內部組織均勻。且冷卻水直接噴淋在筒節表面，易受污染，耗量大，增加了筒節表面開裂的風險。

技術實現思路

1、本申請的實施例提供一種大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置及方法，在冷卻水的流量能夠根據軋制過程中筒節厚度方向上的溫度分布和管路中的流量波動自動調節的前提下，不僅通過雙向進水減小了筒節軸向溫度差，而且由于冷卻水不與筒節直接接觸，減少了筒節表面開裂風險，同時冷卻水無需過濾即可直接循環利用。

2、為達到上述目的，本申請的實施例提供了一種大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，包括溫度采集裝置、控制單元、上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置；上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置分別支撐在筒節的內外壁面上；所述上冷卻支撐裝置包括上冷卻輥和對稱設置在上冷卻輥兩側的冷卻系統；所述上冷卻輥包括殼體、回流筒和中心支撐板；回流筒套設在殼體內，殼體與回流筒之間形成回水環腔；中心支撐板將回水環腔和回流筒的內腔均分隔為兩部分；所述下冷卻支撐裝置包括下冷卻輥和對稱設置在上冷卻輥兩側的冷卻系統；下冷卻輥的結構與上冷卻輥相同，且下冷卻輥的直徑大于上冷卻輥的直徑；所述冷卻系統包括進水管路、回水管路、水泵、水槽和多個噴淋組件；噴淋組件、進水管路、水泵和水槽依次連通；噴淋組件能夠對殼體的內壁面進行噴射冷卻；回水環腔通過回水管路連通水槽；進水管路上設有流量調節閥；所述溫度采集裝置能夠實時采集筒節的內外壁面、1/4厚度處和中心處溫度；溫度采集裝置、流量調節閥均與控制單元通信連接；所述控制單元能夠根據接收到的溫度采集裝置采集的溫度值生成筒節溫度分布曲線，并根據筒節溫度分布曲線調整流量調節閥的開度。

3、進一步地，所述回流筒包括回流筒筒體和設置在回流筒筒體兩端的側支撐板；側支撐板為圓環；側支撐板的外圓面與殼體的內壁連接，內孔與進水管路的外壁連接；所述殼體的兩端設有開口；所述回水管路的出口與殼體的開口連接；回水管路套設在所述進水管路外側；側支撐板上設有過流孔，回水環腔通過過流孔與回水管路連通；過流孔內設有單向閥。

4、進一步地，所述殼體的內壁面和所述回流筒筒體的外壁面均為中間高兩側低的斜面。

5、進一步地，所述進水管路連接在所述中心支撐板的側面上；所述進水管路包括進水旋轉管路和進水固定管路；所述回水管路包括回水旋轉管路和回水固定管路；所述冷卻系統還包括轉換器；轉換器的外圈兩端分別連接回水旋轉管路和回水固定管路，內圈兩端分別連接進水旋轉管路和進水固定管路。

6、進一步地，多個所述噴淋組件沿所述進水管路的軸向均勻分層設置；位于同一層的噴淋組件沿進水管路的周向均布；噴淋組件包括噴頭和設置在噴頭與所述進水管路之間的噴管；所述噴頭位于所述回水環腔內。

7、進一步地，所述噴頭為圓錐形噴頭，在最大水流平面上，相鄰兩個噴頭噴射出的水流相互重疊。

8、進一步地，所述中心支撐板包括圓形支撐板和設置在圓形支撐板外周的外環板；所述外環板與所述殼體的內壁連接；外環板的厚度小于圓形支撐板的厚度。。

9、進一步地，所述進水管路上設有流量計，流量計也與所述控制單元通信連接；控制單元能夠根據接收到的流量計的檢測值，微調所述流量調節閥的開度。

10、進一步地，所述溫度采集裝置包括兩個表面溫度傳感器、兩個1/4厚度處溫度傳感器和一個中心溫度傳感器；兩個表面溫度傳感器分別設置在筒節的內外表面上；1/4厚度處溫度傳感器和中心溫度傳感器均設置在筒節的端面上。

11、另一方面，本申請實施例同時提供了一種基于上述大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置的冷卻方法，包括以下步驟：s1、軋制開始前，溫度采集裝置實時采集空轉中的筒節的內外壁面、1/4厚度處和中心處溫度值；控制單元根據接收到的溫度值生成溫度分布曲線；s2、控制單元根據溫度分布曲線調節流量調節閥的初始開度，噴淋組件向上冷卻輥或下冷卻輥的外殼內壁面噴水冷卻；在上冷卻輥或下冷卻輥冷卻和空冷的共同作用下，筒節上形成預設溫度梯度；s3、開始軋制后，控制單元繼續接收溫度采集裝置檢測到的溫度值，并根據溫度值調節流量調節閥的開度，維持筒節溫度梯度穩定。

12、本申請相比現有技術具有以下有益效果：

13、1、本申請通過在上下冷卻輥兩側對稱設置冷卻系統，工作時兩套冷卻系統可同時進水和排水，確保上下冷卻輥的軸向溫度均勻，由于上下冷卻輥和筒節的內外壁面均接觸，因此實現了筒節軸向方向的均勻冷卻。

14、2、本申請通過在筒節上設置能夠實時采集筒節的內外壁面、1/4厚度處和中心處溫度的溫度采集裝置，并在進水管路上設置流量計和流量調節閥，通過軋制時溫度采集裝置對所軋制大型筒節的溫度信號的采集，調節流量調節閥的開度，構成反饋調節回路；并通過流量計檢測進口管路處冷卻水流量，來對流量調節閥的開度進行修正，克服流量波動帶來的干擾，構成前饋調節回路，并通過前饋調節回路和反饋調節回路的共同作用，維持了筒節溫度梯度穩定，克服了現有技術冷卻技術不能隨筒節厚度變化隨之改變的問題。

15、3、本申請通過上下冷卻輥與筒節的接觸來對筒節表面進行冷卻，使用時冷卻水不受污染，無需過濾即可直接循環利用，克服了冷卻水與筒節表面直接接觸易引起筒節表面開裂，且冷卻水耗量大，無法直接循環利用的問題。

技術特征：

1.一種大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，包括溫度采集裝置、控制單元、上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置；上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置分別支撐在筒節的內外壁面上；

2.根據權利要求1所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述回流筒包括回流筒筒體和設置在回流筒筒體兩端的側支撐板；側支撐板為圓環；側支撐板的外圓面與殼體的內壁連接，內孔與進水管路的外壁連接；所述殼體的兩端設有開口；所述回水管路的出口與殼體的開口連接；回水管路套設在所述進水管路外側；側支撐板上設有過流孔，回水環腔通過過流孔與回水管路連通；過流孔內設有單向閥。

3.根據權利要求2所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述殼體的內壁面和所述回流筒筒體的外壁面均為中間高兩側低的斜面。

4.根據權利要求3所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述進水管路連接在所述中心支撐板的側面上；所述進水管路包括進水旋轉管路和進水固定管路；所述回水管路包括回水旋轉管路和回水固定管路；所述冷卻系統還包括轉換器；轉換器的外圈兩端分別連接回水旋轉管路和回水固定管路，內圈兩端分別連接進水旋轉管路和進水固定管路。

5.根據權利要求4所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，多個所述噴淋組件沿所述進水管路的軸向均勻分層設置；位于同一層的噴淋組件沿進水管路的周向均布；噴淋組件包括噴頭和設置在噴頭與所述進水管路之間的噴管；所述噴頭位于所述回水環腔內。

6.根據權利要求5所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述噴頭為圓錐形噴頭，在最大水流平面上，相鄰兩個噴頭噴射出的水流相互重疊。

7.根據權利要求6所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述中心支撐板包括圓形支撐板和設置在圓形支撐板外周的外環板；所述外環板與所述殼體的內壁連接；外環板的厚度小于圓形支撐板的厚度。

8.根據權利要求7所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述進水管路上設有流量計，流量計也與所述控制單元通信連接；控制單元能夠根據接收到的流量計的檢測值，微調所述流量調節閥的開度。

9.根據權利要求8所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置，其特征在于，所述溫度采集裝置包括兩個表面溫度傳感器、兩個1/4厚度處溫度傳感器和一個中心溫度傳感器；兩個表面溫度傳感器分別設置在筒節的內外表面上；兩個1/4厚度處溫度傳感器和中心溫度傳感器均設置在筒節的端面上。

10.一種基于權利要求1～9任一所述的大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置的冷卻方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術總結
本申請公開了一種大型筒節差溫軋制形成穩定溫度梯度的冷卻裝置及方法，涉及軋鋼冶金工藝技術領域。冷卻水的流量能夠根據筒節厚度方向上的溫度分布和管路中的流量波動自動調節，減小了筒節軸向溫度差和表面開裂風險，冷卻水無需過濾即可循環利用。該冷卻裝置包括溫度采集裝置、控制單元、上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置；上冷卻支撐裝置和下冷卻支撐裝置分別支撐在筒節的內外壁面上；上冷卻支撐裝置包括上冷卻輥和對稱設置在上冷卻輥兩側的冷卻系統；上冷卻輥包括殼體、回流筒和中心支撐板；下冷卻支撐裝置與上冷卻裝置的結構相同；冷卻系統包括進水管路、回水管路、水泵、水槽和多個噴淋組件。本申請同時提供了一種基于該裝置的冷卻方法。

技術研發人員：陳素文,徐航宇,丁文杰,谷大鵬
受保護的技術使用者：燕山大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21