專利名稱：：一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于軋鋼
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置及方法。技術(shù)背景鋼鐵材料的控軋控冷技術(shù)(TMCP)、工藝及其對鋼材組織性能的影響，一直是國內(nèi)外材料工作的研究熱點(diǎn)之一。近30年來，在板材、棒線材等領(lǐng)域，通過對熱軋產(chǎn)品實(shí)施在線加速冷卻(ACC)工藝，已經(jīng)使力學(xué)性能獲得顯著的提高。但是，在熱軋無縫鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域，由于產(chǎn)品形狀的特點(diǎn)，無論是沿長度方向，或沿圓周方向的溫度分布不均，都會導(dǎo)致鋼管嚴(yán)重彎曲。因此，多年來，熱軋無縫鋼管的在線加速冷卻工藝未能有效實(shí)施。
發(fā)明內(nèi)容針對熱軋無縫鋼管產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和形狀特點(diǎn)，本發(fā)明提供一種熱軋無縫鋼管的在線加速冷卻裝置及方法，能夠保證熱軋無縫鋼管加速冷卻后，不發(fā)生因溫度不均造成的彎曲現(xiàn)象。本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置包括定徑機(jī)、冷卻器、冷床和輥道組。其特征在于將原有的熱軋無縫鋼管冷卻系統(tǒng)的對椎形輥道組分為兩套輥道組，在每套對椎形輥道組的下面裝配有一套水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和一套電氣元件控制設(shè)備，使每套輥道組都成為可變角度輥道組，且每套可變角度輥道組的長度均至少等于生產(chǎn)鋼管的長度。水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)體組和連桿組成，旋轉(zhuǎn)體組的每個旋轉(zhuǎn)體由旋轉(zhuǎn)底座、旋轉(zhuǎn)軸套和三個軸承組成，三個軸承為水平軸承、定位軸承和定心軸承，從上到下依次排列在旋轉(zhuǎn)底座的下面；每個旋轉(zhuǎn)體上連接一個對椎形輥道，對椎形輥道與旋轉(zhuǎn)體固定在一起，可與旋轉(zhuǎn)體同時旋轉(zhuǎn)，各個旋轉(zhuǎn)體之間用連桿通過旋轉(zhuǎn)軸套連接在一起。兩套可變角度輥道組的角度變化可以同時或分別進(jìn)行，其中靠近定徑機(jī)的可變角度輥道組為可變角度輥道i組，另一可變角度輥道組為可變角度輥道n組，每套可變角度輥道組的各個輥道的角度變化一致，可變角度輥道組旋轉(zhuǎn)時的輥道中心線與可變角度輥道初始位置時的輥道中心線夾角e在10°~45°之間。本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻方法為采用本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置，按以下步驟操作1、當(dāng)熱軋無縫鋼管未完全通過定徑機(jī)時，兩套可變角度輥道的輥道中心線與軋線垂直，處于初始位置。2、熱軋無縫鋼管完全通過定徑機(jī)后，通過電氣元件控制，兩套可變角度輥道組的輥道中心線與初始位置時的輥道中心線夾角0呈10°~45°角，熱軋無縫鋼管的運(yùn)動方式由水平前進(jìn)變?yōu)槁菪斑M(jìn)。在輥道轉(zhuǎn)速恒定的條件下，通過調(diào)節(jié)兩套可變角度輥道組的角度變化大小，可以改變熱軋無縫鋼管的前進(jìn)速度，從而可以調(diào)整熱軋無縫鋼管通過冷卻器的時間。即輥道轉(zhuǎn)速恒定的條件下，當(dāng)可變角度輥道組的輥道中心線與初始位置時的輥道中心線夾角e為e,時，熱軋無縫鋼管的運(yùn)動速度為vi，當(dāng)可變角度輥道組的輥道中心線與初始位置時的輥道中心線夾角e為e2時，熱軋無縫鋼管的運(yùn)動速度為V2，當(dāng)e,〉e2時，Vl<v2。因此，可通過控制角度來實(shí)現(xiàn)鋼管溫度工藝參數(shù)的控制。3、熱軋無縫鋼管以螺旋前進(jìn)方式通過冷卻器，進(jìn)入到可變角度輥道II組，直至冷床，無論冷卻器內(nèi)采用何種冷卻方式，熱軋無縫鋼管都以螺旋前進(jìn)方式，保持長度方向和圓周方向的均勻冷卻，避免熱軋無縫鋼管冷后彎曲現(xiàn)象的發(fā)生；當(dāng)熱軋無縫鋼管完全脫離定徑機(jī)后的可變角度輥道I組，通過電氣元件控制，可變角度輥道I組的輥道中心線恢復(fù)與軋線垂直，接后續(xù)的熱軋無縫鋼管，從步驟l開始，依次重復(fù)上述工藝過程。若停止在線冷卻工藝，兩套可變角度輥道組復(fù)位，可變角度輥道組的輥道中心線與軋線保持垂直，即為常規(guī)生產(chǎn)方式。旋轉(zhuǎn)角度的變化由電氣元件控制，即采用位置接近開關(guān)控制或位移編碼器控制。電氣元件控制采用接近開關(guān)控制時，其控制方法為根據(jù)工藝要求，預(yù)先設(shè)定可變角度輥道組的旋轉(zhuǎn)角度，將位置接近開關(guān)調(diào)整到設(shè)定的位置；當(dāng)系統(tǒng)得到旋轉(zhuǎn)指令后，通過液壓閥臺控制液壓缸活塞桿移動，液壓缸活塞桿帶動旋轉(zhuǎn)軸套移動，使可變角度輥道組生旋轉(zhuǎn)，各旋轉(zhuǎn)底座和可變角度輥道組的角度一致變化，當(dāng)液壓缸活塞桿推動旋轉(zhuǎn)軸套至位置接近開關(guān)時，位置接近開關(guān)控制液壓閥臺關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)動作完成。電氣元件控制采用位移編碼器控制時，通過液壓缸中的位移編碼器設(shè)定液壓缸活塞桿的行程，當(dāng)系統(tǒng)得到旋轉(zhuǎn)指令后，通過液壓閥臺控制液壓缸移動，液壓缸活塞桿帶動旋轉(zhuǎn)軸套移動，使可變角度輥道組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，各旋轉(zhuǎn)底座和可變角度輥道組的角度一致變化，當(dāng)液壓缸活塞桿推動旋轉(zhuǎn)軸套至設(shè)定位置時，位移編碼器控制液壓閥臺關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)動作完成。本發(fā)明方法依托的機(jī)械設(shè)備，是一種在生產(chǎn)過程中，可變化角度的水平旋轉(zhuǎn)的對椎形輥道，通過對常規(guī)對椎形輥道進(jìn)行改進(jìn)，即可制備成本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置。采用該裝置對熱軋無縫鋼管進(jìn)行在線加速冷卻，通過改變熱軋無縫鋼管的前進(jìn)方式，保證了熱軋無縫鋼管沿長度方向和圓周方向均勻受熱，避免了鋼管發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，具有良好的應(yīng)用前景。圖1為本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置應(yīng)用示意圖，圖a、步驟1示意圖，圖b、步驟2示意圖，圖c、步驟3示意圖；其中l(wèi)、定徑機(jī)，2、可變角度輥道I組，3、可變角度輥道II組，4、熱軋無縫鋼管，5、對椎形輥道，6、冷卻器，7、冷床，8、后續(xù)的熱軋無縫鋼管，9、可變角度輥道初始位置時的輥道中心線，10、可變角度輥道角度變化時的輥道中心線。圖2為本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置的噴射式冷卻器應(yīng)用示意圖，圖中6、冷卻器，11、熱軋無縫鋼管的內(nèi)表面，12、冷卻介質(zhì)。圖3為本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)體示意圖，圖中13、旋轉(zhuǎn)底座，14、旋轉(zhuǎn)軸套，15、水平軸承，16、定心軸承，17、定位軸承。圖4為本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和電氣元件控制設(shè)備應(yīng)用示意圖，圖中13、旋轉(zhuǎn)底座，14、旋轉(zhuǎn)軸套，18、位置接近開關(guān)，19、連桿，20、液壓缸，21輥道組初始位置中心線，22、液壓缸活塞桿。圖5為本發(fā)明熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置所述的對椎形輥道示意圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置如圖1、圖3和圖4所示，在常規(guī)對椎形輥道底部增加水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使常規(guī)對椎形輥道組成為可變角度輥道組，并通過電氣兀件控制其旋轉(zhuǎn)角度的變化，其中可變角度的變化范圍為可變角度輥道角度變化時的輥道中心線10與可變角度輥道初始位置時的輥道中心線9夾角6在10°~45°之間；將定徑機(jī)1至冷床7的輥道分為兩套可變角度輥道組，分別為可變角度輥道I組2和可變角度輥道II組3，兩套可變角度輥道組的長度均大于或等于生產(chǎn)鋼管的最大長度，每套輥道組的下面裝配有一套水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和一套電氣元件控制設(shè)備，使每套輥道組都成為可變角度輥道組，兩套可變角度輥道組的角度變化可以同時或分別進(jìn)行。本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)體如圖3所示，水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)體組和連桿19組成，其中旋轉(zhuǎn)體組的每個旋轉(zhuǎn)體由旋轉(zhuǎn)底座13和三組軸承組成，三組軸承為水平軸承15、定心軸承16和定位軸承17，依次排列在旋轉(zhuǎn)底座13的下面；各旋轉(zhuǎn)底座13下面設(shè)有旋轉(zhuǎn)軸套14，旋轉(zhuǎn)軸套14和連桿19將各旋轉(zhuǎn)體連接，并由液壓缸20的液壓缸活塞桿22帶動旋轉(zhuǎn)軸套14使各旋轉(zhuǎn)體的角度變化一致。每個旋轉(zhuǎn)體上連接一個對椎形輥道，對椎形輥道與旋轉(zhuǎn)體固定在一起，可與旋轉(zhuǎn)體同時旋轉(zhuǎn)，各個旋轉(zhuǎn)體之間用連桿19通過旋轉(zhuǎn)軸套14連接在一起。本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻步驟如圖1所示，其中圖a為當(dāng)熱軋無縫鋼管4未完全通過定徑機(jī)1時，可變角度輥道I組2和可變角度輥道II組3的輥道中心線9與軋線垂直，處于初始位置。圖b為熱軋無縫鋼管完全通過定徑機(jī)1后，通過電氣和機(jī)械控制，可變角度輥道I組2和可變角度輥道3II組的輥道中心線10與初始位置時的輥道中心線9夾角e呈i0。45°角，熱軋無縫鋼管4的運(yùn)動方式由水平前進(jìn)變?yōu)槁菪斑M(jìn)。圖c為熱軋無縫鋼管4以螺旋前進(jìn)方式通過冷卻器6，進(jìn)入到可變角度輥道II組3，直至冷床7，無論冷卻器6內(nèi)采用何種冷卻方式，熱軋無縫鋼管4都因螺旋前進(jìn)方式，保持長度和周向的均勻冷卻，避免熱軋無縫鋼管4冷后彎曲現(xiàn)象的發(fā)生；當(dāng)熱軋無縫鋼管4完全脫離可變角度輥道I組2，通過電氣和機(jī)械控制，可變角度輥道I組2的輥道中心線恢復(fù)與軋線垂直，接后續(xù)的熱軋無縫鋼管8，從步驟1開始，依次重復(fù)上述工藝過程。若停止在線冷卻工藝，兩套可變角度輥道復(fù)位，可變角度輥道組的輥道中心線與軋線保持垂直.即為常規(guī)生產(chǎn)方式。為本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置的水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和電氣元件控制設(shè)備工作方法如圖4所示，電氣元件控制設(shè)備為位置接近開關(guān)18，預(yù)先設(shè)定可變角度輥道組各輥道的旋轉(zhuǎn)角度，將位置接近開關(guān)18調(diào)整到設(shè)定的位置；當(dāng)系統(tǒng)得到旋轉(zhuǎn)指令后，通過液壓閥臺控制液壓缸活塞桿22移動，液壓缸活塞桿22帶動其中一個旋轉(zhuǎn)底座B轉(zhuǎn)動，并通過旋轉(zhuǎn)軸套14帶動連桿19使各旋轉(zhuǎn)體和可變角度輥道組各輥道產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)，當(dāng)安裝接近傳感器(鐵片)的某個旋轉(zhuǎn)底座13至位置接近開關(guān)18位置時，接近開關(guān)18控制液壓閥臺關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)動作完成。根據(jù)熱軋無縫鋼管產(chǎn)品壁厚規(guī)格，選擇可變角度輥道組角度變化時的輥道中心線10與可變角度輥道初始位置時的輥道中心線9的夾角e。采用圖2所示噴射式冷卻器，冷卻器6總長7米，冷卻介質(zhì)12為濁環(huán)水，流量為724噸/小時。冷卻效果見表1。表1熱軋無縫鋼管鋼管在線加速冷卻效果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置，主要包括定徑機(jī)、冷卻器、冷床和輥道組，其特征在于將對椎形輥道組分為兩套輥道組，在每套對椎形輥道組的下面裝配有一套水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和一套電氣元件控制設(shè)備，使每套對椎形輥道組都成為可變角度輥道組，且每套可變角度輥道組的長度均至少等于生產(chǎn)鋼管的長度。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置，其特征在于兩套可變角度輥道組的角度能同時或分別變化，其中靠近定徑機(jī)的可變角度輥道組為可變角度輥道I組，另一可變角度輥道組為可變角度輥道II組，每套可變角度輥道組的各個輥道的角度變化一致，以可變角度輥道初始位置時的輥道中心線為基線，可變角度輥道組旋轉(zhuǎn)的角度e在io°~45°之間。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置，其特征在于水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)體組和連桿組成，旋轉(zhuǎn)體組的每個旋轉(zhuǎn)體由旋轉(zhuǎn)底座、旋轉(zhuǎn)軸套和三個軸承組成，三個軸承為水平軸承、定位軸承和定心軸承，從上到下依次排列在旋轉(zhuǎn)底座的下面；每個旋轉(zhuǎn)體上連接一個對椎形輥道，各個旋轉(zhuǎn)體之間用連桿通過旋轉(zhuǎn)軸套連接在一起。4、一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置進(jìn)行熱軋無縫鋼管的在線加速冷卻，具體步驟為(1)當(dāng)熱軋無縫鋼管未完全通過定徑機(jī)時，兩套可變角度輥道組的輥道中心線與軋線垂直，處于初始位置；(2)熱軋無縫鋼管完全通過定徑機(jī)進(jìn)入可變角度輥道I組后，通過電氣元件控制兩套可變角度輥道組的旋轉(zhuǎn)角度；(3)熱軋無縫鋼管通過冷卻器，進(jìn)入到可變角度輥道II組，直至冷床；當(dāng)熱軋無縫鋼管完全脫離可變角度輥道I組時，可變角度輥道I組的輥道中心線恢復(fù)與軋線垂直，后續(xù)的熱軋無縫鋼管從步驟(1)開始，依次重復(fù)上述工藝過程；若停止在線冷卻工藝，兩套可變角度輥道組復(fù)位，可變角度輥道組的輥道中心線與軋線保持垂直，即為常規(guī)生產(chǎn)方式，其中旋轉(zhuǎn)角度的變化由電氣元件控制，即采用位置接近開關(guān)控制或位移編碼器控制。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻方法，其特征在于當(dāng)電氣元件控制采用位置接近開關(guān)控制時，其控制方法為根據(jù)工藝要求，預(yù)先設(shè)定可變角度輥道組的旋轉(zhuǎn)角度，將位置接近開關(guān)調(diào)整到設(shè)定的位置；當(dāng)系統(tǒng)得到旋轉(zhuǎn)指令后，通過液壓閥臺控制液壓缸活塞桿移動，液壓缸活塞桿帶動旋轉(zhuǎn)軸套移動，使可變角度輥道組旋轉(zhuǎn)，各旋轉(zhuǎn)底座和可變角度輥道組的角度變化一致，當(dāng)液壓缸活塞桿推動旋轉(zhuǎn)軸套至位置接近開關(guān)時，位置接近開關(guān)控制液壓閥臺關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)動作完成。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻方法，其特征在于當(dāng)電氣元件控制采用位移編碼器控制時，通過液壓缸中的位移編碼器設(shè)定液壓缸活塞桿的行程，當(dāng)系統(tǒng)得到旋轉(zhuǎn)指令后，通過液壓閥臺控制液壓缸移動，液壓缸活塞桿帶動旋轉(zhuǎn)軸套移動，使可變角度輥道組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，各旋轉(zhuǎn)底座和可變角度輥道組的角度變化一致，當(dāng)液壓缸活塞桿推動旋轉(zhuǎn)軸套至設(shè)定位置時，位移編碼器控制液壓閥臺關(guān)閉，旋轉(zhuǎn)動作完成。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻方法，其特征在于熱軋無縫鋼管完全通過定徑機(jī)后，運(yùn)動方式由水平前進(jìn)變?yōu)槁菪斑M(jìn)。8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻方法，其特征在于熱軋無縫鋼管完全通過定徑機(jī)進(jìn)入可變角度輥道I組后，在輥道轉(zhuǎn)速恒定的條件下，通過調(diào)節(jié)兩套可變角度輥道組的角度變化大小，可以改變熱軋無縫鋼管的前進(jìn)速度，從而可以調(diào)整熱軋無縫鋼管通過冷卻器的時間。全文摘要一種熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置及方法，其特征在于將對椎形輥道組分為兩套輥道組，在每套對椎形輥道組的下面裝配有一套水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和一套電氣元件控制設(shè)備，使每套輥道組都成為可變角度輥道組，且每套可變角度輥道組的長度均至少等于生產(chǎn)鋼管的長度。使用方法為通過改變可變角度輥道組的角度，使熱軋無縫鋼管完全通過定徑機(jī)后，運(yùn)動方式由水平前進(jìn)變?yōu)槁菪斑M(jìn)。本發(fā)明通過對常規(guī)輥道進(jìn)行改進(jìn)，即可制備成本發(fā)明的熱軋無縫鋼管在線加速冷卻裝置；通過改變熱軋無縫鋼管的前進(jìn)方式，保證了熱軋無縫鋼管沿長度方向和圓周方向均勻受熱，避免了鋼管發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。文檔編號B21B37/74GK101396695SQ20081001293公開日2009年4月1日申請日期2008年8月26日優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日發(fā)明者劉彥春,鋼莊,群李,鐘錫弟申請人:劉彥春