一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置及方法制造方法及图纸

一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置及方法，属于轧钢技术领域。装置包括供水供气系统、水雾汽化冷却装置六段、红外测温仪和计算机操作系统。其中，供气供水系统由总水管、过滤网、总气管、储气罐、阀架系统、供水管和供气管组成。阀架系统的各压力表和流量计分别将供水和供气的压力和流量参数通过远程仪表信号传送给计算机操作系统。本发明专利技术的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置，通过水雾汽化冷却喷嘴分组分段的阶梯式加速冷却方式，控制晶粒细化与贝氏体转变，在避免传统穿水冷却导致马氏体环形成的前提下，显著提高了热轧钢筋的强度，并获得了所需的伸长率、强屈比和抗震性能，降低了合金含量和新水消耗量，同时防止了穿水冷却造成的钢筋表面红锈的生成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轧钢
，特别是涉及一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置及方法[A Method and Device of Spray Evaporative Cooling(SEC)for Hot-Rolled High-Strength Rebar]。
技术介绍
目前世界各国普遍采用穿水冷却方法对热轧钢筋进行轧后控制冷却，以提高钢筋的强度。比利时冶金研究所CRM在70年代开发出Tempcore穿水冷却技术后[1,2]，欧洲和英联邦国家大都采用这种穿水冷却方法，利用钢材芯部(Core)的余热对表层淬火马氏体进行回火(Tempering)，在钢筋截面的表层获得回火马氏体环，而心部获得铁素体－珠光体－贝氏体，这种复合组织显著提高了钢筋在全尺寸拉伸条件下的整体屈服强度和抗拉强度水平，用于生产屈服强度YS415、460和500MPa级热轧高强度钢筋。1994年广州钢厂在引进我国第一条热连轧棒材机组设备的同时，全套引进比利时CRM的Tempcore穿水冷却专利技术，经过近一年现场调试后从1996年5月投入批量生产使用，按照英国标准BS4449-88生产YS415、460和500MPa级出口钢筋[3]。此后，国内许多厂家采用类似的穿水冷却方法生产热轧高强度钢筋，例如国家标准GB1499.2的HRB335、HRB400和HRB500级钢筋产品。但是，由于我国建筑行业对钢筋采用的连接方法是焊接，而不是像欧洲和英联邦国家采用套接和螺栓连接，这种穿水冷却的热轧钢筋无法保证焊接性能，马氏体环易导致焊接裂纹，并在焊接热循环后马氏体环消失，显著降低了建筑结构焊接接头部位的强度，对建筑物的安全使用造成危险，尤其是对地震多发地区建筑物的抗震性能具有很大威胁。同时，这种穿水冷却方法，极易造成热轧钢筋表面生成红色Fe2O3锈层，严重影响了穿水冷却钢筋和混凝土结构的有效使用寿命。二十年来，由于穿水冷却工艺造成的表层马氏体环和表面红色锈层问题一直未得到解决，成为困扰我国热轧高强度钢筋性能质量的重大技术障碍，迫切需要一种适合热轧高强度钢筋均匀强化的新型冷却技术，可以在避免冷却速度过快和淬火马氏体环出现的前提下，有效提高热轧态钢筋的屈服强度，并获得所需的伸长率、强屈比和抗震性能，同时防止钢筋表面红锈的形成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置及方法，解决上述由于穿水冷却工艺造成的表层马氏体环和表面红色锈层的问题。本专利技术的水雾汽化冷却工艺装置包括供水供气系统、水雾汽化冷却装置六段、红外测温仪和计算机操作系统，见附图1。其中，供气供水系统由总水管、过滤网、总气管、储气罐、阀架系统(仪表阀门)、供水管和供气管组成。阀架系统的各压力表和流量计分别将供水和供气的压力和流量参数通过远程仪表信号传送给计算机操作系统。本专利技术的水雾汽化冷却装置由六个冷却段构成，每段内包括十五个冷却单元，见附图2。每个冷却单元内安装四个水雾汽化冷却喷嘴8，这四个喷嘴两两相对的布置在同一平面上，相邻喷嘴之间互相成90°角，各喷嘴出口对准沿各段冷却装置中心线运行的热轧钢筋的纵向中心线。本专利技术的水雾汽化冷却喷嘴，由进水口、进气口、导流腔、混合雾化腔、螺母和水雾喷头构成，见附图3。水雾汽化冷却喷嘴上部的进水口1和进气口4分别与导流腔3相连接。导流腔3与水雾汽化冷却喷嘴下部的混合雾化腔2相连接，使水和气在一定压力下混合雾化。螺母5用于连接混合雾化腔2与水雾喷头6，使混合雾化腔2内形成的水雾从喷头6射出。本专利技术的每个水雾汽化冷却喷嘴分别由进水和进气金属软管与各段内供水和供气支管连接，各冷却段内的供水和供气支管分别通过供水阀门(W1)～(W6)和供气阀门(G1)～(G6)与供水管和供气管连接，见附图1。本专利技术装置采用的三台红外测温仪，包括终轧机架出口处的测温仪T1、六段水雾汽化冷却设备出口处的测温仪T2、冷床入口处的测温仪T3，见附图1，分别将热轧钢筋的终轧温度T1、热轧钢筋穿过水雾汽化冷却装置后的终冷温度T2、热轧钢筋进入冷床时的返温温度T3，进行连续在线测试并传送到计算机操作系统。本专利技术装置的计算机操作系统，包括可编程控制器PLC、远程仪表信号接收程序、显示和控制界面程序、在线监控操作系统、工艺参数和力学性能数据库等。该计算机操作系统通过信号接收系统和显示界面，接收和显示从阀架系统的仪器仪表传送来的远程仪表信号，监测供水和供气的压力和流量参数，并通过在线监控操作程序给阀架系统和各段阀门(W1～W6，G1～G6)发出调节指令，控制水雾汽化冷却参数和热轧钢筋的冷却速度，见附图1。本专利技术的水雾汽化冷却喷嘴，在供水和供气条件达到所需的水压、水量、气压、气量范围内，可以产生和获得所需的水雾粒度分布，使这种粒度范围的水滴在热轧钢筋的高温终轧温度区内(1050～900℃)瞬时发生汽化，并带走大量的汽化相变潜热，使热轧钢筋获得高效率的水雾汽化冷却。本专利技术的水雾汽化冷却喷嘴，达到高效冷却所需的水压、水量、气压、气量参数范围，是根据在水雾汽化冷却实验室装置上所进行的各项试验和测试数据制定的。本专利技术装置的结构示意图由附图4给出，其整体结构是由水雾汽化冷却段(六个)、供气系统、供水系统、水雾汽化喷嘴、红外测温仪和计算机操作系统组成。其中，水雾汽化冷却装置包括：依次连接的六个冷却段40，每个冷却段上安装了十五个冷却单元41，每个冷却单元配置有四个水雾汽化喷嘴8。整套装置的供水供气系统依次连接有：总水管42、总气管43、储气罐44、过滤器45、阀架系统46、供水支管47、供气支管48、水阀门49、气阀门50、环缝喷水管51、整套装置的监测控制系统包括测温仪52～54、计算机55、可编程控制器(PLC)56。本专利技术装置在各冷却段40的每个冷却单元41的入口处，安装设置有一次雾化冷却用环缝喷水管51，使具有一定速度和压力的层状水流与环绕高速运行钢筋的气流层混合雾化，形成一次雾化冷却区，以弥补高速(VR＝7.0～12.5m/s)运行的钢筋所产生的高速气流层对水雾的二次雾化和飘逸耗散作用。本专利技术装置的计算机55在线监控操作系统，采用可编程控制器(PLC)56所编写的“热轧高强度钢筋水雾汽化冷却工艺控制”软件程序，通过显示和控制界面对水雾汽化冷却全工艺过程的各项技术参数进行调节和控制。本专利技术装置还包括：各冷却段抽取水雾汽化冷却产生的水蒸汽所用的集汽罩、集汽管和抽风机，以排除各水雾汽化冷却段产生的水蒸气，提高换热和冷却效率。本专利技术涉及一种用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置，其特征在于，该装置包括供水供气系统、水雾汽化冷却装置、红外测温仪和计算机操作系统；其中，供气供水系统由总水管、过滤网、总气管、储气罐、阀架系统、供水管和供气管组成；阀架系统的各压力表和流量计分别将供水和供气的压力和流量参数通过远程仪表信号传送给计算机操作系统；水雾汽化冷却装置由六个冷却段构成，每段内包括15个冷却单元，每个冷却单元内安装4个水雾汽化冷却喷嘴，这4个喷嘴两两相对的布置在同一平面上，相邻喷嘴之间互相成90°角，各喷嘴出口对准沿各段冷却装置中心线运行的热轧钢筋的纵向中心线；采用的三台红外测温仪，包括终轧机架出口处的测温仪T1、六段水雾汽化冷却设备出口处的测温仪T2、冷床入口处的测温仪T3，分别将热轧钢筋的终轧温度T1、热轧钢筋穿过水雾汽化冷却装置后的终冷温度T2、热轧钢筋进入冷床时的返温温度T3，进行连续在线测试并传送到计算机操作系统。

【技术特征摘要】
1.一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置，其特征在于，该装置包括供水供气系统、水雾汽化冷却装置、红外测温仪和计算机操作系统；其中，供气供水系统由总水管、过滤网、总气管、储气罐、阀架系统、供水管和供气管组成；阀架系统的各压力表和流量计分别将供水和供气的压力和流量参数通过远程仪表信号传送给计算机操作系统；
水雾汽化冷却装置由六个冷却段构成，每段内包括15个冷却单元，每个冷却单元内安装4个水雾汽化冷却喷嘴，这4个喷嘴两两相对的布置在同一平面上，相邻喷嘴之间互相成90°角，各喷嘴出口对准沿各段冷却装置中心线运行的热轧钢筋的纵向中心线；
采用的三台红外测温仪，包括终轧机架出口处的测温仪T1、六段水雾汽化冷却设备出口处的测温仪T2、冷床入口处的测温仪T3，分别将热轧钢筋的终轧温度T1、热轧钢筋穿过水雾汽化冷却装置后的终冷温度T2、热轧钢筋进入冷床时的返温温度T3，进行连续在线测试并传送到计算机操作系统。
2.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置，其特征在于，水雾汽化冷却喷嘴，由进水口、进气口、导流腔、混合雾化腔、螺母和水雾喷头构成；水雾汽化冷却喷嘴上部的进水口(1)和进气(4)分别与导流腔(3)相连接；导流腔(3)与水雾汽化冷却喷嘴下部的混合雾化腔(2)相连接，使水和气在压力下混合雾化；螺母(5)用于连接混合雾化腔(2)与水雾喷头(6)，使混合雾化腔(2)内形成的水雾从喷头(6)射出；
水雾汽化冷却喷嘴分别由进水和进气金属软管与各段内供水和供气支管连接，各冷却段内的供水和供气支管分别通过供第一水阀门(W1)～第六水阀门(W6)和第一供气阀门(G1)～第六供气阀门((G6)与供水管和供气管连接。
3.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置，其特征在于，计算机操作系统，包括可编程控制器PLC、显示和控制界面程序、远程仪表信号接收程序、在线监控操作系统、工艺参数和力学性能数据库；计算机操作系统通过信号接收系统、显示界面和调控系统，监测和控制水雾汽化冷却参数和热轧钢筋的冷却速度 。
4.如权利要求1或2所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置，其特征在 于，每个水雾汽化冷却喷嘴分别由进水和进气金属软管与各段内供水和供气支管连接，各冷却段内的供水和供气支管分别通过第一水阀门(W1)～第六水阀门(W6)和第一供气阀门(G1)～第六供气阀门(G6)与供水管和供气管连接。
5.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却装置，其特征在于，该装置还包括：在各冷却段每个冷却单元入口处，安装设置有一次雾化冷却用环缝喷水管，使具有一定速度和压力的层状水流与环绕高速运行钢筋的气流层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光瀛，张江玲，肖金福，王卫卫，白宇，陈峨，侯中晓，米谷明，赵舸，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11