一种钢板连续辊式淬火冷却系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢板连续辊式淬火冷却系统，包括喷水系统、供水系统、输送辊道系统和框架提升系统；所述冷却系统的工作区域依次包括过渡区、高压淬火区和中压淬火区，在所述高压淬火区和中压淬火区内，喷嘴和输送辊道沿钢板上下对称布置，上喷嘴和上辊道固定在移动上框架上，下喷嘴和下辊道固定在固定框架上。本发明将辊式淬火方式引入到特厚钢板淬火中，解决了传统浸入式淬火冷速低、冷却均匀性差、批次生产稳定性差、淬火过程无法人工干预等问题，实现了特厚钢板高强度均匀化淬火以及高效稳定生产。
【专利说明】一种钢板连续辊式淬火冷却系统
【技术领域】
[0001]本发明属于热处理装备【技术领域】，涉及一种钢板连续辊式淬火冷却系统。
【背景技术】
[0002]目前，特厚钢板(钢板厚度大于120_)淬火生产主要采用浸入式淬火方式，通过池内冷却水搅拌加速钢板表面对流，实现较快速冷却。由于搅拌水流速度受淬火池或淬火槽容积及装置限制，相对于壁面射流换热，浸入式淬火冷却强度偏低，且因搅拌产生的水流速度在池内各处不一致，钢板板面各处冷却强度分布不均，导致钢板冷后淬硬层深度及组织分布不均。随着淬火装备技术的发展，连续辊式淬火方式在中厚规格钢板(钢板厚度小于120mm,大于4mm)淬火生产过程中应用普遍。实施该方式时，钢板通过棍道运送至淬火区，通过射流喷嘴上下喷射冷却，在运动中完成淬火生产。这种方式具有生产效率高、冷却强度大、钢板表面淬火均匀、淬火后钢板板形好、钢板长度不受机架限制等优点。然而，这种适用于中厚规格 钢板的淬火冷却系统由于冷却能力不足、辊道承载及运输能力有限、冷却残水排出困难等原因，不能直接适用于特厚钢板。
[0003]现有专利中，专利CN202157093U，公开了一种特厚板热处理冷却系统装置，具有凉钢台架、淬火框架、气雾冷却装置、淬火水槽、回水循环管，能保证生产大厚度特厚板的各项力学性能指标。该装置采用的是传统的浸入式淬火方式，通过将钢板进入到淬火槽中冷却，实现淬火功能。
[0004]专利CN202157098U，公开了特厚板箱式淬火装置，具有箱式淬火水槽，在淬火水槽的内部设置有高压气、水喷嘴，缩短了特厚板高温停留时间，提高了特厚板的性能。该装置主要采用箱式淬火水槽，完成浸入式淬火。
[0005]专利CN103215418A，公开了一种特厚钢板的热处理方法，采用抛丸、加热、保温、淬火四个主要工序，按照一定的工艺参数实施热处理。该方法淬火部分仍采用传统的中厚板辊式淬火机，并未根据特厚钢板工艺需求采用专用的辊式淬火设备。
[0006]上述专利均无法解决现有的技术问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种钢板连续辊式淬火冷却系统。
[0008]上述目的是通过下述方案实现的:
一种钢板连续辊式淬火冷却系统，包括喷水系统、供水系统、输送辊道系统和框架提升系统，其特征在于，所述冷却系统的工作区域依次包括过渡区、高压淬火区和中压淬火区，在所述高压淬火区和中压淬火区内，喷嘴和输送辊道沿钢板上下对称布置，上喷嘴和上辊道固定在移动上框架上，下喷嘴和下辊道固定在固定框架上。
[0009]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，所述喷水系统在高压淬火区配置有狭缝喷嘴和多排高密倾斜圆孔射流喷嘴，所述缝隙喷嘴供给高压水，所述多排高密倾斜圆孔射流喷嘴供给中压水，所述狭缝喷嘴和多排高密倾斜圆孔射流喷嘴交替布置，所述喷水系统在中压淬火区配置有多排多角度高密圆孔射流喷嘴一种喷嘴，供给中压水，高压淬火区和中压淬火区喷嘴数量依据工艺要求确定。
[0010]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，所述供水系统包括高压分流集水管、中压分流集水管、分供水管路和控制阀组，每个分供水管上配备一套控制阀组，该控制阀组包括I台开闭阀、I台流量计和I台调节阀。
[0011]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，狭缝喷嘴单独配备一套分供水管路，多排高密倾斜圆孔射流喷嘴和多排多角度高密圆孔射流喷嘴每两个喷嘴共用一套分供水管路。
[0012]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，安装在高压和中压分流集水管上的压力传感器和泄压管路上的泄压调节阀组成供水压力闭环控制系统，通过PID控制实现水压实时调整，高压水供水压力为0.8MPa，中压水供水压力为0.4^0.5MPa，安装在各分供水管上的流量计和调节阀组成供水流量闭环控制系统，通过Fuzzy-PID控制实现水量实时调整。[0013]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，输送辊道系统在过渡区配置过渡辊和压辊，过渡辊用于将钢板从热处理炉内运出，压辊用于挡水，防止回流水进入炉内，输送辊道系统在高压淬火区配置螺旋辊和小径辊，螺旋辊安装在狭缝喷嘴后侧，后侧为淬火冷却系统出口侧，用于导流排水，小径辊安装在多排高密倾斜圆孔射流喷嘴后侧，用于钢板表面冷却水分区控制，输送辊道系统在中压淬火区配置框架间过渡辊和大径辊，框架间过渡辊安装在中压淬火区入口，用于分隔高压淬火区和中压淬火区，大径辊安装在多排多角度高密圆孔射流喷嘴后侧，用于钢板表面冷却水分区控制。
[0014]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，每根输送辊道配备一套传动系统，该传动系统包括万向接轴、驱动电机和编码器，驱动电机采用变频控制，通过编码器反馈实际辊速，采用闭环控制实现辊道速度精确控制，速度调节范围为lm/mirT30m/min0
[0015]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，在高压淬火区和中压淬火区各配置一套框架提升系统，每套框架提升系统包括固定框架、移动框架、提升液压缸、螺旋升降机和提升电机。
[0016]根据上述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，所述移动框架通过电机慢速升降和液压快速升降两种方式上下移动，在电机慢速升降方式下，提升电机正反转带动螺旋升降机上下移动，进而带动移动框架以f2mm/s的速度上下移动，在液压升降方式下，通过提升液压缸伸缩带动移动框架以10(Tl20mm/S的速度上下移动，电机升降方式时移动框架移动范围为(T700mm，液压升降方式时，移动框架移动范围为0~300mm。
[0017]本发明的有益效果:本发明将辊式淬火方式引入到特厚钢板淬火中，解决了传统浸入式淬火冷速低、冷却均匀性差、批次生产稳定性差、淬火过程无法人工干预等问题，实现了特厚钢板高强度均匀化淬火以及高效稳定生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明中的钢板连续辊式淬火冷却系统的系统结构示意图；图2是本发明中的框架提升系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]参见图1和图2，本发明的用于特厚钢板的连续辊式淬火冷却系统包括喷水系统、供水系统、输送辊道系统和框架提升系统。冷却系统工作区域划分为过渡区、高压淬火区和中压淬火区三部分，高压淬火区和中压淬火区内，喷嘴和输送辊道沿钢板15上下对称布置，上喷嘴和上辊道21固定在移动上框架24上，下喷嘴和下辊道22固定在固定框架23上；喷水系统在高压淬火区配置狭缝喷嘴7和高密I型喷嘴9 (多排高密倾斜圆孔射流喷嘴称为高密I型喷嘴)，缝隙喷嘴7供给高压水，高密I型喷嘴9供给中压水，两种喷嘴交替布置，喷水系统在中压淬火区配置高密II型喷嘴12 (多排多角度高密圆孔射流喷嘴称为高密II型喷嘴)一种喷嘴，供给中压水，高压、中压淬火区喷嘴数量依据工艺要求确定；供水系统包括高压分流集水管1、中压分流集水管14、各分供水管路16和控制阀组，每个分供水管16上配备一套控制阀组，包括I台开闭阀2、I台流量计3和I台调节阀4，狭缝喷嘴7单独配备一套分供水管路，高密I型喷嘴9和高密II型喷嘴12每两个喷嘴共用一套分供水管路，依据上 喷嘴和下喷嘴的划分，分供水管路也分为上供水管路和下供水管路，安装在分流集水管I (或14)上的压力传感器17 (或18)和泄压管路28 (或30)上的泄压调节阀29 (或31)组成供水压力闭环控制系统，通过PID控制实现水压实时调整，高压水供水压力为0.8MPa，中压水供水压力为0.4^0.5MPa，安装在各分供水管16上的流量计3和调节阀4组成供水流量闭环控制系统，通过Fuzzy-PID控制实现水量实时调整；输送辊道系统在过渡区配置过渡辊5和压辊6，过渡辊5用于将钢板从热处理炉内运出，压辊6用于挡水，防止回流水进入炉内，输送辊道系统在高压淬火区配置螺旋辊8和小径辊10，螺旋辊8安装在狭缝喷嘴7后侧(淬火冷却系统出口侧为后侧)，用于导流排水，小径辊10安装在高密I型喷嘴9后侧，用于钢板表面冷却水分区控制，输送辊道系统在中压淬火区配置框架间过渡辊11和大径辊13，框架间过渡辊11安装在中压淬火区入口，用于分隔高压淬火区和中压淬火区，大径辊13安装在高密II型喷嘴12后侧，用于钢板表面冷却水分区控制，输送辊道数量依据工艺要求确定；每根输送辊道配备一套传动系统，包括万向接轴20、驱动电机19和编码器32，驱动电机19采用变频控制，通过编码器32反馈实际辊速，采用闭环控制实现辊道速度精确控制，速度调节范围为lm/mirT30m/min ;在高压淬火区和中压淬火区各配置一套框架提升系统，由固定框架23、移动框架24、提升液压缸25、螺旋升降机26、提升电机27组成，移动框架24通过电机慢速升降和液压快速升降两种方式上下移动，在电机升降方式下，提升电机27正反转带动螺旋升降机26上下移动，进而带动移动24框架慢速上下移动，在液压升降方式下，通过提升液压缸25伸缩带动移动框架24快速上下移动，电机升降方式时移动框架24移动范围为(T700mm，液压升降方式时，移动框架24移动范围为(T300mm。
[0020]实施例一
本实施例提供本发明特厚钢板连续辊式淬火冷却系统高压淬火区和中压淬火区同时使用时的操作技术方案，如图1、2所示。钢板出热处理炉前，供水系统依据淬火工艺对高压淬火区供水流量、供水压力的需求将冷却水供入高压淬火区开启的喷嘴中，狭缝喷嘴7供给高压水，高密I型喷嘴9供给中压水，利用分流集水管上的压力传感器与泄压管路调节阀形成闭环，控制高压淬火区各喷嘴供水压力，利用分供水管路上的流量计和调节阀形成闭环，控制高压淬火区各喷嘴供水流量；与此同时，高压淬火区移动框架24通过电机升降方式移动，将上辊道21和下辊道22间缝隙调节到工艺设定值。喷嘴流量、喷水压力以及辊缝值调整到工艺设定值后，钢板按工艺给定速度出炉，经过渡辊5、压辊6，进入高压淬火区淬火。若钢板在高压淬火区出现严重变形，移动框架24通过液压升降方式快速抬起，钢板快速运送出高压淬火区，防止设备损坏。钢板运行过程中，通过编码器32反馈的实际辊道速度计算钢板头部和尾部在冷却系统中的位置。当钢板头部到达框架间过渡辊11时，中压淬火区第一组喷嘴开启，并通过闭环控制调节喷嘴流量和喷水压力，同时中压淬火区移动框架24通过电机升降方式移动，将上辊道21和下辊道22间缝隙调节到工艺设定值。钢板在中压淬火区运行的速度与高压淬火区保持一致，保证钢板纵向冷却均匀性。在中压淬火区，钢板依次经过框架间过渡辊11和大径辊13，每到达一组高密II型喷嘴12时，其后侧一组高密II型喷嘴12随即开启。在高压淬火区内，当钢板尾部通过一组喷嘴后，该组喷嘴随即关闭，以节约用水。若淬火工艺要求实施摆动，钢板在中压淬火区内前后摆动，持续降温，摆动辊道速度和摆动次数由淬火工艺确定。钢板淬火结束后，由淬火冷却系统尾部运出，钢板尾部经过中压淬火区一组喷嘴后，该组喷嘴随即关闭。
[0021] 实施例二 本实施例提供本发明特厚钢板连续辊式淬火冷却系统中压淬火区单独使用时的操作技术方案，如图1、2所示。钢板出热处理炉前，供水系统依据淬火工艺对中压淬火区供水流量、供水压力的需求将冷却水供入中压淬火区开启的喷嘴中，利用分流集水管上的压力传感器与泄压管路调节阀形成闭环，控制中压淬火区各喷嘴供水压力，利用分供水管路上的流量计和调节阀形成闭环，控制中压淬火区各喷嘴供水流量；与此同时，高压淬火区移动框架24通过电机升降方式提升至非工作位，防止高温钢板烘烤，中压淬火区移动框架24通过电机升降方式移动，将上辊道21和下辊道22间缝隙调节到工艺设定值。中压淬火区喷嘴流量、喷水压力以及辊缝值调整到工艺设定值后，钢板按高于工艺给定速度的速度出炉，依次经过渡辊5、压辊6、狭缝喷嘴7、螺旋辊8、高密I型喷嘴9、小径辊10、框架间过渡辊11，快速进入中压淬火区淬火，防止钢板空冷时间过长造成表面温降明显。钢板运行过程中，通过编码器32实际反馈的辊道速度计算钢板头部和尾部在冷却系统中的位置。若淬火工艺要求一次通过冷却系统，当钢板尾部经过某一组高密II型喷嘴12后，该组喷嘴随即关闭。若淬火工艺要求摆动，当钢板头部到达冷却系统尾部时，中压淬火区大径辊13按照淬火工艺确定的摆动辊道速度反转，当钢板尾部即将到达框架间过渡辊11时，大径辊13正转，完成一次摆动，摆动次数按淬火工艺确定。当最后执行一次摆动且钢板向冷却系统尾部运动时，钢板尾部每经过一组高密II型喷嘴12，该组喷嘴随即关闭。若钢板在中压淬火区出现严重变形，移动框架24通过液压升降方式快速抬起，钢板快速运送出中压淬火区，防止设备损坏。
【权利要求】
1.一种钢板连续辊式淬火冷却系统，包括喷水系统、供水系统、输送辊道系统和框架提升系统，其特征在于，所述冷却系统的工作区域依次包括过渡区、高压淬火区和中压淬火区，在所述高压淬火区和中压淬火区内，喷嘴和输送辊道沿钢板上下对称布置，上喷嘴和上辊道固定在移动上框架上，下喷嘴和下辊道固定在固定框架上。
2.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，所述喷水系统在高压淬火区配置有狭缝喷嘴和多排高密倾斜圆孔射流喷嘴，所述缝隙喷嘴供给高压水，所述多排高密倾斜圆孔射流喷嘴供给中压水，所述狭缝喷嘴和多排高密倾斜圆孔射流喷嘴交替布置，所述喷水系统在中压淬火区配置有多排多角度高密圆孔射流喷嘴一种喷嘴，供给中压水，高压淬火区和中压淬火区喷嘴数量依据工艺要求确定。
3.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，所述供水系统包括高压分流集水管、中压分流集水管、分供水管路和控制阀组，每个分供水管上配备一套控制阀组，该控制阀组包括I台开闭阀、I台流量计和I台调节阀。
4.根据权利要求3所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，狭缝喷嘴单独配备一套分供水管路，多排高密倾斜圆孔射流喷嘴和多排多角度高密圆孔射流喷嘴每两个喷嘴共用一套分供水管路。
5.根据权利要求3所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，安装在高压和中压分流集水管上的压力传感器和泄压管路上的泄压调节阀组成供水压力闭环控制系统，通过PID控制实现水压实时调整，高压水供水压力为0.8MPa，中压水供水压力为0.4-0.5MPa，安装在各分供水管上的流量计和调节阀组成供水流量闭环控制系统，通过Fuzzy-PID控制实现水量实时调整。
6.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，输送辊道系统在过渡区配置过渡辊和压辊，过渡辊用于将钢板从热处理炉内运出，压辊用于挡水，防止回流水进入炉内，输送辊道系统在高压淬火区配置螺旋辊和小径辊，螺旋辊安装在狭缝喷嘴后侧，后侧为淬火冷却系统出口侧，用于导流排水，小径辊安装在多排高密倾斜圆孔射流喷嘴后侧，用于钢板表面冷却水分区控制，输送辊道系统在中压淬火区配置框架间过渡辊和大径辊，框架间过渡辊安装在中压淬火区入口，用于分隔高压淬火区和中压淬火区，大径辊安装在多排多角度高密圆孔射流喷嘴后侧，用于钢板表面冷却水分区控制。
7.根据权利要求6所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，每根输送辊道配备一套传动系统，该传动系统包括万向接轴、驱动电机和编码器，驱动电机采用变频控制，通过编码器反馈实际辊速，采用闭环控制实现辊道速度精确控制，速度调节范围为Im/min~30m/mino
8.根据权利要求1所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，在高压淬火区和中压淬火区各配置一套框架提升系统，每套框架提升系统包括固定框架、移动框架、提升液压缸、螺旋升降机和提升电机。
9.根据权利要求8所述的一种钢板连续辊式淬火冷却系统，其特征在于，所述移动框架通过电机慢速升降和液压快速升降两种方式上下移动，在电机慢速升降方式下，提升电机正反转带动螺旋升降机上下移动，进而带动移动框架以f2mm/s的速度上下移动，在液压升降方式下，通过提升液压缸伸缩带动移动框架以10(Tl20mm/S的速度上下移动，电机升降方式时移动框架移动范围为(T700mm，液压升降方式时，移动框架移动范围为(T300mm。
【文档编号】C21D1/667GK103834791SQ201410115522
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】王昭东, 付天亮, 李勇, 王超, 韩毅, 李家栋 申请人:东北大学