专利名称：一种上喷层流冷却调宽装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种层流冷却装置，尤其涉及一种在热轧冷却流程中宽度可调的 上喷层流冷却装置。
背景技术：
钢铁企业的热轧连轧机生产线都要使用到层流冷却装置，其主要功能就是将精轧 出口的带钢，根据卷取设定的目标温度进行快速冷却，以保证带钢的产品性能。以宝钢2050热轧厂为例，其层流冷却装置共有76组冷却集管(对应上下为一 组)。其中前68组为主冷段，后8组为精冷段。一般分为若干个冷却区，每个冷却区都有各 自的主冷段和精冷段的冷却区串接而成，冷却区的主冷段又由若干组强冷集管组和若干组 主冷集管组构成。层冷模型在计算所需打开集管阀组时，按照主冷段从前往后，精冷段从后 往前规则进行设定。因此，根据终轧温度到卷取温度的设定温降，主冷段的前4组以及精冷 段的后4组在每次设定都是需要打开的，因此基本上处于常开状态；每组集管的位置(距精 轧最后机架)在基础自动化控制中都有数据，另外基础自动化对于带钢在层流辊道上的位 置都需要进行跟踪。其冷却控制如下首先，过程机根据设定的终轧温度和卷取温度，通过层冷模型计算，确定主冷段和 精冷段冷却集管的打开组数，并下发指令给精轧基础自动化对水阀进行控制。其次，当带钢出精轧最后机架由精轧后测温仪测出带钢实际的终轧温度后，再对 冷却集管的打开组数进行相应的调节。最后，当层冷后的卷取测温仪测出带钢的实际卷取温度后，根据设定的卷取目标 值动态对层流冷却集管打开组数进行调节，以保证带钢的卷取温度在设定范围内。每个阀 组的冷却水量可控制带钢温度为5度。热轧带钢板形一直是用户们特别关注的质量问题，板形质量优劣直接影响产品的 使用，尤其是近年来随着钢铁工业的迅猛发展，带钢产品应用领域不断拓展，用户对其板形 质量的要求也日益提高。热轧生产线不断发展，生产品种、规格逐渐扩大，目前的产品结构与以前已经截然 不同，以前以普碳钢为主，目前主要生产微合金钢和碳锰钢。现有的层流冷却系统，随着轧 线轧制规格的不断拓展和用户对产品质量要求的不断提高，已经不能满足部分钢种生产的 需要，尤其是一些含有合金元素的强度钢(如BS600、BS700、B510L、S45C、SS400等)。这 些强度钢在经过层流冷却区域以后，由于现有的层流冷却系统存在着水压不稳、水流分布 不均勻等问题造成带钢的冷却不均，从而导致带钢出现一系列板形质量问题，在轧线生产 过程中容易发现带钢由于冷却不均造成的C翘，和宽度方向冷却不均造成的板形变化，尤 其边部温度降低较大会在后续冷却过程中产生带来双边浪趋势的内应力，给带钢的板形、 机械性能、温度及相变在宽度方向的均勻性都会带来很大影响。层流冷却对板形影响的主要是通过相变、应力和导热性。在国内外比较有效的 措施就是边部遮挡装置，而且效果比较明显。目前，国内主要是德国SMS-DMG的EDGERMASKING边部遮挡技术的应用，通过油缸控制连杆机构来调整层流冷却上喷冷却水宽度的 遮挡板。例如邯钢热轧CSP生产线2003年二线建设工程中引进的SMS公司边部遮挡技术 的应用，邯宝热轧2250mm产线也得到成功应用。日本三菱重工业株式会社2002年12月17日公开的专利《带材冷却装置》专利号 JP2002361316A，其方案是在层流冷却时将带钢边部的冷却水通过储水槽收集来提高带钢 边部的温度，储水槽收集的冷却水则通过专用排水管排出。显而易见，这种技术存在一个的 缺点在生产较窄带钢时，大量冷却水白白浪费。日本川崎水岛厂早在20世纪80年代就开展了关于层流边部遮挡对改善板形 的研究，川崎制铁有限公司在中国申请专利《金属带材的冷却方法和装置》(申请
公开日
1987. 12. 16，专利公开号CN87100594)，其层流冷却装置采用由一对限定狭缝的平板部件组 成的层流喷管，冷却水流过此狭缝形成一冷却水屏栅，为调节该喷管内的通道区域，该层流 喷管的平板部件至少有一个在垂直于冷却水流动的方向上可以变形，至少有一个平板较好 地响应冷却水压力，引起通道区域变化，从而调节冷却水通道区域。此方法采用对层流冷却 集管边部遮挡的方法，对带钢边部温度降低较大问题提供了一个解决办法，但该方法也存 在不足之处，显而易见，这种现有技术的缺点是在生产较窄带钢时，大量冷却水白白浪费， 不利于生产资源的节约。另外，现有技术提高带钢边部温度的方法，其原理都是采用对层流冷却集管边部 进行一定宽度的遮挡，对带钢边部温度降低较大问题提供了一个解决办法，但该方法也存 在共同的不足之处1.浪费资源在生产较窄带钢时，被遮挡的大量冷却水白白浪费，不利于生产资 源的节约，消耗电费、增加水处理成本。2.影响环境层流冷却遮挡板向两侧分流的冷却水，对电机和层流辊道轴承座带 来不利影响，虽然采取了导流板，但仍然在一定程度上劣化了该处的环境。3.故障率高带钢跑偏时，两侧边部遮挡不能够同步调整，当带钢跑偏较大时，一 侧的边部遮挡就无法发挥遮挡作用，导致带钢跑偏时不能正常使用。4.机构卡死层流冷却环境恶劣，经常发生连杆机构卡死故障。5.精度不高该连杆机构的遮挡板易变形，往往造成两侧遮挡精度不符合要求。6.堆钢易损层流冷却段发生堆钢故障时，连杆机构及遮挡板易造成变形或损 坏。7.无下喷遮挡该连杆机构无法应用于下喷层流冷却，无下喷层流遮挡装置，带 钢上下表面冷却不均勻，也会导致一定的带钢边部浪形。所以，发明人设计了一种柱塞式上喷层流冷却装置，其能够根据带钢不同宽度的 冷却工艺要求，对应建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，实现层流冷却区域在宽度上的 相应变化，从而调节冷却水在通道宽度方向上的区域，保证带钢质量。然而该装置中，每一 个集管两侧的柱塞均需要两台电机进行传动，使得这个装置装备庞大复杂，故障点也较多， 维护成本很高。
发明内容本实用新型的目的是提供一种上喷层流冷却调宽装置，该装置能够大大减少设备电机的使用量，使得设备配置成本大大降低，故障点也随之减少。为了实现上述目的，本实用新型提供了一种上喷层流冷却调宽装置，包括若干个 上喷装置小组，每个上喷装置小组包括至少两个上喷装置，每一个上喷装置均包括一集 管，沿垂直带钢运行方向设置，其上设有一进水管；若干个喷管，均布于各集管上；两尾端 封闭的柱塞孔对应设于集管两端上方，通过若干通孔与各喷管导通，所述柱塞孔还与集管 导通；两个柱塞，分别对应设于两柱塞孔内，活动阻断所述通孔；两套传动装置，分别设于 所述集管两侧的上方，且分别与两柱塞连接；所述集管彼此平行设置；两套传动装置，分别 设于所述集管两侧的上方，且分别与两柱塞连接；所述每个上喷装置小组中，若干个集管彼 此平行设置，设于若干个集管同侧的传动装置之间通过连接件依次连接；所述每个上喷装 置小组中还包括两台电机，所述设于集管两侧的传动装置分别由两台电机传动。优选地，所述电机为单轴转矩输出电机，其与首个或最后一个上喷装置中的传动 装置连接。优选地，所述电机为双轴转矩输出电机，其设于两相邻连接的传动装置之间。优选地，所述每个上喷装置小组中包括的电机为一台双轴转矩输出电机，其两输 出端分别通过两垂直转动转换装置与同一集管两侧的传动装置连接。该垂直转动转换装置 可以是斜齿轮箱也可以是蜗轮蜗杆减速箱。优选地，所述每一个上喷装置包括两套平衡装置，分别设于所述两套传动装置的 上方，所述每一套平衡装置均通过一同步板与一套传动装置和一柱塞对应固定连接。优选地，所述传动装置包括一传动装置箱体，固定设于所述集管上；一丝杆，贯穿所述传动装置箱体，并与所述柱塞平行设置，所述丝杆外端部与所述 同步板固定连接；一对啮合连接的蜗轮蜗杆，设于所述传动装置箱体内，所述蜗轮中心孔内设有一 带内螺纹的丝杆套，所述丝杆与丝杆套螺纹连接；所述传动装置之间的连接通过所述蜗杆之间的连接实现。优选地，所述平衡装置包括一平衡箱体，固定设于所述传动装置箱体上，所述平衡箱体侧壁上开有一通孔；一对T型平衡套，对称设于所述通孔的两端，所述T型平衡套的T型头部设于平衡 箱体外，并与平衡箱体固定连接，所述T型平衡套的T型尾部通过通孔设于平衡箱体内；一平衡杆，套于所述T型平衡套内，贯穿所述平衡箱体，并与所述柱塞平行设置， 所述平衡杆的外径与T型平衡套的内孔直径相匹配，所述平衡杆的外端部与所述同步板固 定连接。优选地，所述每一个上喷装置包括两套导向装置，分别固定设于所述集管两端上 方，所述每一套导向装置均包括—导向装置箱体，包括固定连接的上箱体和下箱体，所述下箱体固定设于集管上 方，所述导向装置箱体左右侧壁的中间部位开有一中心通孔，所述丝杆通过中心通孔贯穿 导向装置箱体，所述上箱体和下箱体的前后侧壁上以中心通孔为对称中心分别开有一上通 孔和一下通孔；两阶梯轴，分别通过所述上通孔和下通孔固定对称设置于所述上箱体和下箱体内；两导向轮，通过其中心孔分别套于所述两阶梯轴上，所述导向轮外圆周面上设有 螺纹，用以实现所述两导向轮与丝杆的啮合。优选地，所述柱塞包括一柱塞头和一与其连接的柱塞杆，所述柱塞头与所述同步 板固定连接，所述柱塞杆包括一销芯以及一套于销芯外的销套，所述柱塞杆尾部通过一密 封以及一压板实现密封。本实用新型由于采用了以上技术方案，使之较之现有设备大大减少了电机的配置 量，节约了设备成本，同时也降低了设备故障率。同时该装置还能够克服现有上喷层流冷却 装置受力不平衡的偏载现象。
[0042]图1为本实用新型上喷层流冷却调宽装置实施例1的结构示意图。[0043]图2为本实用新型上喷层流冷却调宽装置实施例2的结构示意图。[0044]图3为本实用新型上喷层流冷却调宽装置实施例3的结构示意图。[0045]图4为本实用新型上喷层流冷却调宽装置实施例4的结构示意图。[0046]图5为本实用新型上喷层流冷却调宽装置中某一上喷装置的结构示意图。[0047]图6为图5所示的装置右侧结构的放大图。[0048]图7为图5中A-A处的剖视图。[0049]图8为本实用新型上喷层流冷却调宽装置中柱塞的结构示意图。[0050]图9为本实用新型上喷层流冷却调宽装置中传动装置和平衡装置的结构示意图。[0051]图10为图9的右视图。[0052]图11为本实用新型上喷层流冷却调宽装置中导向装置的结构示意图。[0053]图12为图11的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-12具体介绍本实用新型的较佳实施例。实施例1图1所示的为上喷层流冷却调宽装置中的一个上喷装置小组，该小组包括四个上 喷装置，每个上喷装置均包括集管1，集管1上均布有喷管，喷管与集管导通，对称设于集管 两端的柱塞在传动装置6的传动下沿水平方向移动。该上喷装置小组包括两台单轴转矩输 出电机10，分别设于第一根集管1的两侧，电机10通过联轴器11和传动轴12与第一根集 管两侧的传动装置6连接。该上喷装置小组内的四根集管1平行设置，位于集管1同侧的4 套传动装置通过联轴器11和传动轴12串联连接，这样便实现了使用两台电机驱动集管两 侧的传动装置。实施例2图2所示的是上喷层流冷却调宽装置中的一个上喷装置小组，该小组包括四个上 喷装置，每个上喷装置均包括集管1，集管1上均布有喷管，喷管与集管导通，对称设于集管 两端的柱塞在传动装置6的传动下沿水平方向移动。该上喷装置小组内的四根集管1平行 设置。该上喷装置小组包括两台双轴转矩输出电机10，两台电机10分别设于集管1的两侧，第二根集管和第三根集管之间，电机10的两输出端分别通过联轴器11和传动轴12与 第二根和第三根集管两侧的传动装置6连接，第一根集管1和第四根集管1两侧的传动装 置分别通过联轴器11和传动轴12实现与另外两套传动装置的同侧串联。实施例3图3所示的是上喷层流冷却调宽装置中的一个上喷装置小组，该小组包括四个上 喷装置，每个上喷装置均包括集管1，集管1上均布有喷管，喷管与集管导通，对称设于集管 两端的柱塞在传动装置6的传动下沿水平方向移动。该上喷装置小组内的四根集管1平行 设置。该上喷装置小组包括一台双轴转矩输出电机10，该电机10设于第一根集管1的中部 上方，其两输出端分别通过联轴器11和传动轴12与两个斜齿轮箱13连接，两个斜齿轮箱 13分别设于第一根集管的两侧，其能够将电机10输出的转矩方向变换90度，第一根集管1 两侧的传动装置6分别通过联轴器和传动轴与两斜齿轮箱13连接。其余未与斜齿轮箱13 连接的传动装置6彼此之间通过联轴器11和传动轴12实现串联。实施例4图4所示的是上喷层流冷却调宽装置中的一个上喷装置小组，该小组包括四个上 喷装置，每个上喷装置均包括集管1，集管1上均布有喷管，喷管与集管导通，对称设于集管 两端的柱塞在传动装置6的传动下沿水平方向移动。该上喷装置小组内的四根集管1平行 设置。该上喷装置小组包括一台双轴转矩输出电机10，该电机10设于第二根集管1和第三 根集管1的中间，其两输出端分别通过联轴器11和传动轴12与两个斜齿轮箱13连接，两 个斜齿轮箱13分别与设于集管同侧的传动装置连接，即第二根集管与第三根集管同侧的 两传动装置6分别与斜齿轮箱13的两输出端连接，该斜齿轮箱13能够将电机10输出的转 矩方向变换90度后传输给传动装置6，第一根集管1两侧的传动装置6分别通过联轴器和 传动轴与两斜齿轮箱13连接。第一根集管1和第四根集管1两侧的传动装置分别通过联 轴器11和传动轴12实现与另外两套传动装置的同侧串联。上述实施例1-4中，每一个上喷装置的结构如图5和图6所示，集管1沿垂直带钢 运行方向固定设置，集管1上均布有若干鹅颈喷管3，横梁2分成两段设置在集管1的两端 上方，横梁2沿垂直方向设置若干通孔，用于导通集管1和各喷管3，横梁2沿水平方向设置 有柱塞孔，柱塞孔与通孔相导通，柱塞孔的直径大于等于通孔的直径，柱塞5设置在柱塞孔 内，其直径与柱塞孔相匹配，传动装置6分别通过支座对称设于集管1左右两端的上方，平 衡装置7固定设于传动装置上方。传动装置6中的丝杆61、平衡装置7中的平衡杆71均与 柱塞5平行设置，丝杆61、平衡杆71和柱塞5的外端部均与同步板4固定连接。此外该装 置还包括对丝杆61进行导向的导向装置8。该上喷层流冷却装置通过柱塞5沿水平方向的 移动而阻断相应通孔，以实现冷却水宽度的调节。如图7所示，同步板4的中心开有孔，丝杆61的外端部插入孔中，并通过键44进 行固定。同步板4的上端和下端分别开有槽41和46，平衡杆71和柱塞5的外端部分别设 于所述槽内，并通过柱销42、45以及开口销43、47固定。如图8所示，柱塞5包括柱塞头51和与其固定连接的柱塞杆，其中柱塞杆包括销 芯52和套于其外的销套53，这样设计是为了既保证柱塞5的刚性需要，又保证其耐磨性。 为了提高柱塞5的密封作用，还使用压板55将密封54固定于柱塞杆的尾端，并用螺钉56 拧紧。[0066]如图9和图10所示，传动装置包括丝杆61、蜗轮62和蜗杆63，上述元件均设于传 动装置箱体内，该箱体通过支座固定设于集管上。电机与蜗杆63连接，输出转矩，蜗杆63 与蜗轮62连接，向蜗轮62传递转矩，蜗轮62的中心孔内设有一带有内螺纹的丝杆套，丝杆 套与丝杆61螺纹连接，将转矩转化为丝杆61的直线运动，同时蜗杆63的轴头端部还设有 键槽，键槽与键配合使用用于实现集管同侧两传动装置间的连接，从而实现转矩的传递。为 了防止丝杆61单侧受力，影响柱塞的工作稳定性，该层流冷却装置还设置了平衡装置。平 衡装置的平衡箱体72上开有通孔用于对称安装T型平衡套73，T型平衡套73通过螺钉固 定在箱体72上，该对称安装的T型平衡套73内套有平衡杆71，且其内孔直径与平衡杆71 的外径匹配，以确保平衡杆71与柱塞相对于丝杆能够受力平衡。此外，为了保证该上喷层流冷却装置在水平方向的平衡性，该装置还设置了如图 7和图8所示的导向装置。该导向装置的导向装置箱体包括固定连接的上箱体81和下箱 体82，其中下箱体82的下端设有一对对称设置的侧板821，侧板上开有孔822，螺钉穿过孔 822，将整个箱体固定于横梁上。整个导向装置箱体中心开有中心通孔，丝杆61贯穿该中心 通孔，上箱体81和下箱体82内以中心通孔为中心分别对称设有上、下两阶梯轴811，阶梯 轴811，导向轮813套于阶梯轴811上，导向轮813与阶梯轴811之间设有轴承812，导向轮 813的外圆周表面上设有外螺纹，以此实现两个导向轮813与丝杆61的啮合。为了为导向 轮813提供更好的润滑条件，导向轮813上还设有润滑孔。本发明所述的装置在使用过程中，每一个上喷装置小组均由一台电机或两台电机 提供转矩输出，电机进而将转矩传递给与其连接的蜗轮蜗杆或者是斜齿轮箱，然后该蜗杆 再将转矩传递给与其串联连接的其他蜗杆，从而实现同步控制。对于每一套传动装置，蜗杆 蜗轮将转动传递给与其连接的丝杆，从而实现转动到平行移动的转换，丝杆带同与其连接 的同步板平移，从而将直线运动同步传递给柱塞，从而实现冷却水宽度的调节。由此可见，该装置较之现有的层流冷却装置大大减少了电机的配置量，降低了设 备配置成本，减少了故障率，同时还可防止整个装置的偏载，起到平衡装置的作用。最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限 制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解依然可以对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替 换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案 范围当中。
权利要求一种上喷层流冷却调宽装置，包括若干个上喷装置小组，每个上喷装置小组包括至少两个上喷装置，每一个上喷装置均包括一集管，沿垂直带钢运行方向设置，其上设有一进水管；若干个喷管，均布于各集管上；两尾端封闭的柱塞孔对应设于集管两端上方，通过若干通孔与各喷管导通，所述柱塞孔还与集管导通；两个柱塞，分别对应设于两柱塞孔内，活动阻断所述通孔；两套传动装置，分别设于所述集管两侧的上方，且分别与两柱塞连接；所述集管彼此平行设置；其特征在于所述每个上喷装置小组还包括若干连接件，依次连接集管同侧的传动装置；两台电机，分别传动集管同侧的传动装置。
2.如权利要求1所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述电机为单轴转矩输 出电机，其与首个或末个上喷装置中的传动装置连接。
3.如权利要求1所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述电机为双轴转矩输 出电机，其设于两相邻连接的传动装置之间。
4.如权利要求1所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述每个上喷装置小组 包括的电机为一台双轴转矩输出电机，其两输出端分别通过两个垂直转动转换装置与同一 集管两侧的传动装置连接。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述每一 个上喷装置包括两套平衡装置，分别设于所述两套传动装置的上方，所述每一套平衡装置 均通过一同步板与一套传动装置和一柱塞对应固定连接。
6.如权利要求5所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述传动装置包括一传动装置箱体，固定设于所述集管上；一丝杆，贯穿所述传动装置箱体，并与所述柱塞平行设置，所述丝杆外端部与所述同步 板固定连接；一对啮合连接的蜗轮蜗杆，设于所述传动装置箱体内，所述蜗轮中心孔内设有一带内 螺纹的丝杆套，所述丝杆与丝杆套螺纹连接；所述集管同侧传动装置之间的连接通过所述蜗杆之间的连接实现。
7.如权利要求6所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述平衡装置包括一平衡箱体，固定设于所述传动装置箱体上，所述平衡箱体侧壁上开有一通孔；一对T型平衡套，对称设于所述通孔的两端，所述T型平衡套的T型头部设于平衡箱体 外，并与平衡箱体固定连接，所述T型平衡套的T型尾部通过通孔设于平衡箱体内；一平衡杆，套于所述T型平衡套内，贯穿所述平衡箱体，并与所述柱塞平行设置，所述 平衡杆的外径与T型平衡套的内孔直径相匹配，所述平衡杆的外端部与所述同步板固定连 接。
8.如权利要求7所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述每一个上喷装置包 括两套导向装置，分别固定设于所述集管两端上方，所述每一套导向装置均包括一导向装置箱体，包括固定连接的上箱体和下箱体，所述下箱体固定设于集管上方，所 述导向装置箱体左右侧壁的中间部位开有一中心通孔，所述丝杆通过中心通孔贯穿导向装 置箱体，所述上箱体和下箱体的前后侧壁上以中心通孔为对称中心分别开有一上通孔和一 下通孔；两阶梯轴，分别通过所述上通孔和下通孔固定对称设置于所述上箱体和下箱体内；两导向轮，通过其中心孔分别套于所述两阶梯轴上，所述导向轮外圆周面上设有螺纹， 用以实现所述两导向轮与丝杆的啮合。
9.如权利要求8所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述柱塞包括一柱塞头 和一与其连接的柱塞杆，所述柱塞头与所述同步板固定连接，所述柱塞杆包括一销芯以及 一套于销芯外的销套，所述柱塞杆尾部通过一密封以及一压板实现密封。
10.如权利要求4所述的上喷层流冷却调宽装置，其特征在于，所述垂直转动转换装置 为斜齿轮箱，所述斜齿轮箱的输入端与电机连接，输出端与传动装置连接。
专利摘要本实用新型介绍了一种上喷层流冷却调宽装置，该装置包括若干个上喷装置小组，每个上喷装置小组包括若干个上喷装置，每一个上喷装置均包括一集管；若干喷管；两柱塞孔，分别平行设于集管两端上方，并与各喷管和集管导通，一设置在集管上方的横梁，横梁沿水平方向设置有一柱塞孔，两柱塞分别对应设于两柱塞孔内，两套传动装置，分别设于集管两侧的上方，且分别与两柱塞连接；每个上喷装置小组中的集管彼此平行设置，设于若干个集管同侧的传动装置之间串联连接，每个上喷装置小组中的若干套传动装置由一台或两台电机传动。
文档编号B21B45/02GK201644526SQ20102013763
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月19日 优先权日2010年3月19日
发明者何晓明, 王军, 邹建明 申请人:宝山钢铁股份有限公司