[发明专利]热轧板带液氮超快冷装置

说明书

本发明涉及一种热轧板带液氮超快冷装置，包括测温计、控制器和冷段区，多个冷段区串联的位于精轧机和卷取机之间，测温计分别位于精轧机出口和卷取机之前，冷段区包括板带两侧的上控冷装置和下控冷装置，包括控冷横梁导轨、导轨式支撑架、片式喷嘴组件、压力式喷嘴、位移缸、液氮罐、红外测温装置和电磁阀，导轨式支撑架与控冷横梁导轨滑动连接，在位移缸的推动下沿轧向移动，多个片式喷嘴组件沿轧向固定在导轨式支撑架上，片式喷嘴组件固定有多个压力式喷嘴，喷嘴与板带轧向形成倾斜角度，并通过粉末绝热管与液氮罐相连，压片式喷嘴上设有电磁阀，电磁阀与控制器相连，冷段区的两端均设有红外测温装置。

技术领域

本发明属于轧制设备的自动化测控技术领域，具体的，涉及一种热轧板带液氮超快冷装置。

背景技术

随着工业化进程的加快和深加工产业的不断细分，航空、航天、航海、化工、桥梁、汽车、建筑等各领域对板带硬度、强度、断裂、韧性、延伸等性能指标的要求更加具体化和专业化。对于热轧板带来说，温度不仅影响其整个轧制过程的三维形变规律，而且在轧后长距离的冷却阶段，不同的冷却速率或控冷方式将直接影响最终板带的金相组织和力学性能，因此轧后控冷是热轧板带整个生产过程中非常重要的环节之一。

当前流行的热轧板带冷却方式是层流冷却或超快冷冷却，冷却介质是水，冷却模式是上下对称和粗冷、精冷相结合的分区冷却方式，最终实现相变控制、组织调整和性能强化的目的。其中传统的层流冷却流速低、压力小，容易在板带表面大面积形成水膜，影响换热效率，冷却速率偏低，另外经常忽略头尾、厚向和横向温差，导致冷却不均匀，在板带内部容易产生额外的残余应力。近年流行的超快速冷却技术，孔径小，水压大，能够有效击破水汽膜，显著提高换热效率，可以达到每秒几百℃的超冷却速率，能够使板带在极短时间内迅速降温，避免晶粒过度长大同时控制相变过程，使其迅速穿过奥氏体区，达到快速冷却条件下的动态相变点。新一代超快冷技术采用缝隙式幕状喷射式喷嘴和圆管喷射式喷嘴的混合配置，冷却水以一定角度喷射到板带表面，这种“吹扫式”冷却有利于扫除表面气膜，同时可以实现全板面的均匀核沸腾，不仅可以大大提高冷却效率，满足高速率超快速冷却条件，而且有能力实现板带全宽、全长的均匀冷却。

目前，国内外已相继开发出基于水介质的超快冷装置及其温控模型，结合轧制过程中板带三维形变规律和组织演变过程，研究高速状态下高冷却效率和高均匀性的超快冷特征。综合来说，对于整个水介质的控冷过程来说，最为关键的是不同材质、规格板带温控点和冷却路径的选择，以提高相变强化、固溶强化、细晶强化和析出强化等手段综合强化效果。以碳钢为例，控冷过程中如果冷速过低，会导致最终晶粒尺寸过大，冷却后部分奥氏体会转变为铁素体，强度降低；而冷速过快，又会导致部分奥氏体向贝氏体转变，塑性降低。因此，为了生产不同材质、规格和多相组织的高性能板带产品，高效的超快冷装置和智能温控模型缺一不可，相辅相成。

相对而言，水介质冷却方式的优缺点比较明显。其优点在于成本低、污染小、易回收，冷却速度和控冷效果能够满足工程需求，且理论技术相对较成熟，便于升级改造。缺点是水介质冷却方式不可避免会产生水膜，上下板面水流压力和流动方向一定程度上也会影响换热效率和冷却均匀性，需要严格控制其水流分布或形成特定的水凸度，这对控冷设备和冷却工艺的要求很高；另外板带上下表面易氧化且氧化铁皮分布不均匀，很大程度上影响后续工序的加工精度和表面质量。

液氮冷却是近年来非常流行的一种冷却介质，易汽化无残留，且冷却效率非常高，温度调整范围大，降温时间可控，还可以作为保护气体防止高温过度氧化。但是，由于液氮在使用过程中，其流量、压力、温度及气液相的控制难度非常大，另外如果设备或部件较大或不规则，大面积大范围应用液氮还会带来很大的安全隐患，这在很大程度上限制了液氮的应用领域和工艺开发进程。在传统重型机械加工领域中，液氮应用目前还较少，另外也缺乏高效可控的液氮冷却设备及相应的理论技术研究。