CN102266872A - 钢管冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管冷却装置，包括分别设置在两相邻输送辊道之间的冷却水箱，所述冷却水箱包括通过连接水管串联连接且平行相对设置的子喷水箱以及与连接水管和外部供水管相连的进水管，所述子喷水箱包括外框架、置于外框架内的圆形内腔和沿圆形内腔周向布置在圆形内腔内周壁上的喷嘴，所述喷嘴的喷水方向均与所述圆形内腔的轴线垂直，且所有喷嘴喷水方向的延伸线与所述圆形内腔轴线的距离相等且小于等于待冷却钢管的半径。本发明的钢管冷却装置能大大减少甚至杜绝钢管运行过程中钢管头部和尾部的进水滞留问题，串联的子喷水箱之间露空能解决密封水圈存水问题。

Description

钢管冷却装置

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，特别是一种用于热轧钢管的冷却装置。

背景技术

传统的ERW焊管生产J55钢级的石油管技术为先经过ERW高频焊接，焊缝热处理，而后进行探伤，车丝，交货。但由于此工艺生产效率低，为此一些焊管厂采取如下工艺提高产量：接ERW焊管线，经感应加热后进行热张力减径，再热锯切，而后上冷床，最后人工去毛刺检查入库。此方式虽大大提高了焊管产量，但由于经电感应再加热后空冷，冷却速率低，导致焊管最终的强度要低于母管的强度，如需要得到较高强度的钢管，或者加入合金元素，或者进行调质处理，这两种方式均提高了焊管的生产成本，而通过在热张力减径机和冷床之间设置钢管冷却装置，能有效加快钢管冷却速率，提高钢管强度。

目前国内应用的钢管冷却装置，采用密封的水圈进行冷却，由于水圈自身的厚度影响，造成冷却水沉积在水圈下部，浸没下部喷嘴，影响周向冷却均匀性；水圈喷淋嘴的布置形式或者垂直于钢管运行方向，或者沿钢管运行方向倾斜角度，但均不能同时有效解决钢管头尾进水滞留的问题，造成钢管纵向性能差异。

专利号为CN201455003U的中国专利公开了“一种实现无缝管控轧控冷的装置”，其核心技术为设置有若干喷淋嘴的喷淋管绕水环轴线均匀设置构成笼式结构，喷淋嘴轴线与垂直线有5～20°夹角，喷淋嘴倾斜方向沿着钢管前进方向。其冷却方式虽然在一定程度上可有效避免钢管头部进水引起滞留，但不能有效解决运行速度较慢的钢管尾部进水的问题。

因此，需要对现有的钢管冷却装置进行改进，改善其结构，提高钢管的冷却效率和降低钢管的生产成本，同时通过改变冷却水的喷淋方式，避免钢管头尾进水滞留的缺陷并使得钢管周向和纵向冷却更加均匀。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种钢管冷却装置，其不仅结构简单、体积小、安装拆卸方便，而且能利用钢管轧后余热，控制轧后钢管的冷却工艺，从而达到细化晶粒，调整金属组织中组分的比例，提高钢管的强度，降低钢管生产成本的目的，并能避免钢管头尾进水滞留的缺陷和使得钢管周向和纵向冷却更加均匀。

为了实现上述技术目的，本发明的钢管冷却装置包括分别设置在两相邻输送辊道之间的冷却水箱，所述冷却水箱包括通过连接水管串联连接且平行相对设置的子喷水箱以及与连接水管和外部供水管相连的进水管，所述子喷水箱包括外框架、置于外框架内的圆形内腔和沿圆形内腔周向布置在圆形内腔内周壁上的喷嘴，所述喷嘴的喷水方向均与所述圆形内腔的轴线垂直，且所有喷嘴喷水方向的延伸线与所述圆形内腔轴线的距离相等且小于等于待冷却钢管的半径。

进一步，还包括与所述冷却水箱固定连接的支架和用于支架升降的升降机；

进一步，所述进水管通过快换接头与外部供水管道相连；

进一步，所述进水管前设有供水阀；

进一步，所述冷却水箱前均设有锥形的钢管导向器；

进一步，所述喷嘴沿所述子水箱圆形内腔轴线方向分多排安装在圆形内腔上；

进一步，相邻两排喷嘴的喷水方向沿顺时针方向和逆时针方向交替喷水；

进一步，所述连接水管均布设置在外框架与圆形内腔之间，且连接水管位于子喷水箱内的部分沿周向均匀开设有漏水孔；

进一步，所述冷却水箱的外框架与圆形内腔之间还设有多级腔体结构，所述多级腔体结构包括环形阵列布置在外框架与圆形内腔之间且与连接水管一一对应设置的稳流隔板，且所述连接水管位于外框架与稳流隔板之间，所述稳流隔板的三面边均与外框架之间无缝连接，另一面与外框架之间设有出口方向与圆形内腔轴线垂直的缝隙。

本发明的钢管冷却装置具有以下有益效果：

1、通过将喷嘴的喷水方向设置为与圆形内腔的轴线垂直，可实现喷嘴的喷水方向沿钢管运行方向无倾斜，另外，喷嘴喷水方向的延伸线与圆形内腔轴线的距离相等且小于等于待冷却钢管的半径，及喷嘴喷射的流体可交汇成一定尺寸的内切圆，内切圆的半径等于喷嘴喷水方向的延伸线与圆形内腔轴线的距离，如此，便避免了正对钢管周壁方向的喷射流体相撞造成流体沿轴向喷射的现象，且喷嘴的喷水方向与钢管运行方向垂直并交汇成一定尺寸的内切圆，不会存在向钢管尾部注水的现象；另外，内切圆里为无水区，可大大减少钢管运行过程中由于相对运动造成的切水现象；这些均能大大减少甚至杜绝钢管运行过程中钢管头部和尾部的进水滞留问题，且钢管运行速度不受限制；此外，每个子喷水箱厚度较薄，串联的子喷水箱之间露空，可有效解决密封水圈存水问题。

2、通过设置升降机可根据需要冷却的钢管的不同管径调整冷却水箱的中心线高度，使得钢管位于冷却水箱的中心；通过设置快换接头连接进水管与外部供水管可方便装置的拆装；通过供水阀的开闭策略实现子喷水箱的连续开启和间隔开启，以适应不同钢种的冷却工艺要求；通过设置钢管导向器能保证钢管运行更加顺畅；通过将喷嘴沿圆形内腔的轴向方向分为多排安装在圆形内腔内周壁上，可加强每个子喷水箱的冷却效率，减少冷却水箱的个数和减小冷却区长度；

 3、通过将连接水管均布设置在外框架与圆形内腔之间且沿连接水管的周向均匀开设漏水孔，可使得流体沿连接水管四周均匀地进入子喷水箱的外框架内，可实现流体的第一次稳流； 

4、通过设置多级腔体结构，一方面从连接水管内流入外框架内的流体可进入稳流隔板与圆形内腔之间，另一方面可促进圆形内腔与稳流隔板间腔体内冷却流体的高速旋转，增加了周向喷射的均匀性，同时也实现了流体的二次稳流。

附图说明

图1为本发明钢管冷却装置实施例的结构示意图；

图2a为本实施例的冷却水箱的结构示意图；

图2b为本实施例的冷却水箱的正视图；

图3为本实施例的喷嘴布置方式示意图；

图4a为使用本实施例钢管冷却装置冷却的钢管的周向截面不同位置冷却温度曲线图；

图4b为图4a中的温度数据表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

如图1-3所示，为本发明的钢管冷却装置实施例的结构示意图，本发明的钢管冷却装置包括分别设置在两相邻输送辊道2之间的多个冷却水箱1，每个冷却水箱1均包括通过连接水管9串联连接且平行相对设置的子喷水箱7以及与连接水管9和外部供水管相连的进水管10。所述子喷水箱7包括外框架11、置于外框架11内的圆形内腔12和沿圆形内腔12周向布置在圆形内腔12内周壁上的喷嘴13，喷嘴13的喷水方向均与圆形内腔12的轴线垂直，且所有喷嘴13喷水方向的延伸线与圆形内腔12轴线的距离相等且小于等于待冷却钢管的半径。

通过将喷嘴13的喷水方向设置为与圆形内腔12的轴线垂直，可实现喷嘴13的喷水方向沿钢管4运行方向无倾斜，另外，喷嘴13喷水方向的延伸线与圆形内腔12轴线的距离相等且小于等于待冷却钢管4的半径，及喷嘴喷射的流体可交汇成一定尺寸的内切圆14，内切圆14的半径等于喷嘴13喷水方向的延伸线与圆形内腔12轴线的距离。如此，便避免了正对钢管4周壁方向的喷射流体相撞造成流体沿轴向喷射的现象，且喷嘴13的喷水方向与钢管4运行方向垂直并交汇成一定尺寸的内切圆14，不会存在向钢管4尾部注水的现象。另外，内切圆14内部为无水区，可大大减少钢管4运行过程中由于相对运动造成的切水现象。这些均能大大减少甚至杜绝钢管4运行过程中钢管头部和尾部的进水滞留问题，且钢管4运行速度不受限制；另外，每个子喷水箱7厚度较薄，串联的子喷水箱7之间露空，可有效解决密封水圈存水问题。

优选的，本实施例的钢管冷却装置还包括与冷却水箱1固定连接的支架5和用于支架5升降的升降机6，通过设置升降机6可根据需要冷却的钢管4的不同管径调整冷却水箱1的中心线高度，使得钢管4位于冷却水箱1的中心；

优选的，进水管10通过快换接头与外部供水管道相连，可方便装置的拆装；

优选的，进水管10前设有供水阀，通过供水阀的开闭策略实现子喷水箱7的连续开启和间隔开启，以适应不同钢种的冷却工艺要求；

优选的，冷却水箱1前均设有锥形的钢管导向器3，通过设置钢管导向器3既能保护喷嘴、保证钢管4运行顺畅，又能起到收集水槽的作用；

优选的，喷嘴13沿圆形内腔轴线方向分多排安装在圆形内腔12上，且相邻两排喷嘴的喷水方向沿顺时针方向和逆时针方向交替喷水。通过将喷嘴13沿圆形内腔12的轴向方向分为多排安装在圆形内腔12内周壁上，可加强每个子喷水箱7的冷却效率，减少冷却水箱1的个数和减小冷却区长度，相邻两排的喷嘴喷水方向交替进行可有效增加装置周向冷却均匀性。

优选的，连接水管9均布设置在外框架11与圆形内腔12之间，且连接水管位于子喷水箱7内的部分沿周向均匀开设有漏水孔；冷却水箱1的外框架11与圆形内腔12之间还设有多级腔体结构，所述多级腔体结构包括环形阵列布置在外框架11与圆形内腔12之间且与连接水管9一一对应设置的稳流隔板8，连接水管9位于外框架11与稳流隔板8之间，稳流隔板8的三面边均与外框架11之间无缝连接，另一面与外框架11之间设有出口方向与圆形内腔12轴线垂直的缝隙。

通过将连接水管9均布设置在外框架11与圆形内腔12之间且沿连接水管9的周向均匀开设漏水孔，可使得流体沿连接水管9四周均匀地进入子喷水箱7的外框架11内，可实现流体的第一次稳流；通过设置多级腔体结构，一方面从连接水管9内流入外框架11内的流体可进入稳流隔板8与圆形内腔12之间，另一方面可促进圆形内腔12与稳流隔板8间腔体内冷却流体的高速旋转，增加了装置的周向喷射均匀性，同时也实现了流体的二次稳流。

本实施例的钢管冷却装置安装在热张力减径机组最后的机架和冷床之间，张力减径后的红热钢管4经热锯切后，通过热张力减径机组最后的机架和冷床之间的输送辊道2运行到本钢管在线冷却装置中进行加速冷却。且在此区域的钢管输送辊道2采取与辊道轴向呈一定倾角的方式布置，以使得钢管4在行进过程中实现自身旋转，钢管周向冷却更加均匀。对于J55级钢管，开冷温度控制在800～850℃，终冷温度为600～650℃，平均冷却速率10～50℃/s，冷却效率更高，从而达到细化晶粒，调整金属组织中组分的比例，提高钢管的强度和降低生产成本的目的。每两个输送辊道2间可放置1～2个冷却水箱1，冷却区长度，也即子喷水箱7的总个数可根据生产工艺要求确定。使用时还可通过供水阀组的开闭策略实现子喷水箱1的连续开启和间隔开启，以适应不同钢种的冷却工艺要求。

下面通过试验对本发明的具体实施方式作进一步说明。

首先根据待冷却钢管4的管径选择合适的冷却水箱1的圆形内腔12的大小以及喷嘴13喷射的流体形成的内切圆14的大小；

在一种J55钢管同一处的外周壁和内周壁上分别均布地安装三只热电偶用于测温，钢管内周壁上的热电偶分别编号为热电偶一、热电偶二和热电偶三，钢管的外周壁上分别与内周壁的热电偶对应的设置有热电偶四、热电偶五、热电偶六； 

调整升降机6的高度，使得待冷却钢管4运行时位于冷却水箱1的中心；

在钢管不旋转通过情况下，其在冷却过程中的温降曲线如图4a和图4b所示，可知，应用本实施例的钢管冷却装置在钢管4未旋转情况下进行冷却，钢管周向温差可控制在±20℃内，具有良好的冷却均匀性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种钢管冷却装置，包括分别设置在两相邻输送辊道（2）之间的冷却水箱（1），其特征在于：所述冷却水箱（1）包括通过连接水管（9）串联连接且平行相对设置的子喷水箱（7）以及与连接水管（9）和外部供水管相连的进水管（10），所述子喷水箱（7）包括外框架（11）、置于外框架（11）内的圆形内腔（12）和沿圆形内腔（12）周向布置在圆形内腔（12）内周壁上的喷嘴（13），所述喷嘴（13）的喷水方向均与所述圆形内腔（12）的轴线垂直，且所有喷嘴（13）喷水方向的延伸线与所述圆形内腔（12）轴线的距离相等且小于等于待冷却钢管的半径。

2.根据权利要求1所述的钢管冷却装置，其特征在于：还包括与所述冷却水箱固定连接的支架（5）和用于支架升降的升降机（6）。

3.根据权利要求1所述的钢管冷却装置，其特征在于：所述进水管（10）通过快换接头与外部供水管道相连。

4.根据权利要求1所述的钢管冷却装置，其特征在于：所述进水管（10）前设有供水阀。

5.根据权利要求1所述的钢管冷却装置，其特征在于：所述冷却水箱（1）前均设有锥形的钢管导向器（3）。

6.根据权利要求1所述的钢管冷却装置，其特征在于：所述喷嘴（13）沿圆形内腔轴线方向分多排安装在圆形内腔（12）上。

7.根据权利要求6所述的钢管冷却装置，其特征在于：相邻两排喷嘴的喷水方向沿顺时针方向和逆时针方向交替喷水。

8.根据权利要求1-7任一项所述的钢管冷却装置，其特征在于：所述连接水管（9）均布设置在外框架（11）与圆形内腔（12）之间，且连接水管位于子喷水箱（7）内的部分沿周向均匀开设有漏水孔。

9.根据权利要求8所述的钢管冷却装置，其特征在于：所述冷却水箱（1）的外框架（11）与圆形内腔（12）之间还设有多级腔体结构，所述多级腔体结构包括环形阵列布置在外框架（11）与圆形内腔（12）之间且与连接水管（9）一一对应设置的稳流隔板（8），且所述连接水管（9）位于外框架（11）与稳流隔板（8）之间，所述稳流隔板（8）的三面边均与外框架（11）之间无缝连接，另一面与外框架（11）之间设有出口方向与圆形内腔（12）轴线垂直的缝隙。

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