CN113909315B - 一种轧机冷却液喷射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轧机冷却液喷射方法，关于轧机辊系对称布设两架贝状冷却液喷射系统，分别是左喷射系统和右喷射系统；取带材沿着轧机机组作业线依次贯穿左喷射系统、轧机辊系、右喷射系统；启动贝状冷却液喷射系统；贝状冷却液喷射系统喷射冷却液至待冷却区域；待冷却区域至少包括带材与工作辊的接触处、工作辊与相邻辊的接触处。贝状布置解决了狭小空间的冷却液喷射系统的布置问题而且极大降低了喷射距离，多次加压大大提高了冷却液的喷射压力，小喷射距离和大喷射压力使得贝状冷却液喷射系统彻底解决了当前冷却液喷射系统存在的众多问题。

Description

一种轧机冷却液喷射方法

技术领域

本发明属于带材轧制领域，具体涉及一种轧机冷却液喷射方法。

背景技术

随着带材在国防、军工、家电和微电子领域的广泛应用，尤其是曲面屏等高科技电子产品的推广，产品最终用户要求带材兼具厚度极薄、强度极高和板形极好的严苛要求。目前国内对于此种超精密极薄带材(厚度小于0.1mm的高精度、高稳定性带材)的需求量极大，但是大部分产品均依靠进口。传统的轧制工艺及其设备用于中低端带材的生产尚可，但却无法满足超精密极薄带的轧制工艺要求，尤其是轧机的冷却液喷射系统无法将热量及时带走，这导致辊面和带材表面因过热而降低产品精度。

为了对超精密极薄带完成轧制，一般采用多辊轧机完成金属的塑性加工，而且为了提高设备整体刚度和最小可轧厚度，辊系直径和轧机整体尺寸均尽量小。但是在超精密极薄带的轧制过程中会产生大量的变形热，此热量若不及时被冷却液带走或冷却极易导致带材表面质量降低或者辊面灼伤。不过由于轧机内部空间狭小，因此冷却液喷射系统的布置非常受限。为了不影响设备刚度和换辊操作，冷却液喷射系统只得布置在轧机内远离辊面和带材的区域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧机冷却液喷射方法，以克服上述技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轧机冷却液喷射方法：

关于轧机辊系对称布设两架贝状冷却液喷射系统，分别是左喷射系统和右喷射系统；

取带材沿着轧机机组作业线依次贯穿左喷射系统、轧机辊系、右喷射系统；

启动贝状冷却液喷射系统；

贝状冷却液喷射系统喷射冷却液至待冷却区域；

待冷却区域至少包括带材与工作辊的接触处、工作辊与相邻辊的接触处。

两架贝状冷却液喷射系统的结构相同，包括安装于轧机牌坊的导板架，还包括架设于导板架的两个导向辊，两个导向辊的轴向中心线相互平行且两个轴向中心线所在平面垂直于自两个导向辊之间的间隙穿过的带材所在平面，每个导向辊的辊体均安装有引流板，且每个导向辊的辊体内和每个引流板的板体内均开设有供冷却液流经的通道，其中导向辊内的冷却液沿引流板的通道流出并喷射至相邻轧辊的相接触处或带材与工作辊的相接触处。

进一步地，两个导向辊的结构相同且关于带材所在平面上下对称分布，导向辊为空心辊，空心辊的一端口封闭，另一端口作为进液口，且空心辊的空心腔壁沿轴向中心线均匀间隔开设有N个导流孔，所有导流孔的轴向中心线相互平行，且导流孔均连通于引流板的通道。

进一步地，两个引流板关于带材所在平面上下对称布设，其中位于带材之上的引流板的下板面相切于位于带材之上的导向辊，在引流板的板体内开设有N个供液通道，每个供液通道对应连通于每个导流孔，且供液通道的内径沿着介质流向逐渐减小；

沿着介质流向，供液通道的末端呈楔形喷射孔，自楔形喷射孔喷射出的冷却液正对带材与两个工作辊的相接触处，且所有的楔形喷射孔喷射出的冷却液覆盖带材的宽度。

优选地，导流孔水平延伸形成可插入引流板内部的导流通道，导流通道连通于供液通道，沿着介质流向，冷却液自进液口进入导向辊内，再依次流经导流孔、导流通道、供液通道后从楔形喷射孔喷出。

进一步地，供液通道是沿其轴向呈敞口的凹槽状，凹槽开设于引流板的板面，在引流板的表面覆盖有压板，压板密封紧贴于引流板的表面并全覆盖供液通道的敞口凹槽，在压板的对应于各供液通道的末端开设有扇形喷射孔，自扇形喷射孔喷射出的冷却液正对相邻轧辊的相接触处。

优选地，供液通道开设于引流板的板体内部，每个供液通道的腔壁均开设有扇形喷射孔，自扇形喷射孔喷射出的冷却液正对相邻轧辊的相接触处。

进一步地，导向辊平行于工作辊，两辊的其中同一端为传动侧，两辊的另外同一端为操作侧，其中导向辊位于传动侧的端部插入于导板架，导向辊位于操作侧的端部插入于支承板，支承板安装于导板架，且两个导向辊均可绕自身轴线旋转。

优选地，导向辊与引流板固接或一体成型，引流板和压板通过若干组铆钉相连接，每组铆钉与每个供液通道等距间隔布置，且每组铆钉的数量和间距相同。

冷却液自导向辊的空心腔进入导流孔，完成一次加压，冷却液继续前行沿导流孔、导流通道进入供液通道，完成二次加压，经历过两次加压的冷却液再继续前行自楔形喷射孔以高压高速的状态喷射至带材和工作辊的接触区域，同时冷却液自扇形喷射孔以高压高速的状态喷射至工作辊和一中间辊的接触区域。

本发明的有益效果如下：

贝状布置解决了狭小空间的冷却液喷射系统的布置问题而且极大降低了喷射距离，多次加压大大提高了冷却液的喷射压力，小喷射距离和大喷射压力使得贝状冷却液喷射系统彻底解决了当前冷却液喷射系统存在的众多问题。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并结合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是贝状冷却液喷射系统的剖视示意图一(供液通道开设于引流板的板面)。

图2是贝状冷却液喷射系统的剖视示意图二(供液通道开设于引流板的内部)。

图3是去掉了压板的贝状冷却液喷射系统的结构示意图。

图4是具有压板的贝状冷却液喷射系统的结构示意图。

附图标记说明：

A.左喷射系统；B.右喷射系统；C.轧机辊系；

1.导板架；

2.带材；

3.引流板；301.供液通道；302.楔形喷射孔；

4.导向辊；401.导流孔；402.导流通道；

5.工作辊；

6.支承板；

7.铆钉；

8.一中间辊；

9.压板；

10.扇形喷射孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

需说明的是，在本发明中，图中的上、下、左、右即视为本说明书中所述的轧机冷却液喷射方法的上、下、左、右。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明涉及一种轧机冷却液喷射方法，具体如下：

关于轧机辊系C对称布设两架贝状冷却液喷射系统，分别是左喷射系统A和右喷射系统B，参照图1或图2；取带材2沿着轧机机组作业线依次贯穿左喷射系统A、轧机辊系C、右喷射系统B；启动贝状冷却液喷射系统；贝状冷却液喷射系统喷射冷却液至待冷却区域。

待冷却区域至少包括带材2与工作辊5的接触处、工作辊5与相邻辊的接触处。

上述的相邻辊是指与工作辊5相邻的辊子，例如图1和图2中的一中间辊8。

轧机辊系C至少包括图1和图2中的工作辊5、一中间辊8。

当带材2到达轧机辊系C的入口时，左喷射系统A对待冷却区域喷射冷却液，带材2保持前行到达轧机辊系C的出口，右喷射系统B再次对待冷却区域喷射冷却液，冷却液以高压状态喷射向待冷却部位。

两架贝状冷却液喷射系统的结构相同，包括安装于轧机牌坊的导板架1，如图3所示，还包括架设于导板架1的两个导向辊4，两个导向辊4的轴向中心线相互平行且两个轴向中心线所在平面垂直于自两个导向辊4之间的间隙穿过的带材2所在平面，每个导向辊4的辊体均安装有引流板3，且每个导向辊4的辊体内和每个引流板3的板体内均开设有供冷却液流经的通道，其中导向辊4内的冷却液沿引流板3的通道流出并喷射至相邻轧辊的相接触处或带材2与工作辊5的相接触处。

导向辊4分为上导向辊和下导向辊，其作用是引导带材2从上导向辊和下导向辊之间的间隙通过，即带材2先进入导板架1，再继续前行自两个导向辊4之间穿过，最终进入两工作辊5之间，为了降低从工作辊5出来的带材2的温度，还可以在两工作辊5的下游设置贝状冷却液喷射系统，也就是说，两个贝状冷却液喷射系统关于两工作辊5之间的缝隙对称布设。

引流板3分为上引流板和下引流板，自两个导向辊4之间出来的带材2会继续前行从上下引流板之间穿过，参照图1，即上导向辊与上引流板、下导向辊与下引流板关于带材2上下对称布设，进而构成了贝状结构，该贝状布置可以在断带发生时将其限制在贝状冷却液喷射系统的内部空间，如此可防止带头进入轧辊接触处，这降低了安全事故的发生。

导板架1安装于轧机牌坊，本实施方式优选通过燕尾槽相连接，这样可以使带材2在穿带或断带过程中不会由于带材撞击而偏离原有位置。

参照图3，导板架1的左端面作为带材2的入口，其呈喇叭口状(图3中自左向右逐渐缩径)，同时两个导向辊4之间的间隙优选4mm，此布局可使原料即使发生翘头或扣头仍可顺利的穿带并继而完成轧制的操作，尤其在发生断带时，带头仍保持在此4mm的间隙内而不会缠绕于轧辊上。

本实施方式的贝状冷却液喷射系统的工作原理如下：

带材2自导板架1左端面的入口进入导板架1内部，其继续前行先从两个导向辊4之间穿过，再从两个引流板3之间穿过，如图1或图2所示，当带材2即将靠近工作辊5时，引流板3的通道喷射冷却液，冷却液喷向两个工作辊5之间以降低带材2的温度，和/或喷向相邻轧辊的相接触处(图1或图2所示为工作辊5与一中间辊8)，最后进入两个工作辊5被挤压。

贝状冷却液喷射系统可以应用于任何辊轧机，特别适用于二十辊轧机，以及超精密极薄带轧制工艺，由于整个系统不采用喷嘴，极大地节省了喷嘴安装所需的巨大空间，而且通过高压低距离的喷射实现了超过喷嘴的覆盖全带面的喷射效果。

参照图1或图2，两个导向辊4的结构相同且关于带材2所在平面上下对称分布，导向辊4为空心辊，空心辊的一端口封闭，另一端口作为进液口，且空心辊的空心腔壁沿轴向中心线均匀间隔开设有N个导流孔401，所有导流孔401的轴向中心线相互平行，且导流孔401均连通于引流板3的通道。

图1和图2内的箭头代表冷却液的流动方向。

导向辊4的空心内径大于导流孔401的内径，如导向辊4的空心内径为16mm，导流孔401的内径为5mm，冷却液自大直径(16mm)的导向辊4流向小直径(5mm)的导流孔401的过程中可完成对冷却液的一次加压。

为了确保进入上导向辊和下导向辊的冷却液的流速、流量、压力相等，优选自总进液管出来的冷却液分两路平均分配至上导向辊和下导向辊，与此类似的，为了保证等量分流，确保冷却喷射效果，所有的导流孔401优选均匀间隔布设。

如图1所示，两个引流板3关于带材2所在平面上下对称布设，其中位于带材2之上的引流板3的下板面相切于位于带材2之上的导向辊4，在引流板3的板体内开设有N个供液通道301，每个供液通道301对应连通于每个导流孔401，且供液通道301的内径沿着介质流向逐渐减小；

沿着介质流向，供液通道301的末端呈楔形喷射孔302，自楔形喷射孔302喷射出的冷却液正对带材2与两个工作辊5的相接触处，且所有的楔形喷射孔302喷射出的冷却液覆盖带材2的宽度。

楔形喷射孔302用于对带材和轧辊的间隙进行冷却。

供液通道301的始端直径为5mm，末端直径为1mm，始端与末端直径逐渐缩径，即末端截面积小于其始端截面积，冷却液由导流孔401进入供液通道301的过程中被二次加压。

被二次加压后的冷却液由楔形喷射孔302高速喷射至带材2和工作辊5的接触处(待冷却区域)，由于楔形喷射孔302与待冷却区域更近，因此冷却液在两次增压的作用下高速喷射并迅速覆盖至全带宽。

为了精准地喷射至待冷却区域，楔形喷射孔302须正对带材2和工作辊5的接触处，如图1或图2所示，即上下两个楔形喷射孔302与待冷却区域的连线成锐角的夹角，此为最优设置，也可以根据工作辊5的辊径自行调整。

本实施方式中优选供液通道301为孔道，而其截面可以是圆形，也可以是矩形，或者其他形状，不作限制。

参照图1或图2，导流孔401水平延伸形成可插入引流板3内部的导流通道402，导流通道402连通于供液通道301，沿着介质流向，冷却液自进液口进入导向辊4内，再依次流经导流孔401、导流通道402、供液通道301后从楔形喷射孔302喷出。

引流板3有两种结构，以下将详细说明：

结构一：参照图1和图4，供液通道301是沿其轴向呈敞口的凹槽状，凹槽开设于引流板3的板面，在引流板3的表面覆盖有压板9，压板9密封紧贴于引流板3的表面并全覆盖供液通道301的敞口凹槽，在压板9的对应于各供液通道301的末端开设有扇形喷射孔10，自扇形喷射孔10喷射出的冷却液正对相邻轧辊的相接触处，此外压板9的末端下板面与供液通道301的末端腔壁形成了图1所示的楔形喷射孔302。

为了避免喷射冷却液时引起的振动，确保系统的稳定，本实施方式中引流板3和压板9通过若干组铆钉7相连接，每组铆钉7与每个供液通道301等距间隔布置，且每组铆钉7的数量和间距相同。

结构二：参照图3，供液通道301开设于引流板3的板体内部，每个供液通道301的腔壁均开设有扇形喷射孔10，自扇形喷射孔10喷射出的冷却液正对相邻轧辊的相接触处，也就是说引流板3是整体结构，引流板3也可以与导向辊4一体成型，每个供液通道301的末端呈楔形喷射孔302。

两种结构可以根据需要二选一，即可以选择分体式的引流板3与压板9，也可以选择整体式的引流板3。

图1或图2中所示是自扇形喷射孔10喷射出的冷却液正对一中间辊8和工作辊5的接触处，若引流板3的末端厚度是1mm，那么扇形喷射孔10的轴向宽度为5mm并与其宽度中心呈70°夹角，由于扇形喷射孔10离待冷却部位(一中间辊8和工作辊5的接触处)略远，因此采用该70°夹角可利于冷却液呈扇形高压喷出并迅速覆盖至全带宽。

扇形喷射孔10的截面厚度为1.5mm并与水平方向呈30°以将冷却液喷射至工作辊5和一中间辊8的辊面接触处，较楔形喷射孔302，扇形喷射孔10与待冷却部位(带材2和工作辊5的接触处)的距离更远，因此所采用的孔厚度更大以利于更多冷却液的喷出。

导向辊4平行于工作辊5，两辊的其中同一端为传动侧，两辊的另外同一端为操作侧，其中导向辊4位于传动侧的端部插入于导板架1，导向辊4位于操作侧的端部插入于支承板6，支承板6安装于导板架1，且两个导向辊4均可绕自身轴线旋转。

两个导向辊4的传动侧插入导板架1中以利于冷却液的等量分流，两个导向辊4的操作侧插入支承板6中，支承板6与导板架1相连接，由于两个导向辊4均铰接于导板架1和支承板6，因此两个导向辊4及其引流板3可沿自身轴线转动约±2°，该铰接布置可实现对冷却液的喷射角度可进行微调，因此在轧辊直径发生变化时仍可通过调整冷却液的喷射角度而保证冷却效果。

由于贝状布局的厚度方向的尺寸限制，导向辊4与引流板3可固接(如焊接)，也可以其他连接方式，只要确保冷却液流过导向辊4与引流板3时密封即可，引流板3和压板9通过若干组铆钉7相连接，每组铆钉7与每个供液通道301等距间隔布置，且每组铆钉7的数量和间距相同。这即能使引流板3与导向辊4充分贴合以防止贴合面漏液，又可使楔形的供液通道301二次加压后的冷却液可迅速喷射并覆盖至全带面。

如引流板3的扇形喷射孔10沿轴向共13个且相邻孔的间距均为20mm，扇形喷射孔10与导流孔401、导流通道402及其供液通道301和楔形喷射孔302的轴向位置相对应，这保证了冷却液在同一横截面上的迅速顺利分流。

冷却液自导向辊4的空心腔进入导流孔401，完成一次加压，冷却液继续前行沿导流孔401、导流通道402进入供液通道301，完成二次加压，经历过两次加压的冷却液再继续前行自楔形喷射孔302以高压高速的状态喷射至带材2和工作辊5的接触区域，同时冷却液自扇形喷射孔10以高压高速的状态喷射至工作辊5和一中间辊8的接触区域。

本实施方式提供的贝状冷却液喷射系统的工作原理如下：

冷却液由导向辊4的空心腔进入导流孔401时由于通径变小而完成一次加压，冷却液由导流孔401、导流通道402进入供液通道301后由于截面尺寸减小而完成二次加压，经历过两次加压的冷却液由楔形喷射孔302以高压高速的状态喷射至带材2和工作辊5的接触区域，和/或由扇形喷射孔10以高压高速的状态喷射至工作辊5和一中间辊8的接触区域，此两个区域产生的变形热最多且相关零部件的线速度较高，因而是整个系统中需要冷却液最多的区域，本系统对此区域采用直接冷却；伴随轧制的高速运行，冷却液通过旋转和飞溅等方式迅速对轧机内的其他区域进行间接冷却。

由于贝状布置，楔形喷射孔302和带材2与工作辊5接触处的最小喷射距离为5mm，其喷射力可达70N，扇形喷射孔10和一中间辊8与工作辊5接触处的最小喷射距离为7mm，其喷射力可达66N。小喷射距离和大喷射力的共同作用，即利于变形热被及时带走以实现直接冷却，又利于冷却液的迅速飞溅以实现间接冷却，直接冷却和间接冷却使得轧制过程中的变形热始终维持在合理状态。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种轧机冷却液喷射方法，其特征在于：

关于轧机辊系对称布设两架贝状冷却液喷射系统，分别是左喷射系统和右喷射系统，贝状冷却液喷射系统适用于二十辊轧机，以及超精密极薄带轧制工艺，整个系统不采用喷嘴；

取带材沿着轧机机组作业线依次贯穿左喷射系统、轧机辊系、右喷射系统；

启动贝状冷却液喷射系统；

贝状冷却液喷射系统喷射冷却液至待冷却区域；

所述待冷却区域至少包括带材与工作辊的接触处、工作辊与相邻辊的接触处；

两架贝状冷却液喷射系统的结构相同，包括安装于轧机牌坊的导板架(1)，还包括架设于所述导板架(1)的两个导向辊(4)，两个所述导向辊(4)的结构相同且关于带材(2)所在平面上下对称分布，所述导向辊(4)为空心辊，空心辊的一端口封闭，另一端口作为进液口，且空心辊的空心腔壁沿轴向中心线均匀间隔开设有N个导流孔(401)；

每个导向辊(4)的辊体均安装有引流板(3)，在引流板(3)的板体内开设有N个供液通道(301)，每个供液通道(301)对应连通于每个导流孔(401)，且供液通道(301)的内径沿着介质流向逐渐减小；

所述导流孔(401)水平延伸形成可插入引流板(3)内部的导流通道(402)，导流通道(402)连通于供液通道(301)，沿着介质流向，冷却液自进液口进入导向辊(4)内，再依次流经导流孔(401)、导流通道(402)、供液通道(301)后从楔形喷射孔(302)喷出；

冷却液自导向辊(4)的空心腔进入导流孔(401)，完成一次加压，冷却液继续前行沿导流孔(401)、导流通道(402)进入供液通道(301)，完成二次加压，经历过两次加压的冷却液以高压高速的状态喷射至带材(2)与工作辊(5)的接触区域，此区域产生的变形热最多且相关零部件的线速度较高，因而是整个系统中需要冷却液最多的区域，贝状冷却液喷射系统对此区域采用直接冷却；伴随轧制的高速运行，冷却液通过旋转和飞溅方式迅速对轧机内的其他区域进行间接冷却；

所述供液通道(301)是沿其轴向呈敞口的凹槽状，凹槽开设于引流板(3)的板面，在引流板(3)的表面覆盖有压板(9)，压板(9)密封紧贴于引流板(3)的表面并全覆盖供液通道(301)的敞口凹槽，在压板(9)的对应于各供液通道(301)的末端开设有扇形喷射孔(10)，自扇形喷射孔(10)喷射出的冷却液正对相邻轧辊的相接触处。

2.如权利要求1所述的轧机冷却液喷射方法，其特征在于：两个导向辊(4)的轴向中心线相互平行且两个轴向中心线所在平面垂直于自两个导向辊(4)之间的间隙穿过的带材(2)所在平面，且每个导向辊(4)的辊体内和每个引流板(3)的板体均开设有供冷却液流经的通道，其中导向辊(4)内的冷却液沿引流板(3)的通道流出并喷射至相邻轧辊的相接触处或带材(2)与工作辊(5)的相接触处。

3.如权利要求2所述的轧机冷却液喷射方法，其特征在于：所有导流孔(401)的轴向中心线相互平行，且导流孔(401)均连通于引流板(3)的通道。

4.如权利要求3所述的轧机冷却液喷射方法，其特征在于：两个所述引流板(3)关于带材(2)所在平面上下对称布设，其中位于带材(2)之上的引流板(3)的下板面相切于位于带材(2)之上的导向辊(4)；

沿着介质流向，供液通道(301)的末端呈楔形喷射孔(302)，自楔形喷射孔(302)喷射出的冷却液正对带材(2)与两个工作辊(5)的相接触处，且所有的楔形喷射孔(302)喷射出的冷却液覆盖带材(2)的宽度。

5.如权利要求2或3所述的轧机冷却液喷射方法，其特征在于：所述导向辊(4)平行于工作辊(5)，两辊的其中同一端为传动侧，两辊的另外同一端为操作侧，其中导向辊(4)位于传动侧的端部插入于导板架(1)，导向辊(4)位于操作侧的端部插入于支承板(6)，支承板(6)安装于导板架(1)，且两个导向辊(4)均可绕自身轴线旋转。

6.如权利要求1所述的轧机冷却液喷射方法，其特征在于：所述导向辊(4)与引流板(3)固接或一体成型，引流板(3)和压板(9)通过若干组铆钉(7)相连接，每组铆钉(7)与每个供液通道(301)等距间隔布置，且每组铆钉(7)的数量和间距相同。

7.如权利要求1所述的轧机冷却液喷射方法，其特征在于：冷却液自扇形喷射孔(10)以高压高速的状态喷射至工作辊(5)和一中间辊(8)的接触区域。