轧辊深冷处理系统
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本文介绍的轧辊深冷处理系统 以液氮为冷源, 采用先进的控温技术和液氮分散技术, 使降温、保温 过程均匀稳定。系统控温范围为室温 ~ - 190 , 温 度均匀性 1 , 控温精度 1 , 升温、降温的速率 1~ 10 /m in, 最大装载量为 6000 kg, 最大能处理的 轧辊为 400 mm 4100 mm。
轧辊进行 - 100 以下的深冷处理。由作者参与研 制的轧辊深冷处理系统能够方便、可靠地应用于轧 辊的深冷处理。系统处理温度低, 温度均匀性高; 同 时, 由于采用了新的预冷方案, 节约了 液氮, 提高系 统的经济性。操作方便, 可实现生产过程工艺参数、 工艺曲线等实时数据采集, 并对人工智能控制仪进 行运算、控制输出、曲线绘制、数据库保存、查询等功 能, 具有检测和控制双重作用。
Cryogenic Treatm ent System of R oll
GUO J ia1, 2, W ANG Jun- jie1, 2, XUE X iao-da i1, 2, ZHANG H ong1, 2, CU I Chen1, 2, SH I Feng3, MA Jun- lei3
( 1. T echnical Institute of Physics and Chem istry of CAS, B eijing 100190, Ch ina; 2. K ey Laboratory o f Cryogen ics, T IPC, CAS, Be ijing 100190, Ch ina; 3. Be ijing FAW IP Cryogen ic Co. , L td. , Beijing 100190, China)
Abstract: A new type o f cryogenic treatm en t system w ith h igh precision o f tem perature contro,l m ultip le and reliab le funct ion, w ide range o f app lications for large ro ll is introduced. K ey w ord s: rol;l cryogen ic treatm ent
图 1 轧辊深冷处理系统 F ig. 1 C ryogen ic treatm ent system of roll
轧辊深冷处理系统是由中国科学院理化技术研
究所研制开发, 可以满足工件不同降温速率的深冷 处理需求。该系统是通过液氮雾化装 置, 先将液氮 雾化后再利用低温氮气去对工件进行制冷, 这样充 分地发挥了液氮的气化潜能和显能, 将液氮制冷效 率最大化地 发挥出来, 提高了效率, 节省了 运行成 本。同时系统在液氮的传输过程中采用了高真空输 液管, 将液氮在传输过程中的损耗降到最低。
1 轧辊深冷处理系统 深冷处 理涉及到 的关键 技术之 一就是 如何方
便、快捷、低廉、可靠且可控 地获得低温。因为装置 的性能直接影响到深冷处理工艺的进行。要想在实 际应用中确保深冷处理技术对处理材料产生预想的
收稿日期: 2010- 09- 09 作者简介: 郭 嘉 ( 1981- ) , 男, 工程师, 主要从事低温装置及深冷箱的研制和推广工作。
轧辊深冷处理系统 ( 实物照片如图 1所示, 结构 流程图如图 2所示 ) 由 2 个深冷箱体、控制系统、液 压系统、液氮传输系统、液氮储槽等部分组成。处理 系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ A、B 共 2 个深冷箱体组成。 A 箱、B 箱可同 时进行工作, 也可单独工作。
当 A 箱和 B 箱同时工作时, 1号预冷阀和 2号 预冷阀关闭, 1号排气阀和 2号排气阀打开, 液氮储 槽中的液氮在 1号电磁阀和 2号电磁阀的控制下向 两个箱体同时提供液氮, 工件在箱体中进行低温处 理。除此之外, A 箱和 B 箱也可以单独工作, 此时, 有一个箱体可以作为预冷箱体使用, 利用工作箱体
( 1. 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190; 2. 中国科学院低温工程学重点实验室 ( 理化技术研究所 ), 北京 100190; 3. 北京中科法威普科技有限责任公司, 北京 100190)
摘 要: 本文介绍了一种应用于轧辊深冷处理的控温精确、功能完善、性能可靠、应用广泛的大型轧 辊深冷处理系统。 关键词: 轧辊; 深冷处理 中图分类号: TG333. 17 文献标识码: A 文章编号: 1673- 4971( 2011) 01- 0037- 03
[ 7] 刘志奇, 郝玉峰, 阎 献国 等. 高性能 低温 深冷 处理设 备 [ J]. 机电产品开发与创新, 2003: ( 4) 26- 29.
[ 8 ] 张 红, 王 立 民, 王 俊 杰 等. 冷 处 理 温 度 对 1C r20Co6N i2WM oV 钢 组织 和硬 度 的影 响 [ J]. 材 料 热 处理学报, 2008: 29( 6) 62- 65.
针对大型轧辊的冷处理需要, 作者参与设计开 发了一种新型的深冷处理设备。它的工作原理有别
于传统的通过调整两种冷却介质混合比例来控制温 度的方式, 而是通过智能温控系统控制液氮的气化 量来控制工作温度。由于采用先进的计算机控制程 序, 该设备具有很高的温度控制精度, 同时具有很好 的可调变温速率、跟踪控制以及自动程序控制功能。 通过精确的计算设计, 使深冷设备内的导流装置及 搅拌系统的布置更为合理, 从而使温度场和流场分 布均匀, 保证了温度的均匀性, 减小了由于应力引起 的形变。
第 1期
郭 嘉等: 轧辊深冷处理系统
39
最大程度地降低液氮的消耗。根据多次实际使用时 的液氮消耗量数据统计, 可以得出该套系统的液氮
消耗量 如下: 深冷箱内装 1200 kg的 轧辊通过 - 70 的深冷处理工艺处理 5 h, 液氮消耗约 600 L。
4 结论 为了提高轧辊的耐磨性及尺寸稳 定性, 需要对
联系电话: 13901365153; E- m ai:l guojia81@ tom. com
38
热处理技术与装备
第 32卷
效果, 就必须保证深冷处理工艺的合理。正因如此, 深冷处理设备的工艺可靠性就成为深冷处理工艺成 败的关键因素。本文介绍一种专门应用于大型轧辊 的深冷处理系统。该套系统使用方便、功能完善、性 能可靠, 可方便地用于轧辊的深冷处理。
参 考文 献 [ 1] 康红梅, 莫一, 孙 明. 冷轧轧 辊的 选材及 热处 理工 艺
[ J] . 湖北工业大学学报, 2005, 20( 3): 18- 24.
[ 2] 熊运昌, 梁秀山, 杨凌平. 热轧辊的选 材及热处理 [ J]. 机械研究与应用, 2002, 15( 1): 6- 7.
[ 3] 戴涛, 范蜀晋. 低温处理技术的进展 ( 一 ) [ J]. 国外 金 属热处理, 1997 ( 6) : 6- 10.
排出的低温气体来预冷工件。如果选择 A 深冷箱为 工作箱, 则 B 箱就为预冷箱。这时 2 号预冷阀和 2 号排气阀打开, 1号排气阀和 1号预冷阀关闭, 利用 A深冷箱排出的低温气体来预冷 B 号深冷箱。A、B 箱可以互相预冷从而达到节省液氮的目的。
同时为该设备配备的计算 机控制系统, 人性化 的微机操作界面, 可方便用户使用。该系统还可实 现工艺的自动化编制, 生产过程工艺参数、工艺曲线 等实时数据采集处理, 并对人工智能控制仪进行运 算、控制输出、曲线绘制、数据库保存、查询等功能, 具有检测和控制双重作用。
0 概述 工业上一般把材料经过常规热处理后进一步冷
却到摄氏零度以下某一温度 ( 通常为 0~ - 100 ) 的处理方法称为普通冷处理; 而把低于 - 100 以下 (通常为 - 100~ - 196 ) 的冷处理叫做深冷处理, 它是常规热处理的一种延伸。深冷处理是将被处理 工件置于特定的、可控的低温环境中, 使材料的微观 组织结构产生变化, 从而达到提高或改善材料性能 的一种新技术 [ 1~ 3] 。深冷处理不仅可以显著提高金 属材料、非金属材料、陶瓷材料以及合成材料的力学 性能、使用寿命、尺寸稳定性以及材料 均匀性, 而且 操作简便, 不破坏工件, 不污染环境, 具有可观的经 济效益和市场前景。
[ 4] 王俊杰, 张 红, 谭 萍, 郭 嘉, 丁 海飞. 深 冷处理 的 发展及 SLX 深冷装置.
[ 5] 郭嘉, 王俊杰, 阎献国. 关于 SLX 系列程序控制深冷箱温 度均匀性的研究 [ J]. 热处理技术与装备, 2007, 28( 4).
[ 6] 张 红, 王俊 杰, 郭 嘉 . 深冷 处 理 及深 冷 处理 设 备 [ J]. 五金科技, 2008; 36( 4) .
第 32卷第 1期 2011年 2月
热处理技术与装备 RECHU L I JISHU YU ZHUANGBE I
V o.l 32, N o. 1 Fed, 2011
设备
轧辊深冷处理系统
郭 嘉 1, 2, 王俊杰 1, 2, 薛小代 1, 2, 张 红 1, 2, 崔 晨 1, 2, 施 丰 3, 马君磊3
3 轧辊深冷处理系统液氮消耗 深冷处理中液氮消耗是最 大的成本消耗, 因此
在该套系统中采用了多种设计以减少冷量的消耗, 如: 预冷模式工作、高效的液氮分散技术、小温差传 热的控制原理, 特种硬质聚氨酯保温材料, 从密封层 次和密封强度上改进的密封设计, 结构设计中采用 避免容易产生漏热的结构形式, 真空绝热输液管避 免液氮传输过程中的热损失, 槽间相互预冷装置等,
图 2 轧辊深冷处理系统流程简图 F ig. 2 F low d iagram of cryogen ic treatm ent system for roll
2 轧辊深冷处理系统温度均匀性测试 在槽体前、中、后各安装两 支铂电阻温度计, 液
氮分散系统可以保证各铂电阻温度计之间温度均匀 性 1 。图 3为轧辊深冷处理系统在 - 80 时 的温度均匀性测试结果, 蓝线为设定温度, 红线为控 制用温度计温度, 黄线为箱体远端安装温度计的测 试温度, 红线数据和黄线数据的差值即为温度的均 匀性。由图 3可以看出, 差值最大为 1 , 即: 温度 均匀性为 1 以内。
轧辊进行 - 100 以下的深冷处理。由作者参与研 制的轧辊深冷处理系统能够方便、可靠地应用于轧 辊的深冷处理。系统处理温度低, 温度均匀性高; 同 时, 由于采用了新的预冷方案, 节约了 液氮, 提高系 统的经济性。操作方便, 可实现生产过程工艺参数、 工艺曲线等实时数据采集, 并对人工智能控制仪进 行运算、控制输出、曲线绘制、数据库保存、查询等功 能, 具有检测和控制双重作用。
Cryogenic Treatm ent System of R oll
GUO J ia1, 2, W ANG Jun- jie1, 2, XUE X iao-da i1, 2, ZHANG H ong1, 2, CU I Chen1, 2, SH I Feng3, MA Jun- lei3
( 1. T echnical Institute of Physics and Chem istry of CAS, B eijing 100190, Ch ina; 2. K ey Laboratory o f Cryogen ics, T IPC, CAS, Be ijing 100190, Ch ina; 3. Be ijing FAW IP Cryogen ic Co. , L td. , Beijing 100190, China)
Abstract: A new type o f cryogenic treatm en t system w ith h igh precision o f tem perature contro,l m ultip le and reliab le funct ion, w ide range o f app lications for large ro ll is introduced. K ey w ord s: rol;l cryogen ic treatm ent
图 1 轧辊深冷处理系统 F ig. 1 C ryogen ic treatm ent system of roll
轧辊深冷处理系统是由中国科学院理化技术研
究所研制开发, 可以满足工件不同降温速率的深冷 处理需求。该系统是通过液氮雾化装 置, 先将液氮 雾化后再利用低温氮气去对工件进行制冷, 这样充 分地发挥了液氮的气化潜能和显能, 将液氮制冷效 率最大化地 发挥出来, 提高了效率, 节省了 运行成 本。同时系统在液氮的传输过程中采用了高真空输 液管, 将液氮在传输过程中的损耗降到最低。
1 轧辊深冷处理系统 深冷处 理涉及到 的关键 技术之 一就是 如何方
便、快捷、低廉、可靠且可控 地获得低温。因为装置 的性能直接影响到深冷处理工艺的进行。要想在实 际应用中确保深冷处理技术对处理材料产生预想的
收稿日期: 2010- 09- 09 作者简介: 郭 嘉 ( 1981- ) , 男, 工程师, 主要从事低温装置及深冷箱的研制和推广工作。
轧辊深冷处理系统 ( 实物照片如图 1所示, 结构 流程图如图 2所示 ) 由 2 个深冷箱体、控制系统、液 压系统、液氮传输系统、液氮储槽等部分组成。处理 系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ A、B 共 2 个深冷箱体组成。 A 箱、B 箱可同 时进行工作, 也可单独工作。
当 A 箱和 B 箱同时工作时, 1号预冷阀和 2号 预冷阀关闭, 1号排气阀和 2号排气阀打开, 液氮储 槽中的液氮在 1号电磁阀和 2号电磁阀的控制下向 两个箱体同时提供液氮, 工件在箱体中进行低温处 理。除此之外, A 箱和 B 箱也可以单独工作, 此时, 有一个箱体可以作为预冷箱体使用, 利用工作箱体
( 1. 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190; 2. 中国科学院低温工程学重点实验室 ( 理化技术研究所 ), 北京 100190; 3. 北京中科法威普科技有限责任公司, 北京 100190)
摘 要: 本文介绍了一种应用于轧辊深冷处理的控温精确、功能完善、性能可靠、应用广泛的大型轧 辊深冷处理系统。 关键词: 轧辊; 深冷处理 中图分类号: TG333. 17 文献标识码: A 文章编号: 1673- 4971( 2011) 01- 0037- 03
[ 7] 刘志奇, 郝玉峰, 阎 献国 等. 高性能 低温 深冷 处理设 备 [ J]. 机电产品开发与创新, 2003: ( 4) 26- 29.
[ 8 ] 张 红, 王 立 民, 王 俊 杰 等. 冷 处 理 温 度 对 1C r20Co6N i2WM oV 钢 组织 和硬 度 的影 响 [ J]. 材 料 热 处理学报, 2008: 29( 6) 62- 65.
针对大型轧辊的冷处理需要, 作者参与设计开 发了一种新型的深冷处理设备。它的工作原理有别
于传统的通过调整两种冷却介质混合比例来控制温 度的方式, 而是通过智能温控系统控制液氮的气化 量来控制工作温度。由于采用先进的计算机控制程 序, 该设备具有很高的温度控制精度, 同时具有很好 的可调变温速率、跟踪控制以及自动程序控制功能。 通过精确的计算设计, 使深冷设备内的导流装置及 搅拌系统的布置更为合理, 从而使温度场和流场分 布均匀, 保证了温度的均匀性, 减小了由于应力引起 的形变。
第 1期
郭 嘉等: 轧辊深冷处理系统
39
最大程度地降低液氮的消耗。根据多次实际使用时 的液氮消耗量数据统计, 可以得出该套系统的液氮
消耗量 如下: 深冷箱内装 1200 kg的 轧辊通过 - 70 的深冷处理工艺处理 5 h, 液氮消耗约 600 L。
4 结论 为了提高轧辊的耐磨性及尺寸稳 定性, 需要对
联系电话: 13901365153; E- m ai:l guojia81@ tom. com
38
热处理技术与装备
第 32卷
效果, 就必须保证深冷处理工艺的合理。正因如此, 深冷处理设备的工艺可靠性就成为深冷处理工艺成 败的关键因素。本文介绍一种专门应用于大型轧辊 的深冷处理系统。该套系统使用方便、功能完善、性 能可靠, 可方便地用于轧辊的深冷处理。
参 考文 献 [ 1] 康红梅, 莫一, 孙 明. 冷轧轧 辊的 选材及 热处 理工 艺
[ J] . 湖北工业大学学报, 2005, 20( 3): 18- 24.
[ 2] 熊运昌, 梁秀山, 杨凌平. 热轧辊的选 材及热处理 [ J]. 机械研究与应用, 2002, 15( 1): 6- 7.
[ 3] 戴涛, 范蜀晋. 低温处理技术的进展 ( 一 ) [ J]. 国外 金 属热处理, 1997 ( 6) : 6- 10.
排出的低温气体来预冷工件。如果选择 A 深冷箱为 工作箱, 则 B 箱就为预冷箱。这时 2 号预冷阀和 2 号排气阀打开, 1号排气阀和 1号预冷阀关闭, 利用 A深冷箱排出的低温气体来预冷 B 号深冷箱。A、B 箱可以互相预冷从而达到节省液氮的目的。
同时为该设备配备的计算 机控制系统, 人性化 的微机操作界面, 可方便用户使用。该系统还可实 现工艺的自动化编制, 生产过程工艺参数、工艺曲线 等实时数据采集处理, 并对人工智能控制仪进行运 算、控制输出、曲线绘制、数据库保存、查询等功能, 具有检测和控制双重作用。
0 概述 工业上一般把材料经过常规热处理后进一步冷
却到摄氏零度以下某一温度 ( 通常为 0~ - 100 ) 的处理方法称为普通冷处理; 而把低于 - 100 以下 (通常为 - 100~ - 196 ) 的冷处理叫做深冷处理, 它是常规热处理的一种延伸。深冷处理是将被处理 工件置于特定的、可控的低温环境中, 使材料的微观 组织结构产生变化, 从而达到提高或改善材料性能 的一种新技术 [ 1~ 3] 。深冷处理不仅可以显著提高金 属材料、非金属材料、陶瓷材料以及合成材料的力学 性能、使用寿命、尺寸稳定性以及材料 均匀性, 而且 操作简便, 不破坏工件, 不污染环境, 具有可观的经 济效益和市场前景。
[ 4] 王俊杰, 张 红, 谭 萍, 郭 嘉, 丁 海飞. 深 冷处理 的 发展及 SLX 深冷装置.
[ 5] 郭嘉, 王俊杰, 阎献国. 关于 SLX 系列程序控制深冷箱温 度均匀性的研究 [ J]. 热处理技术与装备, 2007, 28( 4).
[ 6] 张 红, 王俊 杰, 郭 嘉 . 深冷 处 理 及深 冷 处理 设 备 [ J]. 五金科技, 2008; 36( 4) .
第 32卷第 1期 2011年 2月
热处理技术与装备 RECHU L I JISHU YU ZHUANGBE I
V o.l 32, N o. 1 Fed, 2011
设备
轧辊深冷处理系统
郭 嘉 1, 2, 王俊杰 1, 2, 薛小代 1, 2, 张 红 1, 2, 崔 晨 1, 2, 施 丰 3, 马君磊3
3 轧辊深冷处理系统液氮消耗 深冷处理中液氮消耗是最 大的成本消耗, 因此
在该套系统中采用了多种设计以减少冷量的消耗, 如: 预冷模式工作、高效的液氮分散技术、小温差传 热的控制原理, 特种硬质聚氨酯保温材料, 从密封层 次和密封强度上改进的密封设计, 结构设计中采用 避免容易产生漏热的结构形式, 真空绝热输液管避 免液氮传输过程中的热损失, 槽间相互预冷装置等,
图 2 轧辊深冷处理系统流程简图 F ig. 2 F low d iagram of cryogen ic treatm ent system for roll
2 轧辊深冷处理系统温度均匀性测试 在槽体前、中、后各安装两 支铂电阻温度计, 液
氮分散系统可以保证各铂电阻温度计之间温度均匀 性 1 。图 3为轧辊深冷处理系统在 - 80 时 的温度均匀性测试结果, 蓝线为设定温度, 红线为控 制用温度计温度, 黄线为箱体远端安装温度计的测 试温度, 红线数据和黄线数据的差值即为温度的均 匀性。由图 3可以看出, 差值最大为 1 , 即: 温度 均匀性为 1 以内。