中小型棒材车间步进式冷床长度的计算分析

杜新立

摘要：冷床是中小型棒材车间的重要加工设备之一，其常见的类型主要包括步进式齿条型冷床、符合多抓式冷床等等。随着我国市场对棒材产品的需要量以及质量的不断提升，步进式冷床凭借其对轧件的划伤度低、冷却时棒材分布均匀以及容易矫直等优势，获得了越来越多的好评，并被广泛采用。本文重点探索步进式齿条型冷床的长度计算以及冷却能力的验证。

关键词：中小型棒材；步进式冷床；计算分析

中图分类号： S626 文献标识码： A 文章编号：

一、冷床的长度

冷床的长度通常是指与轧制线垂直的方向上的长度，其长度的制定是为了保证轧机产量，而根据棒材的冷却所需时间合理制定的。通常情况下，按照下面的计算公式进行计算：

(1)

式中： 代表冷床的长度， 表示轧机每小时的产量， 表示轧件倍尺的长度质量； 表示步进式冷床齿间的距离， 表示刚才冷却的标准时间。由式(1)我们可以发现，冷却的实践对冷床长度起到了决定性作用，是否正确的进行选择时间，对其长度的影响很大。然而，棒材在齿条式冷床上冷却的过程当中，主要采用了两种散热的方式：一种是热辐射散热方式；另一种则是空气对流散热方式。当没有其他任何外来提升冷却速度的前提下，空气对流散热模式实现棒材降温的效果仅为辐射散热模式的百分之一。所以，一般情况下，会采用热辐射的散热模式，根据波尔茨曼定律我们可以得到以下的计算公式：

(2)

式中： 表示刚才的冷却时间； 表示刚才的比热， 表示钢材的密度； 表示棒材的半径大小； 表示钢材的热辐射系数， 表示为波尔茨曼常数， 表示钢材冷却后的温度； 表示钢材冷却前的温度。

下面我们以某年产100万吨棒材车间 的钢材成品为例，其中具体参数如下表所示：

表1 参数名称及其对应取值

参数名称 参数值

:轧机小时产量( )

:步进式冷床齿距

:钢材的比热

：钢材的密度

：钢的热辐射系数

：玻 尔 茨 曼 常 数

：冷却后温度

250

：冷却前温度

950

由公式(2)可以得出冷却所需的时间为： 。由公式(1)得出，冷床的长度

。

因为冷却时间无法准确地计算出，以上估算存在一定的误差。所以如果主轧跨的跨度可以满足冷床长度的适当增加，增大冷床的冷却能力，投资不会增加很多，这是合算的在目前的实际设计工作中，主轧跨一般选择27ｍ，本工程中的轧机选用短应力线轧机，轧制中心线即冷床输入辊道中心线距厂房柱轴线11ｍ，冷床输出辊道中心线距该主轧跨的另一条厂

房轴线3.5ｍ。因此，该棒材厂冷床长度实际取值 。

二、冷床能力的校核

在冷却能力的校核中，如果棒材在冷床上实际通过的时间 大于计算所需的冷却时间 ，则冷床冷却能力足够，反之则不足。

(3)

式中：Ａ为冷床长度；ｂ为步进式冷床齿距;Ｔ为轧件对应冷床的工作周期；ｎ为钢材上冷床的根数。同样以 的圆钢为例，棒材小时产量，每小时需要上冷床棒材根数为： ，其中ｒ为钢材的密度，经计算 。由公式(2)可知： 大于 。说明冷却的程度足够。

三、总结

随着市场形势的变化，中小型棒材项目因为投资小，见效快，近年来在国内市场上的建设蓬勃兴起，而冷床作为其中重量最重、投资额最大的设备，如何计算其尺寸，在满足工艺生产的前提下又能节省投资，是棒材项目设计过程中的一个重要环节。棒材在冷床上的冷却是一个复杂的过程，和很多因素如产品品种、规格、轧机小时产量、轧件长度、终轧温度、下冷床温度、冷却条件、冷床齿距等都有关系，也没有很准确的计算公式，以往的设计中常通过经验或查表来确定冷床尺寸，这里以热辐射为棒材在冷床上主要的散热温降方式来计算所需的冷却时间，从而算出冷床长度，并将该时间与棒材在冷床上实际通过的时间进行比较来校核冷床长度。本文希望通过计算、量化的方式来为棒材冷床的设计和生产提供参考。

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。