專利名稱：鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱軋鋼板的冷卻方法及裝置，具體涉及一種用于熱軋鋼板在線生產(chǎn)的窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法及裝置，屬于金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
控制軋制和控制冷卻技術(shù)是最近二十多年來(lái)國(guó)內(nèi)外新發(fā)展起來(lái)的連鑄系統(tǒng)軋鋼生產(chǎn)新技術(shù)。隨著現(xiàn)代化的設(shè)備和檢測(cè)控制手段在軋鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用，使得控軋控冷技術(shù)日臻完善，尤其在中厚鋼板的生產(chǎn)上更加普及?？刂栖堉茖?duì)軋機(jī)的產(chǎn)量影響較大，因此各板材生產(chǎn)廠家，都竭盡全力開(kāi)發(fā)適合自己廠情的交叉軋制方法，并配以必要的軋后冷卻裝置，以便鋼材產(chǎn)品強(qiáng)韌化、降低變形和降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。目前國(guó)內(nèi)外鋼鐵工業(yè)廠家?guī)缀鯚o(wú)一例外的使用射流(噴流)沖擊沸騰技術(shù)來(lái)冷卻軋制后的高溫鋼板，但是射流冷卻也有兩個(gè)不足之處一是耗水量大，電力消耗大；二是難以做到均勻冷卻。此 夕卜，射流冷卻的冷卻能力也基本達(dá)到了極限，難以進(jìn)一步提高。冷卻水形成的射流冷卻下的在線高溫鋼板分成射流滯止區(qū)和非滯止區(qū)兩部分，兩個(gè)部分都處于膜態(tài)沸騰換熱模式。滯止區(qū)內(nèi)水流直接沖擊高溫鋼板，鋼板和射流水之間存在穩(wěn)定的薄蒸汽膜，換熱速率很大；而非滯止區(qū)內(nèi)沒(méi)有射流水的壓力，蒸汽在此區(qū)域上升，液體處于一種濺射狀態(tài)，平均蒸汽膜非常厚，換熱速率很小。由于非滯止區(qū)占在線鋼板面積的主要部分，因此，整體鋼板的傳熱速率不高，冷卻不均勻。特別是滯止區(qū)與非滯止區(qū)之間存在嚴(yán)重的溫差，從而使鋼板由于冷卻不均勻而導(dǎo)致變形、殘留應(yīng)力和特性偏差，造成產(chǎn)品合格率降低。雖然可以通過(guò)增加射流速度、流量和噴嘴數(shù)目來(lái)改進(jìn)射流冷卻性能，但在開(kāi)發(fā)性能更優(yōu)異的產(chǎn)品時(shí)，射流冷卻已經(jīng)產(chǎn)生冷卻速率不夠、冷卻不均勻的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請(qǐng)?zhí)?00580051372. 6，專利名稱為厚鋼板的冷卻裝置；該專利敘述的方法是典型的傳統(tǒng)射流冷卻鋼板的方法，其通過(guò)在規(guī)定的范圍內(nèi)選擇水噴流沖擊面積與鋼板面積的比例、調(diào)整射流水量和噴嘴類型等措施來(lái)控制冷卻范圍，力圖使鋼板上下表面及各處冷卻均勻和保證穩(wěn)定的冷卻能力。然而其缺點(diǎn)在于，垂直沖擊到鋼板表面的冷卻水短時(shí)間內(nèi)流動(dòng)性較差，滯留后形成氣膜，導(dǎo)致過(guò)渡沸騰換熱，難以保證冷卻的均勻。專利申請(qǐng)?zhí)?2818457. 2，專利名稱為鋼板的冷卻方法及其裝置，該專利敘述的方法是在鋼板上側(cè)設(shè)置水平放置的狹縫噴嘴，冷卻水與鋼板進(jìn)行水平強(qiáng)制對(duì)流換熱，而在鋼板下側(cè)位置設(shè)置多個(gè)帶導(dǎo)管圓管層流噴嘴對(duì)鋼板表面垂直射流冷卻，通過(guò)實(shí)時(shí)控制圓管層流水量可以防止鋼板前端的過(guò)冷卻，以期達(dá)到均勻冷卻的目的。但該方法也存在有需水量大、上下表面冷卻速率不易控制的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法及裝置，其采用射流和窄縫通道內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流的混合冷卻方式，以達(dá)到提高平均換熱冷卻能力和均勻冷卻的目的。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法，其在冷卻區(qū)的熱軋鋼板周圍套置一扁長(zhǎng)方形中空管狀水套，該水套的上、下壁與熱軋鋼板之間形成窄縫通道，所述水套的上壁和下壁上安裝有開(kāi)口向內(nèi)的傾斜的射流噴嘴，冷卻水由該射流噴嘴中傾斜地射入所述窄縫通道，與在熱軋鋼板表面產(chǎn)生的水蒸氣共同形成汽液兩相流，然后從窄縫通道端口流出并流入設(shè)置于水套端口處的循環(huán)用儲(chǔ)水槽。所述冷卻水的射入方向與熱軋鋼板的軋送方向相對(duì)且與熱軋鋼板表面所成的夾角為 30-60。。所述冷卻水為柱狀流，其噴射流速為6-lOm/s。所述冷卻水的壓力為0. 2-0. 8MPa，溫度為20_80°C。
本發(fā)明另一技術(shù)方案為一種實(shí)施上述方法的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置，其包括高壓水箱、調(diào)節(jié)閥、多個(gè)射流噴嘴、水套和儲(chǔ)水槽，所述水套為扁長(zhǎng)方形中空管狀且套置于熱軋鋼板周圍，該水套的上、下壁與熱軋鋼板之間形成窄縫通道，所述多個(gè)射流噴嘴開(kāi)口向內(nèi)傾斜地安裝于水套的上壁和下壁上，所述高壓水箱儲(chǔ)存冷卻水并且通過(guò)所述調(diào)節(jié)閥連接該多個(gè)射流噴嘴，所述儲(chǔ)水槽設(shè)置于所述水套的端口處。所述水套由防腐蝕材料制成，該防腐蝕材料為不銹鋼或具有防腐蝕層的碳素鋼板。所述水套的上壁與下壁之間的空間高度不超過(guò)所述熱軋鋼板厚度的2. 5倍。所述多個(gè)射流噴嘴在所述水套的上壁和下壁上分段排列且上下對(duì)稱布置，在該水套寬度方向上布置8-32組射流噴嘴，長(zhǎng)度方向上布置6列以上射流噴嘴。所述射流噴嘴的傾斜角為30-60°，噴嘴內(nèi)徑為6-20mm。本發(fā)明提出了一種新的高溫鋼板快速冷卻和控制冷卻的新技術(shù)一窄縫通道內(nèi)射流冷卻技術(shù)，其特征為，熱軋鋼板從水套中經(jīng)過(guò)，上下冷卻水噴流與窄縫通道內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流形成高速氣液兩相流，對(duì)熱軋鋼板進(jìn)行冷卻處理，達(dá)到了快速冷卻和均勻冷卻兩個(gè)技術(shù)效果。窄縫通道內(nèi)射流冷卻技術(shù)的換熱機(jī)理還是強(qiáng)制對(duì)流膜態(tài)沸騰在高溫鋼板表面存在著一層薄蒸汽膜，蒸汽膜的外面是高速流動(dòng)的冷卻水，形成一種高速汽液兩相流。和一般的強(qiáng)制對(duì)流膜態(tài)沸騰不同的是，由于在通道中各個(gè)位置不停地通過(guò)噴嘴噴入冷卻水，整個(gè)通道中的水流都處于過(guò)冷狀態(tài)，冷卻水不斷湮沒(méi)水蒸氣，通道沿程的蒸汽膜厚度不會(huì)變化，保持通道沿程換熱速率穩(wěn)定；另外，射流水不斷沖破蒸汽膜，沖擊鋼板表面，使得平均蒸汽膜厚度降低，從而提高了換熱速率，同時(shí)，射流水造成蒸汽膜強(qiáng)烈擾動(dòng)，也使得換熱速率提高。由于不再存在嚴(yán)格的滯止區(qū)和非滯止區(qū)的區(qū)分，使整個(gè)傳熱面的冷卻速率比較接近。窄縫通道內(nèi)射流冷卻可以看成是一種整體傳熱面都近似處于滯止區(qū)的冷卻技術(shù)。這種冷卻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效均勻冷卻的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的冷卻能力大大超過(guò)了單純射流冷卻方式或單純強(qiáng)制對(duì)流冷卻方式的平均冷卻能力，同時(shí)，熱軋鋼板傳熱面上滯止區(qū)和非滯止區(qū)之間的冷卻速率差別十分小，達(dá)到了很好的均勻冷卻的效果，而且本發(fā)明具有耗水量低、冷卻能力調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的俯視圖。圖3為圖I的A-A剖視圖。圖4為圖I的B-B剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述 的實(shí)施例。如圖I、圖2所示實(shí)施例，圖示鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置包括高壓水箱、調(diào)節(jié)閥、多個(gè)射流噴嘴5、水套4和儲(chǔ)水槽I。所述水套4為扁長(zhǎng)方形中空管狀構(gòu)件(如同一個(gè)火柴盒外套)，并且套置于熱軋鋼板3周圍，該水套4的上、下壁與熱軋鋼板3上、下面之間形成窄縫通道2，該水套4的上壁與下壁之間的空間高度不超過(guò)所述熱軋鋼板3厚度的2. 5倍；所述水套4由各類防腐蝕材料制成，由于生產(chǎn)線上冷卻水常含有氯等腐蝕性物質(zhì)，所以該防腐蝕材料可以選擇不銹鋼或具有防腐蝕層的碳素鋼板，如鍍有鋅、鉻或類似材料的碳素鋼板或具有防腐蝕涂層的鋼板，該水套4根據(jù)待冷卻的熱軋鋼板尺寸確定適宜尺寸焊接而成，要求焊接質(zhì)量高、安全可靠。本實(shí)施例中，該水套4選用鋅鎳鋼板材料焊接制成，全長(zhǎng)1.8m。所述多個(gè)射流噴嘴5開(kāi)口向內(nèi)并且傾斜地安裝于水套4的上壁和下壁上，射流噴嘴5的傾斜角為30-60°，所述多個(gè)射流噴嘴5在所述水套4的上壁和下壁上分段排列且上下對(duì)稱布置(見(jiàn)圖2)，布置根據(jù)熱軋鋼板3的長(zhǎng)度和冷卻要求進(jìn)行，一般在該水套4的寬度方向上布置8-32組射流噴嘴5，在長(zhǎng)度方向上布置6列以上射流噴嘴5。所述射流噴嘴5可以采用圓管射流噴嘴，其內(nèi)徑可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，一般為6-20mm ;該射流噴嘴5也可以采用橢圓管、長(zhǎng)條形管或異形管射流噴嘴。本實(shí)施例中，熱軋鋼板3的寬度方向布置9個(gè)射流噴嘴5，為保證流速和水量，選擇管徑為12mm ;射流噴嘴5的方向與熱軋鋼板3的軋送方向相對(duì)，傾斜角為45°，射流噴嘴5上下對(duì)稱分布。所述高壓水箱(圖中未示出)儲(chǔ)存冷卻水，并且通過(guò)所述調(diào)節(jié)閥(圖中未示出)分別連接該多個(gè)射流噴嘴5。所述儲(chǔ)水槽I設(shè)置于所述水套4的端口處(見(jiàn)圖1)，用于接納由水套4中流出的冷卻水以便循環(huán)使用。圖3和圖4分別顯示了圖I的剖視圖。圖2是沒(méi)有安裝射流噴嘴5的位置區(qū)域的剖面圖，顯示了水套4與熱軋鋼板3之間形成的窄縫通道2，這一位置可以看成是非滯止區(qū)。圖3是安裝射流噴嘴5的位置區(qū)域的剖面圖，水套4與熱軋鋼板3之間的噴射區(qū)，這一位置可以看成是噴射滯止區(qū)。 本發(fā)明采用上述裝置的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法為，在冷卻區(qū)的熱軋鋼板3周圍套置一扁長(zhǎng)方形中空管狀水套4，該水套4的上、下壁與熱軋鋼板3之間形成窄縫通道2，所述水套4的上壁和下壁上安裝有開(kāi)口向內(nèi)的傾斜的射流噴嘴5，冷卻水由該射流噴嘴5中傾斜地射入所述窄縫通道2，該冷卻水為柱狀流，噴射流速為6-lOm/s，壓力為0.2-0. 8MPa，溫度為20-80°C，其射入方向與熱軋鋼板3的軋送方向相對(duì)且與熱軋鋼板3表面所成的夾角為30-60°，所述冷卻水與在熱軋鋼板3表面產(chǎn)生的水蒸氣共同形成汽液兩相流，然后從窄縫通道2端口流出并流入設(shè)置于水套4端口處的循環(huán)用儲(chǔ)水槽I。以下為一本發(fā)明所述鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法的實(shí)施例。如圖I所示，在冷卻區(qū)留出一段空間，安置一個(gè)水套4圍住熱軋鋼板3，水套4上安裝有多個(gè)傾斜的分段排列布置的射流噴嘴5，將高壓水箱0. 4MPa的冷卻水通過(guò)管道導(dǎo)入射流噴嘴5，噴流速度8m/s，冷卻水從這些射流噴嘴5中傾斜地射入窄縫通道2，調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)射流水量，使水逐漸充滿窄縫通道2 ;從約束輥6傳送過(guò)來(lái)的溫度為850°C的熱軋鋼板3以
1.0—2. Om/s速度進(jìn)入水套4后，受到冷卻水噴流和強(qiáng)制對(duì)流冷卻，在表面形成高速汽液兩相流，窄縫通道2內(nèi)的水蒸氣不停湮沒(méi)沸騰產(chǎn)生的水蒸氣，表面各處蒸汽膜厚度相差不大，各處冷卻均勻；同時(shí)射流水不斷沖破蒸汽膜，沖擊熱軋鋼板3表面，使得平均蒸汽膜厚度降 低，換熱速率得到提高；與熱軋鋼板3的軋送方向相對(duì)流動(dòng)的冷卻水最后流出水套4，排入儲(chǔ)水槽I，熱軋鋼板3可進(jìn)入下一冷卻單元，冷卻水循環(huán)使用。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此，依本發(fā)明實(shí)施例及說(shuō)明書內(nèi)容所作的等效變化或修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法，其特征在于在冷卻區(qū)的熱軋鋼板周圍套置一扁長(zhǎng)方形中空管狀水套，該水套的上、下壁與熱軋鋼板之間形成窄縫通道，所述水套的上壁和下壁上安裝有開(kāi)口向內(nèi)的傾斜的射流噴嘴，冷卻水由該射流噴嘴中傾斜地射入所述窄縫通道，與在熱軋鋼板表面產(chǎn)生的水蒸氣共同形成汽液兩相流，然后從窄縫通道端口流出并流入設(shè)置于水套端口處的循環(huán)用儲(chǔ)水槽。
2.如權(quán)利要求I所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法，其特征在于所述冷卻水的射入方向與熱軋鋼板的軋送方向相對(duì)且與熱軋鋼板表面所成的夾角為30-60°。
3.如權(quán)利要求I所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法，其特征在于所述冷卻水為柱狀流，其噴射流速為6-lOm/s。
4.如權(quán)利要求I所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法，其特征在于所述冷卻水的壓力為0. 2-0. 8MPa，溫度為20-80°C。
5.一種實(shí)施權(quán)利要求I所述方法的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置，其特征在于所述裝置包括高壓水箱、調(diào)節(jié)閥、多個(gè)射流噴嘴、水套和儲(chǔ)水槽，所述水套為扁長(zhǎng)方形中空管狀且套置于熱軋鋼板周圍，該水套的上、下壁與熱軋鋼板之間形成窄縫通道，所述多個(gè)射流噴嘴開(kāi)口向內(nèi)傾斜地安裝于水套的上壁和下壁上，所述高壓水箱儲(chǔ)存冷卻水并且通過(guò)所述調(diào)節(jié)閥連接該多個(gè)射流噴嘴，所述儲(chǔ)水槽設(shè)置于所述水套的端口處。
6.如權(quán)利要求5所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置，其特征在于所述水套由防腐蝕材料制成。
7.如權(quán)利要求6所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置，其特征在于所述防腐蝕材料為不銹鋼或具有防腐蝕層的碳素鋼板。
8.如權(quán)利要求5所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置，其特征在于所述水套的上壁與下壁之間的空間高度不超過(guò)所述熱軋鋼板厚度的2. 5倍。
9.如權(quán)利要求5所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置，其特征在于所述多個(gè)射流噴嘴在所述水套的上壁和下壁上分段排列且上下對(duì)稱布置，在該水套寬度方向上布置8-32組射流噴嘴，長(zhǎng)度方向上布置6列以上射流噴嘴。
10.如權(quán)利要求5所述的鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻裝置，其特征在于所述射流噴嘴的傾斜角為30-60°，噴嘴內(nèi)徑為6-20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋼板窄縫水套通道內(nèi)射流冷卻方法，其在冷卻區(qū)的熱軋鋼板周圍套置一扁長(zhǎng)方形中空管狀水套，該水套的上、下壁與熱軋鋼板之間形成窄縫通道，所述水套的上壁和下壁上安裝有開(kāi)口向內(nèi)的傾斜的射流噴嘴，冷卻水由該射流噴嘴中傾斜地射入所述窄縫通道，與在熱軋鋼板表面產(chǎn)生的水蒸氣共同形成汽液兩相流，然后從窄縫通道端口流出并流入設(shè)置于水套端口處的循環(huán)用儲(chǔ)水槽；本發(fā)明還提供了實(shí)施該方法的冷卻裝置。本發(fā)明同時(shí)達(dá)到了快速冷卻和均勻冷卻兩個(gè)技術(shù)效果，而且具有耗水量低、冷卻能力調(diào)節(jié)方便、裝置安裝簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21B45/02GK102756000SQ20121023425
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者劉振華, 龐樂(lè), 李元陽(yáng), 王平陽(yáng) 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)