專利名稱：高溫物體的冷卻方法及其冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫物體的噴霧冷卻方法。
在鋼鐵廠的魚雷形鐵水罐車、轉(zhuǎn)爐等的鐵水、鋼水抽取裝置、設(shè)備補(bǔ)修時(shí)，這些裝置、設(shè)備(下文稱耐火材料的結(jié)構(gòu)物件)內(nèi)部的耐火材料必須冷卻。
在這種情況下，為了延長(zhǎng)耐火材料的壽命和縮短工序，必須(1)保持冷卻時(shí)和冷卻后的耐火材料表面高度干燥狀態(tài)(下文稱為干冷卻)，(2)短時(shí)間內(nèi)冷卻和(3)在耐火材料各處的均等冷卻。
以前公開的耐火材料結(jié)構(gòu)物件的冷卻方法有(1)直接噴水冷卻法；(2)用空氣冷卻法及(3)在耐火材料結(jié)構(gòu)物件的內(nèi)部，吹入添加水滴的空氣氣流的冷卻方法(特開昭61-159251號(hào)，供參考)。
但是，在方法(1)中，冷卻時(shí)耐火材料潤(rùn)濕和冷卻不均等是不可避免的，耐火材料的壽命有問題，在方法(2)中，存在要求長(zhǎng)時(shí)間冷卻的問題。
另外，在上述方法(3)中，(a)從中間罐的耐火材料的結(jié)構(gòu)物件的外部向其內(nèi)部吹入添加水滴的空氣氣流，耐火材料的被冷卻面與水滴接觸的準(zhǔn)確率低，水滴的蒸發(fā)潛熱不能有效地利用，因此冷卻時(shí)間長(zhǎng)，(b)水滴的移動(dòng)路徑靠空氣的流動(dòng)，因此均等冷卻困難，(c)由于水滴潤(rùn)濕耐火材料，耐火材料的品質(zhì)劣化，修補(bǔ)后干燥時(shí)有爆裂的危險(xiǎn)。
在鋼鐵廠中，有人工冷卻鋼板的工序，要求工業(yè)精度良好而快速的冷卻。以前的噴霧冷卻法不能滿足上述的要求。
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供高溫狀態(tài)的物體在短時(shí)間內(nèi)，可以不潤(rùn)濕而均等冷卻被冷卻面的冷卻方法和冷卻裝置。
本發(fā)明的第一種冷卻高溫物體的方法的特征是，在高溫物體冷卻時(shí)，從噴嘴噴出的噴霧水與被冷卻面直接接觸進(jìn)行冷卻，在冷卻時(shí)，使用有相對(duì)被冷卻而開孔的噴嘴的管狀噴嘴頭，該噴嘴頭以噴嘴頭的軸線為中心旋轉(zhuǎn)噴出水噴霧。在這種冷卻方法中，根據(jù)被冷卻面的位置隨時(shí)控制該噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)角速度。
本發(fā)明第二種冷卻高溫物體的方法的特征是，在高溫物體冷卻時(shí)，用噴嘴的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在冷卻時(shí)，根據(jù)被冷卻面溫度隨時(shí)間的變化控制噴嘴噴霧水液滴的直徑。其中，在被冷面的溫度為200℃以下進(jìn)行冷卻時(shí)，優(yōu)選使用水滴的最大粒徑為100μm以下或水滴的平均勻粒徑為85μm以下的噴霧水。
再者，用上述噴嘴的噴霧水進(jìn)行直接冷卻后，優(yōu)選進(jìn)行空氣冷卻。在高溫物體冷卻時(shí)，被冷卻物體的溫度大于200℃時(shí)，更優(yōu)選水滴的最大粒徑超過100μm或水滴的平均粒徑超過85μm的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在被冷卻面的溫度大于50℃小于或等于200℃時(shí)，使用水滴的最大粒徑為100μm以下或水滴的平均粒徑為85μm以下的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在被冷面溫度大于等于50℃時(shí)，進(jìn)行空氣冷卻。上述的空冷卻，優(yōu)選使用送風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制空氣冷卻。
本發(fā)明的第三種冷卻高溫物體的方法的特征是，使用噴嘴的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在冷卻時(shí)，噴霧水最大粒徑的水滴在被冷卻面上的沖擊速度超過該最大粒徑水滴的破壞沖擊速度。在本發(fā)明中，噴霧水中最大粒徑的水滴在被冷卻面上的沖擊速度的垂直向量超過該最大粒徑的水滴的破壞沖擊速度。
而且，在第三種方法的另一種方案中，在冷卻時(shí)，在噴嘴噴霧水的噴出孔的外周部向噴出噴霧水的方向噴出空氣，噴出的空氣量是根據(jù)破壞水滴的水量密度和被冷卻面的溫度而定，所述的破壞水滴的水量密度是從噴嘴噴出的水滴粒子的粒徑分布和水滴粒子在被冷卻面上的沖擊速度導(dǎo)出。
本發(fā)明的第四種冷卻高溫物體的方法的特征是，在高溫物體冷卻時(shí)，使用噴嘴噴出的水進(jìn)行直接冷卻，在冷卻時(shí)，在噴霧水噴出孔的外周部向噴霧水噴出的方向上，噴出空氣。
第四種方法中的一個(gè)方案是，在使用噴霧冷卻的方法中，用高速的氣體流體以鞘狀包圍該噴霧體。
第五項(xiàng)發(fā)明是一種噴霧噴嘴其特征是，在噴霧噴嘴中，在噴霧式噴嘴端部的外周處，設(shè)置有與噴霧噴出方向相同方向的開孔的氣體噴出孔。其中，該氣體噴出孔與用于噴霧的氣體配管獨(dú)立的配管相通。
本發(fā)明的第六個(gè)發(fā)明是提供了一種高溫物體的冷卻裝置，其特征是，有相對(duì)被冷卻面開孔的水噴霧噴嘴3的管狀噴嘴頭4和使該噴嘴頭4以噴嘴頭的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)裝置10。在本發(fā)明中，更優(yōu)選的是，有隨時(shí)檢測(cè)噴嘴頭在旋轉(zhuǎn)方向的角度位置的檢測(cè)裝置20和根據(jù)檢測(cè)裝置20的檢測(cè)值隨時(shí)控制噴嘴頭4的角速度的控制裝置21。
在上述的冷卻高溫物體的裝置中，所述的水噴霧噴嘴3是在空氣-噴霧式噴嘴尖端外周設(shè)置與噴霧水噴出方向?qū)嵸|(zhì)相同方向開孔的空氣噴出口的噴嘴。
下面，更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于鋼鐵廠中的魚雷形鐵水罐車、轉(zhuǎn)爐、澆包、脫氣槽、中間罐、加熱爐、熱風(fēng)爐等耐火材料結(jié)構(gòu)物件的耐火材料的冷卻，也可以應(yīng)用于除此之外的耐火材料結(jié)構(gòu)物件的冷卻。還可以用于鋼坯和鋼板的冷卻。一般來說，可以用于相當(dāng)大的物體的冷卻。下面以被冷卻體是耐火材料結(jié)構(gòu)物件為主的情況進(jìn)行說明。
本發(fā)明者為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，進(jìn)行深入地研究的結(jié)果，開發(fā)出了下面的(1)-(7)的新技術(shù)，完成了本發(fā)明。[均等冷卻](1)耐火材料結(jié)構(gòu)物件冷卻時(shí)，使用噴嘴噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在這種冷卻時(shí)，使用安裝噴嘴的旋轉(zhuǎn)式噴嘴頭，使噴霧水直接沖擊被冷卻表面，將被冷卻表面全部均等冷卻(第一發(fā)明)。而且，根據(jù)噴霧水沖擊被冷卻表面的位置隨時(shí)地控制該噴嘴頭旋轉(zhuǎn)的角速度，使被冷卻面均等地冷卻。[干冷卻](2)耐火材料冷卻時(shí)，用噴嘴的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，冷卻時(shí)，根據(jù)冷卻面溫度隨時(shí)間的變化，控制噴霧水的液滴直徑，借此進(jìn)行耐火材料不潤(rùn)濕的冷卻(第二發(fā)明)。
上述第二發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，可以列舉被冷卻面的溫度在200℃以下冷卻時(shí)，用水滴的最大粒徑為100μm或水滴的平均粒徑為85μm以下的噴霧水冷卻的方法。
在上述第二發(fā)明及其優(yōu)選的方案中，用上述噴嘴的噴霧水進(jìn)行直冷卻后，優(yōu)選用送風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣冷卻，借此能夠進(jìn)行耐火物體的完全干冷卻。
(3)在上述第二發(fā)明的優(yōu)選方案中，耐火材料冷卻時(shí)，被冷卻面的溫度超過200℃時(shí)，用水滴最大粒徑超過100μm或水滴的平均粒徑超過85μm的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，被冷卻面的溫度在200℃以下50℃以上時(shí)，用水滴最大粒徑在100μm或水滴的平均粒徑在85μm以下的噴霧水直接冷卻，被冷卻面的溫度在50℃以下時(shí)，優(yōu)選用送風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣冷卻，進(jìn)行耐火物體完全的干冷卻。
在上述第二發(fā)明的優(yōu)選方案中，規(guī)定水滴粒徑的最大粒徑或平均粒徑的理由是水滴最大粒徑為100μm的噴霧水對(duì)應(yīng)水滴的平均粒徑為85μm。[短時(shí)間冷卻和干冷卻](4)耐火材料冷卻時(shí)，用噴嘴噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在這種冷卻時(shí)，使在被冷卻面上噴霧水的最大粒徑水滴的沖擊速度超過該最大粒徑的水滴的破壞速度，借此促進(jìn)水的蒸發(fā)，水的蒸發(fā)潛熱被有效地利用，完成了耐火材料的短時(shí)間冷卻和干冷卻(第三發(fā)明)。
(5)在上述的第三發(fā)明中，在這種冷卻時(shí)，根據(jù)從噴嘴噴霧的水滴粒子的粒徑分布和在被冷卻面上水滴粒子的沖擊速度導(dǎo)出破壞水滴的水量密度，而根據(jù)破壞水滴的水量密度和被冷卻面的溫度確定在噴霧水噴出方向上，由噴嘴的噴霧水噴出孔的外周部噴出的空氣流量，借此保持被冷卻面附近的蒸氣分壓低于飽和蒸氣壓，完成耐火材料短時(shí)間冷卻和干冷卻。
(6)在耐火材料冷卻時(shí)，進(jìn)行噴嘴噴霧水的直接冷卻，在這種冷卻時(shí)，在與從噴霧水噴出孔的外周部以與噴霧水噴出方向基本上相同的方向噴出空氣?？偠灾趪婌F冷卻中，可以采取用高速的氣體以鞘狀包圍噴霧體并接觸被冷卻面的方法。在這個(gè)方法中，也可以應(yīng)用水-空氣以外的液體-氣體。根據(jù)這個(gè)方法，提高氣流中噴霧水滴移動(dòng)速度，就促進(jìn)被冷卻面上噴霧水水滴的破壞，完成有效利用低水蒸氣分壓水的蒸發(fā)潛熱的耐火材料的短時(shí)間冷卻和干冷卻(第四發(fā)明)。
(7)在噴嘴式噴霧中，在與噴霧式噴嘴尖端部的外周部設(shè)置與噴霧體的噴出方向基本上相同的方向開孔的氣體噴出孔(第五發(fā)明)。與該噴霧體的氣體配管相獨(dú)立地設(shè)置與上述氣體噴出孔相接通的配管。由此，適于上述方法，可使高流速、高流量的氣體和噴霧體獨(dú)立地噴出。[實(shí)施均等冷卻、干冷卻和短時(shí)間冷卻的冷卻裝置](8)是上述第一發(fā)明的冷卻方法優(yōu)選使用的冷卻裝置，是具有有水噴霧噴嘴的管狀噴嘴頭，和以噴嘴頭的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的噴嘴頭旋轉(zhuǎn)裝置的可使耐火物體的均等冷卻的冷卻裝置(第六發(fā)明)。在這個(gè)冷卻裝置中，還設(shè)置隨時(shí)檢測(cè)噴嘴頭在旋轉(zhuǎn)方向上的角度位置的檢測(cè)裝置，和根據(jù)，該檢測(cè)裝置檢出的值，隨時(shí)控制噴嘴頭旋轉(zhuǎn)角速度的控制裝置。
(9)上述第六發(fā)明的優(yōu)選方案是上述的水噴霧噴嘴，使用在空氣-水噴霧式噴嘴尖端的外周與噴霧水噴出方向基本上相同的方向上，設(shè)置開口的空氣噴出口的噴嘴，借此完成了耐火物體的均等冷卻、干冷卻和短時(shí)間冷卻。
下面，用


本發(fā)明的第一至第六發(fā)明。[第一發(fā)明]第一發(fā)明是，在耐火材料的結(jié)構(gòu)物件冷卻時(shí)，使用安裝噴霧水直接沖擊耐火材料的冷卻面的噴嘴的旋轉(zhuǎn)式噴嘴頭，使被冷卻面全部均等冷卻。而且，根據(jù)噴霧水沖擊被冷卻面即耐火材料表面的位置，隨時(shí)控制該噴嘴頭旋轉(zhuǎn)的角速度。
圖1示出了本發(fā)明的用于魚雷形鐵水罐車的耐火材料的冷卻裝置的一例的側(cè)視圖。
在圖1中，1表示魚雷形鐵水罐車，2表示魚雷形鐵水罐車耐火材料，3表示噴霧噴嘴，4表示噴嘴頭，5表示噴霧水，6是表示噴霧用水配管(軟管)(系統(tǒng)6)，7表示噴霧用壓縮空氣配管(軟管)，8表示加速噴霧水的水滴用或空氣冷卻用的空氣配管，9表示加速噴霧水水滴用或空氣冷卻用的空氣送風(fēng)機(jī)，10表示由電機(jī)、電路等構(gòu)成的噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)裝置11表示噴嘴頭的升降裝置，12表示絞車，13表示支持輥，14表示滑車，15表示伸縮的波紋管，16表示鋼絲繩，17、18、19表示臺(tái)架，20表示隨時(shí)檢測(cè)噴嘴頭4旋轉(zhuǎn)方向中角度位置的檢測(cè)裝置(下文稱噴嘴頭旋轉(zhuǎn)方向角度位置檢測(cè)裝置)，21表示隨時(shí)控制噴嘴頭4角速度的控制裝置(下文稱噴嘴頭旋轉(zhuǎn)角速度控制裝置)，fR示出了噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)方向，fNH示出了噴嘴頭的升降方向。
如圖1所示，魚雷形鐵水罐車1的耐火材料2冷卻時(shí)，由噴嘴頭4、絞車12、支持輥13、滑車14等構(gòu)成的噴嘴的升降裝置11設(shè)置在魚雷形鐵水罐車1的內(nèi)部。
噴嘴頭4因噴嘴頭旋轉(zhuǎn)裝置10，而在水平面內(nèi)，使得沿包括的噴嘴頭旋轉(zhuǎn)方向fR旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)從水噴霧噴嘴3的尖端噴出的噴霧水直接噴射耐火材料2的被冷卻表面，耐火材料被直接冷卻。
噴嘴頭4，用檢測(cè)裝置20和控制裝置21，根據(jù)各被冷卻面隨時(shí)改變、控制噴嘴頭4旋轉(zhuǎn)角速度。包含下面的噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)的實(shí)際效果的傳熱系數(shù)αA(θ＝θ1)在被冷卻面的耐火材料的各處是一定的。
一方面，從水噴霧噴嘴3的噴嘴尖端的外周部由送風(fēng)機(jī)9與噴霧水同時(shí)獨(dú)立地噴出空氣，用這種空氣加速魚雷形鐵水罐車1內(nèi)的噴霧水5的流速，促進(jìn)被冷卻面上噴霧水水滴的破壞、蒸發(fā)，提高冷卻速度以完成急驟冷卻。
圖2示出了圖1中水噴霧噴嘴3的詳細(xì)圖。
圖2(a)是水噴霧噴嘴的平面圖，在與紙面平行的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)(方向用fR表示)。圖2(b)是圖2(a)的A-A剖視的正視圖，圖2(c)是圖2(a)的b-b剖視的側(cè)視圖。
再者，在圖2中，3表示水噴霧噴嘴，3a表示空氣-水噴霧式噴嘴尖端，3b表示空氣噴出口，30表示噴霧用水流路，31表示水噴霧用的壓縮空氣流路，32表示噴霧水用壓縮空氣流路，33表示噴霧水加速用空氣(下文稱噴霧水加速用空氣)配管，34表示噴嘴噴霧水，35表示噴霧水加速用空氣，fNw表示噴嘴噴霧水的噴出方向，fA表示噴霧水加速用空氣噴出的方向。
如圖2所示，水噴霧噴嘴3，在空氣-水噴霧式噴嘴的尖端3a的外周部處，在與噴霧水噴出的方向?qū)嵸|(zhì)相同的方向上設(shè)置開口的空氣噴出口3b。
還如圖2所示，噴霧水加速用空氣從噴嘴的后方噴出。由此，(1)噴霧水水滴在被冷卻面上的沖擊速度就大于水滴的破壞沖擊速度，因此，促進(jìn)水的蒸發(fā)，提高了冷卻能力。(2)導(dǎo)入對(duì)應(yīng)蒸發(fā)水量的飽和空氣量以上的空氣，進(jìn)行耐火材料的干冷卻。在本說明書中，這里所說的噴霧水加速用空氣，有時(shí)稱為攪拌用空氣。
下面，說明第一發(fā)明中的原理。
圖3示出了圖1的魚雷形鐵水罐車的耐火材料的冷卻裝置中魚雷形鐵水罐車的主要部分的剖視圖(平面圖)。
在圖3中，θ是魚雷形鐵水罐車的中心軸(旋轉(zhuǎn)軸)lT與噴霧水的噴出方向的中心線fNWC所成的角，s(θ＝90°)，s(θ＝0°)分別表示θ＝90°、θ＝0°時(shí)耐火材料冷卻面的單位面積，其它符號(hào)與圖1和圖2所示的內(nèi)容相同。
在圖3中，噴嘴頭4以一定的旋轉(zhuǎn)角速度隨時(shí)旋轉(zhuǎn)的情況下，被冷卻面的耐火材料表面的傳熱系數(shù)隨時(shí)間的變化示于圖4，即與角度θ相當(dāng)處的耐火材料表面的傳熱系數(shù)α用下式(1)表示。
α＝f(θ)＝g(因水量密度、沖擊速度、粒徑分布、空氣強(qiáng)制對(duì)流造成的氣相傳熱系數(shù))……(1)這是因?yàn)?，在與角度(θ)相當(dāng)處，根據(jù)沖擊被冷卻面的噴霧水的粒徑和沖擊速度決定的被冷卻面的破壞水量密度(被冷卻面單位面積沖擊破壞噴霧水的量)和空氣強(qiáng)制對(duì)流的氣相傳熱系數(shù)隨角度θ變化，傳熱系數(shù)α隨離噴嘴頭的距離變化。
傳熱系數(shù)α可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的噴嘴噴霧水的水量、液滴直徑、噴嘴噴霧水的噴射角度(立體角)、噴嘴到被冷卻面的距離、被冷卻面的溫度和噴霧水的沖擊速度求出。
角度θi處的耐火物體的被冷卻面的單位面積S(θ＝θi)的噴霧水的噴霧時(shí)間設(shè)為tI，噴嘴頭旋轉(zhuǎn)180°所要求的時(shí)間設(shè)為T，則單位面積S(θ＝θi)表觀傳熱系數(shù)Ki用下式(2)、(3)表示，圖5示出了冷卻時(shí)間率(ti/T)關(guān)系。
Ki＝h×(ti/T) ……(2)h＝α＝f(θi)……(3)結(jié)果，與角度θi相當(dāng)處的耐火材料的冷卻面的單位面積S(θ＝θi)中的包含噴嘴頭的回轉(zhuǎn)的實(shí)際有效傳熱系數(shù)αA(θ＝θi)用下式(4)表示。
αA(θ＝θi)＝[f(θi)]×(ti/T) ……(4)但是，為了使αA(θ＝θ1)＝αA(θ＝θ2)＝…＝αA(θ＝θi)＝…＝αA(θ＝θn)，只要控制角度θ1、θ2…θi…θn的相當(dāng)處的噴霧水的噴霧時(shí)間ti，就能使各處的冷卻均等。
上述控制可以根據(jù)噴嘴頭旋轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)角速度對(duì)的角度θ的變化來進(jìn)行，例如，在圖3的情況下，可以對(duì)應(yīng)角度θ的增減，而增減旋轉(zhuǎn)的角速度。[第二發(fā)明]第二發(fā)明是，噴嘴噴霧水直接冷卻耐火材料時(shí)，根據(jù)冷卻面的溫度隨時(shí)地變化控制噴霧水的液滴直徑，借此完成耐火材料的干冷卻。
根據(jù)第二發(fā)明，完成耐火物體的干冷卻，同時(shí)在被冷卻面的溫度高時(shí)用液滴直徑大的噴嘴噴霧水，而在被冷卻面的溫度低時(shí)，用液滴直徑小的噴嘴噴霧水，由此可以減少噴嘴噴霧水用壓縮空氣制成噴霧對(duì)所必需的電力的使用量。
圖6示出了噴霧水的水滴的最大粒徑與被冷卻面的溫度和潤(rùn)濕狀態(tài)的關(guān)系。
如圖6所示，被冷卻面的濕潤(rùn)狀態(tài)與噴霧水的水滴的最大粒徑和被冷卻面的溫度相關(guān)。
圖6示出了被冷卻面的干態(tài)與濕態(tài)的邊界線(5)和濕態(tài)與潤(rùn)濕態(tài)的邊界線(6)，各自用下式(5)和(6)表示。
Rmax＝-0.002933×T2+1.200T-22.67 ……(5)Rmax＝-0.002597×T2+1.442T-23.51(6) ……(6)在上述式中，T表示被冷卻面溫度(℃)，Rmax表示噴霧水的水滴的最大粒徑。
即，噴霧水的水滴最大粒徑Rmax滿足下式(7)的情況下，被冷卻面是干燥狀態(tài)，滿足下式(8)的情況下，被冷卻面是濕狀。
Rmax＜-0.002933×T2+1.200T-22.67 ……(7)
-0.002933×T2+1.200T-22.67＜Rmax＜-0.002597×T2+1.442T-23.51…(8)本發(fā)明，使用圖6所示的噴霧水的水滴最大粒徑和被冷卻面的溫度與被冷卻面濕狀的關(guān)系，根據(jù)被冷卻面溫度隨時(shí)間的變化，控制噴霧水的液滴直徑，完成了耐火材料的干冷卻。
上述第二發(fā)明的優(yōu)選方案(1)，被冷卻面在200℃以下冷卻時(shí)，使用水滴的最大粒徑為100μm以下或水滴的平均粒徑為85μm以下的水噴霧。
如上述的圖6所示，在被冷卻面的溫度在200℃的情況下，使用水滴的最大粒徑超過100μm或水滴的平均粒徑超過85μm的噴霧水進(jìn)行冷卻，保持被冷卻面的濕狀或潤(rùn)濕態(tài)。
下面描述用水滴的最大粒徑超過100μm或水滴的平均粒徑超過85μm的噴霧水直接冷卻(噴霧冷卻)，用水滴的最大粒徑為100μm以下或水滴的平均粒徑為85μm以下的噴霧水直接冷卻(霧冷卻)，使用送風(fēng)機(jī)的空氣的空氣冷卻(吹風(fēng)冷卻)。
在上述第二發(fā)明及其優(yōu)選方案(1)中，在用上述的噴嘴噴霧水進(jìn)行直接冷卻后，優(yōu)選進(jìn)行空氣冷卻，所述的空氣冷卻是吹風(fēng)冷卻。
上述的第二發(fā)明的優(yōu)選方案(2)中，耐火材料冷卻時(shí)，被冷卻面溫度大于200℃時(shí)，使用水滴的最大粒徑超過100μm或水滴的平均粒徑超過85μm的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，被冷卻材料的溫度高于50℃小于等于200℃時(shí)，用水滴的最大粒徑為100μm以下或水滴的平均粒徑為85μm以下的的噴霧水進(jìn)行直冷卻，被冷卻材料溫度小于等于50℃時(shí)，進(jìn)行空氣冷卻。這樣效果更佳。
在空氣冷卻情況下，優(yōu)選吹風(fēng)冷卻。
根據(jù)被冷卻面的溫度選擇冷卻方法，其理由為(a)～(c)。
(a)被冷卻面溫度高于200℃時(shí)，發(fā)生被冷卻面的潤(rùn)濕，因此使用沖擊速度小的液滴直徑大的噴霧水，但是可以有效地利用水的蒸發(fā)潛熱，急速冷卻是可能的。
(b)被冷卻面溫度大于50℃小于等于200℃時(shí)，被冷卻面易潤(rùn)濕，雖然因液滴直徑小限制了破壞的水量，但是，由于未被破壞的液滴載帶在氣流中進(jìn)行排氣，可以提高冷卻能力和確保被冷卻面的干條件。
(c)被冷卻面的溫度大于50℃時(shí)，被冷卻面非常易潤(rùn)濕，可能防止液滴潤(rùn)濕和使部分濕狀處干燥。
圖7模式地示出了按照第二發(fā)明的優(yōu)選方案(2)的冷卻方法的一個(gè)實(shí)例。圖7(a)示出了水滴的平均粒徑＝120μm的煙霧冷卻，圖7(b)示出了水滴平均粒徑＝30μm的霧冷卻，圖7(c)示出了吹風(fēng)冷卻各個(gè)噴霧水的噴霧狀況和空氣噴出情況，圖7(d)示出了耐火材料的冷卻曲線。
圖7(a)-(c)中，36表示煙霧，37表示霧，38表示空氣。
即，根據(jù)第二發(fā)明的優(yōu)選方案(2)，耐火物體的表面溫度超過200℃的情況下，例如進(jìn)行平粒徑為120μm的煙霧冷卻，耐火物體表面溫度達(dá)到200℃后，例如進(jìn)行平均粒徑為30μm的霧冷卻，耐火物體表面的溫度達(dá)到50℃后，進(jìn)行吹風(fēng)冷卻，完成耐火材料的完全干冷卻。
上述第二發(fā)明的優(yōu)選方案(3)，是被冷卻面溫度T大于50℃，小于等于200℃時(shí)，使噴霧水水滴的最大粒徑Rmax滿足下式(7)，根據(jù)被冷卻面的溫度隨時(shí)間的變化控制噴嘴噴霧水的液滴直徑進(jìn)行冷卻后，在被冷卻面的溫度小于等于50℃時(shí)，用送風(fēng)機(jī)進(jìn)行空氣冷卻更佳。
Rmax＜-0.002933×T2+1.200T-22.67 ……(7)下面，描述第二發(fā)明的的具體方法的一例。
圖8示出了噴霧水量和向水噴霧用壓縮空氣噴嘴供給壓力與噴霧水的液滴直徑之間的關(guān)系。
如圖8所示，用同一噴嘴，調(diào)節(jié)水噴霧用壓縮空氣的供給壓力和噴霧水量，可能選擇煙霧冷卻和吹風(fēng)冷卻。
圖9示出了冷卻前的耐火材料表面溫度(被冷卻面溫度)為900℃的情況的冷卻圖的一個(gè)實(shí)例。
按照?qǐng)D9所示的方法，在被卻面溫度超過200℃時(shí)的時(shí)刻，調(diào)節(jié)噴嘴空氣的壓力＝1.0kg/cm2，噴嘴水量＝1.28t/h，進(jìn)行平均粒徑為120μm的煙霧冷卻，被冷卻面的溫度達(dá)到200℃后，調(diào)節(jié)噴嘴空氣壓力＝2.0kg/cm2，噴嘴的水量＝0.47t/h，進(jìn)行平均粒徑為30μm的霧冷卻，被冷卻面溫度達(dá)到50℃后，進(jìn)行吹風(fēng)冷卻，可以進(jìn)行耐火材料的全干冷卻。
圖10示出了優(yōu)選地適用于第二發(fā)明的耐火材料構(gòu)件冷卻裝置的配管系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的模式圖。
在圖10中，4表示噴嘴頭，41a、41b、42a、42b、43a、43b、44a、44b、45a、45b、46a、46b表示水噴霧噴嘴， 47表示水泵，9表示送風(fēng)機(jī)，49表示過濾器，50表示空氣過濾器，51表示壓力計(jì)，52表示流量計(jì)，53表示流量調(diào)節(jié)閥，54表示選擇閥，55表示減壓閥。
在圖10中，噴嘴頭4附設(shè)沒示出的密封機(jī)構(gòu)，以垂直軸作為噴嘴頭旋轉(zhuǎn)方向fR的旋轉(zhuǎn)中心線，第一段的水噴霧噴嘴為41a和41b等，各段的水噴霧嘴是4ia和4ib，各自在對(duì)面設(shè)置，將水噴霧。
圖10所示的耐火材料結(jié)構(gòu)材料的冷卻裝置的配管系統(tǒng)中，水的配管、壓縮空氣的配管的兩系統(tǒng)的支管配管系統(tǒng)的上段是煙霧冷卻用，下段是霧冷卻用配管系統(tǒng)。
根據(jù)圖10的配管系統(tǒng)，噴霧用水和噴霧用壓縮空氣的配管系統(tǒng)各個(gè)有煙霧冷卻用和霧冷卻用的兩個(gè)系統(tǒng)，可以用同一水噴霧噴嘴進(jìn)行煙霧冷卻和霧冷卻。
在圖10所示的配管系統(tǒng)中，送風(fēng)機(jī)9的空氣，可用作下述第三發(fā)明-第四發(fā)明中(1)噴霧水的最大粒徑的水滴在被冷卻面上的沖擊速度超過該最大粒徑水滴破壞沖擊速度的噴霧水加速用空氣和/或(2)保持噴霧水生成的水蒸氣在飽和水蒸氣壓以下用的空氣。[第三發(fā)明]第三發(fā)明是，由于噴霧水的流速被取作水滴在被冷卻面上沖擊時(shí)破壞的流速以上，水的蒸發(fā)潛熱被有效地利用，提了冷卻效果。
即，按照第三發(fā)明，耐火物體冷卻時(shí)，進(jìn)和噴嘴噴霧水直接冷卻，這種冷卻進(jìn)行時(shí)，使噴霧水的最大粒徑水滴在被冷卻面上的沖擊速度超過該最大粒徑水滴的破壞沖擊速度，借此可促進(jìn)水的蒸發(fā)，完成短時(shí)間冷卻。
在上述的第三發(fā)明中，作為噴霧水水滴在被冷卻面上沖擊速度的提高方法的優(yōu)選方案，是從噴嘴的外周部噴出水滴加速用空氣(＝噴霧水加速用空氣)。
即，水噴霧用壓縮空氣各個(gè)是獨(dú)立的，在噴嘴尖端處噴霧水噴出口的外周部的噴霧水的噴出方向噴出空氣。由于高速空氣，使噴霧水的最大粒徑的水滴在被冷卻面上的沖擊速度超過該最大粒徑的水滴的破壞沖擊速度，從而促進(jìn)水的蒸發(fā)，完成短時(shí)間冷卻。
圖11示出了平均粒徑30μm的水滴在固體面上，以沖擊時(shí)的流速(＝?jīng)_擊速度)2.5m/秒沖擊時(shí)水滴破壞的比例圖12示出了液滴直徑與破壞沖擊速度之間的關(guān)系。
如圖12所示，在上述圖11所示的粒徑分布的噴霧水的情況下，最大粒徑的水滴即45μm的水滴，在沖擊速度2.2m/秒以上破壞，最小粒徑的水滴即15μm的水滴，在沖擊速度為3.6m/秒以上破壞。
結(jié)果，對(duì)被水滴向被冷卻面的沖擊速度和被冷卻面的傳熱系數(shù)的關(guān)系示于圖13。
即，在噴霧水的最大粒徑水滴的沖擊速度達(dá)到超過最大粒徑的水滴的破壞沖擊速度的時(shí)刻，水的蒸發(fā)潛熱有效地利用，被冷卻面的傳熱系數(shù)β急劇上升，是滿足最小粒徑的水滴大體完全破壞的沖擊速度階段。傳熱系數(shù)β的上升大體飽和。
即，如圖13所示，通過使噴霧水的最大粒徑的水滴的沖擊速度超過最大粒徑的水滴的破壞沖擊速度的第三發(fā)明及其優(yōu)選的方案，完成了耐火材料短時(shí)間冷卻。[第三發(fā)明的改進(jìn)]第三發(fā)明的新改進(jìn)，是在耐火物體冷卻時(shí)，由噴嘴噴霧水進(jìn)行直接冷卻，這種冷卻時(shí)，根據(jù)噴嘴噴霧水滴粒子粒徑的分布和水滴粒子在被冷卻面上的沖擊速度導(dǎo)出的破壞水滴的水量密度(下文稱破壞水滴水量密度)和被冷卻面溫度，把空氣導(dǎo)入被冷卻部，借此伴隨破壞水滴的蒸發(fā)，保持水蒸汽壓為不足飽和水蒸汽壓，進(jìn)行耐火物體的干冷卻。
圖14示出了破壞水滴水量密度及被冷卻面溫度，和伴隨破壞水滴蒸發(fā)的水蒸汽壓保持不足飽和蒸汽壓可能被冷卻面每單位面積的空氣量(下文稱每單位面積的攪拌空氣量)的關(guān)系。
在第三發(fā)明的改進(jìn)中，將相當(dāng)于破壞水滴水量密度的水份的蒸氣壓取作不足飽和水蒸汽壓，但投入可能量的每單位面積的攪拌空氣量。
加入的攪拌空氣量，只少量超過可使破壞水滴在常溫下飽和的量，從減少送風(fēng)機(jī)使用的電力考慮較佳。
按照改進(jìn)的第三發(fā)明，加入的攪拌空氣增加了噴霧水水滴對(duì)被冷卻面的沖擊速度，可以完成耐火材料的干冷卻和急速冷卻，是耐火材料極好的冷卻方法。[第四發(fā)明]第四發(fā)明，如圖2(a)、圖2(b)和圖2(c)所示的那樣，由設(shè)置在噴嘴尖端3a的外周部的空氣噴出孔3b，使加速用空氣35與水噴霧噴嘴3的噴霧水噴出的方向?qū)嵸|(zhì)相同的方向，即沿噴霧水的方向fA噴出。如圖2(c)，加速用空氣35以鞘狀包圍噴嘴噴霧水。[第五發(fā)明]第五發(fā)明是關(guān)于噴霧冷卻用的噴嘴，其具體實(shí)例示于圖2，其使用例示于圖1和3。這種構(gòu)造的噴嘴可以使得與噴霧體獨(dú)立地將空氣、氮?dú)?、惰性氣體等以所要求的流速和流量噴射出來，增加了噴霧冷卻操作條件的自由度。[第六發(fā)明]第六發(fā)明及其優(yōu)選方案是上述圖1和圖2所示的耐火材料結(jié)構(gòu)物件的冷卻裝置，根據(jù)第六發(fā)明的裝置，耐火材料可以均等冷卻，而且根據(jù)六發(fā)明優(yōu)選的裝置，耐火材料可以均等冷卻、干冷卻和短時(shí)間冷卻。圖1示出了本發(fā)明適用的魚雷形鐵水罐車耐火材料的冷卻裝置一例的側(cè)視圖。
圖2詳細(xì)示出了本發(fā)明系列的水噴霧噴嘴，水噴霧噴嘴的平面圖(a)、沿A-A的剖視圖(正視圖)(b)和沿B-B的剖視圖(側(cè)視圖)(c)。
圖3在魚雷形鐵水罐車的耐火材料的冷卻裝置中，魚雷形鐵水罐車的主要部分的分割圖(平面圖)。
圖4表示角度θ[魚雷形鐵水罐車的中心軸(旋轉(zhuǎn)軸)和噴霧水噴出方向的中心線所成的角]和相當(dāng)角θ處的耐火材料表面的傳熱系數(shù)的關(guān)系的曲線。
圖5表示噴霧水的噴霧時(shí)間ti和噴嘴頭旋轉(zhuǎn)180°所要的時(shí)間T與表現(xiàn)出的傳熱系數(shù)關(guān)系的圖形。
圖6表示噴霧水的水滴的最大粒徑及被冷卻面的溫度和被冷卻面的潤(rùn)濕狀態(tài)的關(guān)系曲線。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的冷卻方法的一例的模式圖，(a)表示煙霧冷卻，(b)表示霧冷卻，(c)表示吹風(fēng)冷卻的噴霧水的噴霧狀況，空氣噴出狀況，(d)表示耐火材料的冷卻曲線。
圖8表示噴霧水量和噴霧用壓縮空氣對(duì)噴嘴的供給壓力和噴霧水的液滴直徑的關(guān)系曲線。
圖9表示本發(fā)明的冷卻圖的一例。
圖10表示本發(fā)明的優(yōu)選適用的耐火材料結(jié)構(gòu)物件的冷卻裝置配管系統(tǒng)一例的模式圖。
圖11表示平均粒徑30μm的水滴，在固體面上以沖擊速度為2.5m/秒沖擊時(shí)水滴的破壞比例的曲線。
圖12表示液滴直徑與破壞沖擊速度關(guān)系的曲線。
圖13表示水滴向被冷卻面的沖擊速度和被冷卻面的傳熱系數(shù)的關(guān)系曲線。
圖14表示破壞水滴水量密度和被冷卻面的溫度，與隨破壞水滴蒸發(fā)保持不飽和水蒸氣壓可能的被冷卻面每單位面積的攪拌空氣量的關(guān)系曲線。下面根據(jù)實(shí)施例具體地描述本發(fā)明。
在本實(shí)施例中，噴霧水的水滴的粒徑，用液浸法進(jìn)行測(cè)定，粒徑分布用Fraunhofer法求出。(實(shí)施例)本發(fā)明適用于鋼鐵廠魚雷形鐵水罐車耐火材料的修理時(shí)所使用的冷卻裝置。使用的是上述圖1所示的冷卻裝置。
圖1中的水噴霧噴嘴3是使用上述圖2所示的噴嘴，冷卻設(shè)備的配管系統(tǒng)采用上述圖10的配管系統(tǒng)。
魚雷形鐵水罐車?yán)鋮s前的耐火材料表面溫度為800℃-1000℃。
冷卻方式采用圖9所示的冷卻方式。
用噴嘴噴霧水冷卻時(shí)，與上述相同，噴嘴頭旋轉(zhuǎn)軸方向位置檢測(cè)裝置20和噴嘴頭旋轉(zhuǎn)角速度控制裝置21，對(duì)于各冷卻面隨時(shí)改變、控制噴嘴頭4的旋轉(zhuǎn)角速度，使得被冷卻面耐火材料體的各處，包含噴嘴頭旋轉(zhuǎn)的實(shí)效傳熱系數(shù)αA(θ＝θi)的穩(wěn)定。
在霧冷卻時(shí)，用水滴的平均直徑為30μm的噴霧水，噴霧水的最大粒徑45μm的水滴在被冷卻面上的沖擊速度(面向冷卻面的垂直向量)滿足＞2.2m/秒，并且，與破壞水滴的水量密度相當(dāng)?shù)乃至繉?duì)應(yīng)的水蒸氣壓成為不飽和蒸汽壓的被冷卻面每單位面積的攪拌空氣量由送風(fēng)機(jī)向魚雷形鐵水罐車內(nèi)送風(fēng)。
水滴的平均粒徑為85μm的噴霧水，相當(dāng)于水滴的最大粒徑的100μm的噴霧水。(比較例)在上述的實(shí)施例中，不進(jìn)行霧冷卻，除進(jìn)行到50℃的煙霧冷卻外，其它進(jìn)行與實(shí)施例相同的魚雷鐵水罐車形的耐火材料的冷卻。
實(shí)施例、比較例得到的結(jié)果示于表1。
而且，將基于所得結(jié)果的魚雷形鐵水罐車的所需臺(tái)數(shù)也一并示于表1。
表1
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于高溫狀態(tài)的耐火材料，可在不潤(rùn)濕耐火材料的情況下，在短時(shí)間而且可均等地冷卻耐火材料的被冷卻面，提高了耐火材料結(jié)構(gòu)物件的開工率和延長(zhǎng)了耐火材料的壽命。
權(quán)利要求
1.一種高溫物體的冷卻方法，其特征在于冷卻高溫物體時(shí)，通過從噴嘴噴出的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在冷卻時(shí)，以噴嘴頭的軸線為中心旋轉(zhuǎn)相對(duì)于被冷卻面開孔的噴嘴，將水噴霧。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻方法，其特征在于相應(yīng)于被冷卻面的位置隨時(shí)控制該噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)角速度。
3.一種高溫物體的冷卻方法，其特征在于冷卻高溫物體時(shí)，通過從噴嘴噴出的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在冷卻時(shí)，相應(yīng)于被冷卻面溫度的隨時(shí)溫度變化控制從噴嘴噴出的噴霧水的液滴粒徑。
4.如權(quán)利要求3所述的冷卻方法，其特征在于相應(yīng)于被冷卻面溫度的隨時(shí)溫度變化控制從噴嘴噴出的噴霧水的液滴粒徑時(shí)，在被冷卻面溫度超過200℃的情況下，使用水滴的最大粒徑超過100μm或者水滴的平均粒徑超過85μm的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在被冷卻面溫度在200℃以下、超過50℃的情況下，使用水滴的最大粒徑在100μm以下或水滴的平均粒徑85μm以下的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在被冷卻面溫度在50℃以下的情況下，進(jìn)行空氣冷卻。
5.一種高溫物體的冷卻方法，其特征在于冷卻高溫物體時(shí)，通過從噴嘴噴出的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在冷卻時(shí)，使噴霧水的最大粒徑水滴在被冷卻面的沖擊速度超過該最大粒徑水滴的破壞沖擊速度。
6.如權(quán)利要求5所述的冷卻方法，其特征在于在冷卻時(shí)，從噴嘴噴霧水的噴出孔的外周部與噴霧水噴出方向基本上同方向噴出氣體，氣體的流量與破壞水滴的水量密度和被冷卻面溫度兩者相對(duì)應(yīng)，其中，破壞水滴的水量密度由從噴嘴噴霧的水滴粒子的粒徑分布及水滴粒子在被冷卻面的沖擊速度兩者導(dǎo)出。
7.一種冷卻方法，其特征在于冷卻高溫物體時(shí)，通過從噴嘴噴出的噴霧水進(jìn)行直接冷卻，在冷卻時(shí)，從噴霧水的噴出孔的外周部與噴霧水的噴出方向基本上同方向噴出空氣。
8.一種噴霧冷卻方法，是通過噴霧體冷卻的方法，其特征在于用高速氣體流體以鞘狀將該噴霧體包圍。
9.如權(quán)利要求8所述的冷卻方法，其特征在于用高速空氣流體以鞘狀將空氣噴霧體包圍。
10.一種冷卻用的噴霧噴嘴(3)，其特征在于在噴霧式噴嘴尖端的外周，具有朝與用于噴霧的氣體的噴出方向基本上同方向開孔的氣體噴出孔。
11.如權(quán)利要求10所述的噴霧噴嘴，其特征在于該氣體噴出孔與和用于噴霧的氣體相獨(dú)立的配管相通。
12.一種高溫物體的冷卻裝置，其特征在于它由具有相對(duì)高溫物體的被冷卻面開孔的水噴霧噴嘴(3)的管狀噴嘴頭(4)和使該噴嘴頭(4)以噴嘴頭(4)以噴嘴頭的軸線為中心旋轉(zhuǎn)的噴嘴頭旋轉(zhuǎn)裝置(10)形成。
13.如權(quán)利要求12所述的冷卻裝置，其特征在于還具有隨時(shí)檢測(cè)噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)方向的角度位置的檢測(cè)裝置(20)，基于該檢測(cè)裝置(20)的檢測(cè)值隨時(shí)控制噴嘴頭(4)的旋轉(zhuǎn)角速度的控制裝置(21)。
14.如權(quán)利要求12所述的冷卻裝置，其特征在于為噴嘴冷卻裝置，前述水噴霧噴嘴(3)在空氣噴霧式噴嘴尖端(3a)的外周還具有朝和噴霧水噴出方向基本上同方向開孔的空氣噴出孔(3b)。
全文摘要
本發(fā)明提供了對(duì)高溫狀態(tài)的物體,在不潤(rùn)濕的情況下,在短時(shí)間內(nèi)可將被冷卻面均等冷卻的方法和冷卻裝置。噴嘴噴霧水直接冷卻時(shí),使用有相對(duì)被冷卻面開孔的噴嘴的管狀的噴嘴頭,該噴嘴頭以噴嘴頭的軸為中心旋轉(zhuǎn),將水噴霧,而且優(yōu)選該噴嘴頭的旋轉(zhuǎn)角速度根據(jù)被冷卻面的位置隨時(shí)控制。根據(jù)被冷卻面溫度的隨時(shí)變化控制噴霧水液滴直徑。使噴霧水最大粒徑的水滴在冷卻面上的沖擊速度超過該水滴的破壞沖擊速度。在這種冷卻方法中,高速的氣體流體以鞘狀包圍噴霧體。設(shè)置使用上述方法的冷卻用噴霧噴嘴和使用上述冷卻方法的冷卻裝置。在該噴霧式噴嘴端部的外周,設(shè)有使氣體以鞘狀包圍噴嘴的氣體流體噴出孔。
文檔編號(hào)C21D9/573GK1264817SQ9910349
公開日2000年8月30日 申請(qǐng)日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月26日
發(fā)明者原一晃, 中川二彥 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社