常化炉气雾冷却系统的应用.docx

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1、Y冶金之家网站常化炉气雾冷却系统的应用李飞(中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司)摘要：为了满足高牌号无取向硅钢和高磁感取向硅钢的常化退火工艺要求，设置了常化炉冷却段，通过气雾、空气及喷淋水达到带钢冷却要求。其中气雾冷却段要求最高，故其气雾冷却技术越来越受到关注。目前已投入工业应用的两相流冷却技术主要采用空气雾化水，将雾化后的气体和水滴的混合物直接喷射到带钢表面以较快速率冷却带钢。气雾冷却具有换热系数大、冷却效率高等优点，是一种较为理想的冷却方式。关键词：常化炉；气雾冷却；气雾喷嘴随着用户对硅钢产品性能

2、要求的不断提高，硅钢工艺的不断改进，特另惺在设备制造、技术应用和工艺控制方面的进步，使得冷却技术越来越重要。现已开发了多种冷却技术(包括喷气冷却、高速喷气冷却、气雾冷却、辊冷技术和水淬冷却等)，以达到合理的冷却效果。冷却速度低，无法满足工艺要求；冷却速度太高，会使运行费用相应提高。目前一种采用气雾冷却带钢的方法有效地解决了以上问题。i雾化的种类及选择目前，利用水直接喷淋对高温工件进行快速冷却，有两种雾化方式：一种是机械雾化，另一种是利用压缩空气作为雾化气体进行雾化。机械雾化主要是利用水的压力和一定的喷

3、嘴形状达到雾化的目的。这一看似简单的问题，实际上存在很多不尽人意的时候。为达到较好的雾化效果，喷嘴的喷口必须很小。一般①2mm左右才有一定的雾状效果。如果要形成稳定、均匀的雾状，喷口应更小，且喷嘴内应设置一定长度和一定角度的旋流路径。在常温和水质好的情况下，喷嘴可以完全按照所设想的状况工作。但实际上，工业用水的杂质很多，各种微生物、氧化铁、污泥、无机盐，即使经过过虑，也会从小粒子絮集成大团堵塞喷嘴。高温下，水在流道内会结垢，慢慢使喷口变小，首先影响冷却速度，然后喷口被杂质完全堵塞。特别是不连续工作的喷

4、嘴，更易发生堵塞。而且，在缺水状况下承受高温，会产生变形，严重影响雾化效果。同时，这种喷嘴的有效调节范围很小，要增大调节范围必须更换喷嘴。利用压缩空气作为雾化介质进行雾化的喷嘴具有以下特点：(1)压缩空气与水在喷嘴内腔混合。由于它们进入内腔的速度和方向的不同而产生强烈的搅拌和旋转，然后一起从喷口成雾状喷出。(2)与机械雾化喷嘴相比，水流经过的流道截面积要大的多。比如，15kg/h的机械雾化喷嘴的喷口只有①0.5mm，而同样流量的气雾喷嘴的喷口是①2mm。200kg/h的机械雾化喷嘴的喷口只有①2mm，

5、而同样流量的气雾喷嘴的喷口是①5mm。这样一来，与机械雾化相比，喷嘴更不易堵塞。(3)与机械雾化喷嘴相比，水流喷出喷嘴的速度要大的多。在压力一样的情况下，速度的平方与流体的密度成反比。加压缩空气后，流体密度只有原来的三分之一左右。机械雾化喷嘴的水滴直径大，在200〜600叩，并且分布不均匀。气雾喷嘴的水滴直径小于50^m,分布均匀。这样，与机械雾化喷嘴相比，冷却效果有很大提高。⑷与机械雾化喷嘴相比，水流量的调节范围要宽的多。因为压缩空气与水流量的比例范围较宽，均可以形成雾状。(5)对于被冷却物体超过3

6、00C时，水与物体表面没有润湿性。大部分的水都因为爆裂而被浪费掉了，而气雾冷却系统可以控制水流量，使得冷却水几乎正好被蒸发，从而大大节约用水。(6)不开压缩空气，喷嘴的雾化面积不变，只是雾滴变粗。2冷却速率的计算向带钢表面喷水雾，依靠水变成蒸汽带走的气化潜热对带钢进行冷却，冷却速度可以大幅提高(>500°C/s)。带钢在压缩空气和水雾混合介质中冷却时，将带钢看成薄材，则带钢表面传递给介质的热量即为带钢本体的热量，其热平衡关系可用公式(1)表示。[aAT-Tm)+HwQw]dt=GCpdt(1)式中：a

7、为气体与带钢表面的综合传热系数，W/(m2C)；A为传热面积，m2;T为带钢温度，C；Tm为冷却气体温度，C；Hw为冷却水汽化热，kJ/kg;Qw为冷却水水量，kg;Cp为带钢比热，J/(kgC)；G为带钢重量，kg/m。积分后，可得到冷却时间与温度变化的关系式，见公式(2)。2(GC/aA>In{U£-+仇0加]/[(7：.-T()(2)式中：Te为带钢冷却结束温度，C;Tf为环境温度，C。计算时，介质中冷却水含量按照摩尔百分数计，不同水含量时带钢温度随冷却时间的变化计算结果示于图1。从图1可见，随

8、着冷却水含量增加，达到同一带钢温度的冷却时间大幅度减少，说明冷却速度大大提高。故在工程中常常采用气雾喷嘴进行冷却。9020Q3006«1012冷却时同旳加70O60O5040图I不同牡舍*时带舗温展陌冷紗时间的变化3系统的有关参数及计算以高磁感取向硅钢常化退火为例，炉子能力21.5t/h，通板速度18m/min，板宽1080mm,板厚2.3mm。工艺要求带钢进炉口3m内从950C降到550C，最终降到80C。(1)第一节：板温(3m内)从950C冷却到5