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1、水幕冷却系统浅析秦国庆 韩静涛摘 要 阐述了钢板控制冷却的意义,对钢板水幕冷却方式的特点、水幕冷却系统进行了分析。关键词 钢板 水幕 冷却 系统SIMPLEANALYSISONWATER-CURTAINCOOLINGSYSTEMQinGuoqing HanJingtaoUniversityofScience&Technology，BeijingSynopsis Thesignificanceofcontrolcoolingonthesteelplateisexpoundedandthecharacteristic
2、softhewatercurtaincoolingmodeanditssystemanalyzed.Keywords steelplate water-curtain cooling system1 前 言 控轧与控冷相结合可以获得高强韧性的钢材,减少工序,节省合金元素,减轻钢材的各向异性,增加延性,提高轧机和冷床的生产能力,减少钢的氧化损失等。控制冷却技术可用于诸如低碳钢、低合金钢、轴承钢、不锈钢及高碳工具钢等多钢种,有着广阔的发展前景。控制冷却从喷水冷却到1962年英国人发明现已广泛采用的虹吸管冷却到正在发展
3、中的水幕冷却,经历了漫长的历程。而较为先进的、冷却较为均匀的当属水幕冷却,这也是控冷的发展方向。 水幕冷却方法的应用是冷却方法的一次创新,水幕冷却方法具有其它冷却方法无可比拟的优点。 (1)水幕为板状层流水流落到钢板表面上,沿宽向无干扰,冷却速度大,冷却能力高,能充分发挥冷却水的冷却效率,从而缩短了冷却区长度,减少了喷头数量,设备少,投资少,且可节水20%～30%。 (2)水幕冷却出水口沿钢板宽度方向为连续的整体板片状水流,故在钢板的横向冷却基本均匀,通过调整上、下水幕的流量比例,可使钢板的上、下表面及纵、横
4、向冷却都均匀,从而可提高产品的质量与合格率。 (3)根据产品工艺要求使每个水幕可改变水流幅度和流量,控制灵活。 (4)在装置和系统方面,每个水幕流量大,水幕间距大,便于处理事故和设备检修。由于设备简化,占地面积小,故投资相应较少。 (5)由于水幕有较大的间距,形成的冷却系统为间歇冷却,使钢板在冷却区反复的淬火——回火,有利于晶粒的细化、性能的强化,可进一步挖掘钢材的内在潜力,提高经济效益。 (6)由于水幕冷却装置设备简单,坚固耐用,制作方便,出水口缝隙大,不易堵塞,故对于水质要求不严,一般活循环水即可,简化
5、了循环水的净化系统,节省资金。 (7)在水幕冷却系统中,大流量水幕与小流量水幕配合使用,并采用可调水幕,控制灵活,以保证冷却速度和钢板冷却工艺的要求。2 水幕冷却系统分析 水幕冷却系统的主要课题是:系统的热交换能力,系统的有关参数的最佳选择,系统的布置、控制与数学模型。2.1 各因数对对流换热系数和冷却效率的影响 (1)水量的影响 图1示出了日本研究所得的水幕冷却能力K与冷却水流量的关系［2］。图中以空冷作为基准,水幕冷却比虹吸管层流冷却具有约两倍的冷却能力。由图中曲线可知,冷却能力随流量增加而增大,但并不
6、呈线性增加关系,而是有一极限值。故根据条件选择多大流量的水幕,才能充分发挥其冷却效果是很重要的。图1 水幕冷却和虹吸管层流冷却的冷却能力与冷却水量的关系1.水幕(2台) 2.水幕(1台) 3.虹吸管层流 4.空冷(基准) 水幕冷却时,冷却水沿钢板纵向流动,既能冲破蒸汽膜,增加冷却水与钢板直接接触的机会,又能发挥冲击后的二次冷却作用。水幕间距大,水流流动距离长;水幕安装高度大,水流对钢板的冲击力大,因此,流量、间距和安装高度选取适当,才能发挥好冷却水的冷却效果。(对其水幕而言,每个水幕的极限流量可达300m3/h)
7、。 (2)喷水强度的影响 由图2所示及实验表明,水幕冷却时,单位面积上喷水强度增加,冷却钢板时强制对流换热系数亦增加,应根据具体设计要求的强制对流换热系数确定水幕冷却系统采用的喷水强度。图2 喷水强度与强迫对流换热系数的关系 (3)钢板表面温度的影响 由图3［3］可知,在钢板表面低温区,换热系数随钢板表面温度上升而增加,在某一温度(100～300℃)达到最大值,在比其温度高的区域,换热系数随钢板表面温度升高而减小。图3 钢表面和喷水之间的导热系数A—水冷、辐射和对流的导热系数总合B—单纯辐射的导热系数(辐射
8、率:0.8)冷却方法:喷水 试样：低碳钢 (4)冷却水温度的影响 理论与实践表明,冷却水温度升高,冷却能力减弱。 (5)水流雷诺数的影响［4］Qw=107.Re-0.645(1)式中Qw——平均单位流量的冷却效率 Re——雷诺数 雷诺数越大,表明层流程度越差,冷却效率越低。反之,雷诺数越小,表明层流程度越好,冷却效率越高,换热系数越大。而水幕层流
