CN2035282U - 热态钢板(带)冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型热态钢板(带)冷却装置主要适用于热轧钢板(带)的轧后控制冷却、机架间的冷却及精轧前的待温冷却等。其主要技术特征是水幕集管喷嘴缝隙呈上大下小，具有一定锥度；喷嘴在宽度方向上呈等腰梯形，上小下大。该装置既可控制水流量，又能消除水幕宽缩现象，从而得到既可控制冷却速度，又能形成连续透明的无宽缩的水幕。能有效地提高钢板(带)的强韧性。

Description

本实用新型属于热态钢板（带）冷却装置。主要适用于热轧钢板（带）的轧后控制冷却、机架间的冷却及精轧前的待温冷却等。

为了提高热轧钢板（带）的强韧性，可在精轧机出口或在机架间传送辊道上，安装数个水幕集管，对热轧钢板（带）进行加速冷却。通过控制开始冷却温度、冷却速度和终止冷却温度，达到控制相变和细化组织，从而提高钢板（带）的强韧性。加上与控制轧制相结合，可以达到取消热处理的效果。

水幕冷却装置的现有技术中有日本专利昭57－195527、昭57－103728  和英国专利GB1595312等。但它们均未能解决水幕集管的流量可调性和幕状层流宽缩现象。其主要原因一是喷咀上部为弧形，下部是等宽缝隙的不合理结构所致。这种结构，只有在一定的流量下才能形成连续透明的水幕，水流量一旦变化，便形成不了连续透明的水幕，达不到层流的高效的冷却作用。二是现有的喷咀在宽度方向上是等宽的。由于重力和表面张力作用，从喷咀落下的幕状水流，宽度逐渐缩小，形成水幕宽缩现象。

本实用新型的目的在于提供一种流量可调的、无宽缩现象的，能有效提高钢板（带）强韧性的幕状层流冷却装置。

其主要技术措施是：

〈1〉水幕集管喷咀的缝隙（即喷咀横截面中心部分）不是等宽的，而是呈上大下小，具有一定锥度。

〈2〉水幕集管喷咀在宽度方向上呈等腰梯形，即上小下大。

众所周知，热轧钢板加速冷却时，对冷却速度的控制可用下式表示：

CR＝ ((T₁-T_C)V)/(L) ………（1）

式中CR为钢板冷却速度；T₁为开始冷却温度；T_O为终止冷却温度；V为钢板运行速度；L为冷却区长度。

由式（1）可知，为了得到所要求的冷却速度CR和终止冷却温度T_O，除了调节钢板运行速度V和冷却区长度L，还必须满足温降值（T₁－T_O）的要求。为此，必须改变水流量的大小，即冷却装置必须是流量可调节的。

本实用新型喷咀缝隙采用上大下小的结构形式，具有一定的锥度。在流量变化时，仍能形成连续透明的水幕，达到了水流量可调节的目的。

在喷咀的宽度方向上，采用上小下大的梯形结构，消除了水幕宽缩现象。在水幕集管中，由于有一定的水头高度，在静压下，水由喷咀上部向下部流动时，水流必沿梯形两侧散开，与垂直面呈一定角度流出喷咀。选择合适的梯形两腰的斜度，使之在水流离开喷咀出口一定距离时，水幕宽度稍大于喷咀宽度。由于重力作用，水幕宽度将逐渐减缩到喷咀宽度，使宽缩率为零。

综上所述，本实用新型的主要效果是这种喷咀所装备的冷却装置，既可以控制水流量，又能消除水幕宽缩现象，从而得到既可控制冷却速度的，又能形成连续透明无宽缩的水幕。

附图说明及实施例

图1为喷咀在宽度方向的结构示意图；

图2为喷咀横截面的结构示意图；

图3为等腰梯形喷咀在宽度方向上的两腰斜度计算示意图；

图4为喷咀缝隙宽度在喷咀高度方向的变化值计算例。

图1中，1为冷却水入口，2为集管内进水管，4为防止涡流板，5为梯形喷咀，6为动压减压箱，7为整流板。

图2中，2、5、7所示与图1相同，此外，3为顺流件，8为集管箱，Ⅰ为喷咀的上端面，Ⅱ为集管箱内的水面线，X为距喷咀出口端面为X距离的水平横截喷咀的任一X面。防止涡流板4的主要作用是防止产生涡流，保证形成连续水幕。

图3中，5、8、X所示与图2相同，此外，l为喷咀出口端的宽度。

图4中，横座标为梯形喷咀高度X值，纵座标为相应喷咀高度X的喷咀缝隙宽度t_X值，曲线1、2分别为喷咀出口处缝隙宽度t为5mm和8mm时的喷咀缝隙宽度变化曲线。

通常，一个冷却区安装数对水幕冷却集管。

当热态钢板进入冷却装置时，从供水管道来的水，通过入水口1，进入动压减压箱6，在动压减小后，水分两路，进入集管内的进水管2。在进水管的下方有很多出水孔，水通过此孔进入集管箱内。当集管箱内的水面高于顺利件3时，水便顺整流板7流下，流入缝隙为锥形的喷咀5内，从锥形喷咀流出，形成没有宽缩的连续透明水幕。

具有一定锥度的喷咀是达到上述效果的关键之一。

关于喷咀锥度的合适值，可从图2中推导出计算公式。由图中的Ⅰ面和X面、Ⅰ面和Ⅱ面可分别建立柏努利方程式（2）和（3）：

H₁＋ (V² ₁)/(2g) ＋ (p₁)/(r) ＝X＋ (V²x)/(2g) ＋ (px)/(r) ………（2）

H₁＋ (V² ₁)/(2g) ＋ (p₁)/(r) ＝H₂＋ (V² ₂)/(2g) ＋ (p₂)/(r) ………（3）

式中P₁、P₂、P_X和V₁、V₂、V_X分别表示图2中Ⅰ面、Ⅱ面、X面的水压力和水流速度；H₁和H₂分别表示喷咀出口端距Ⅰ面和Ⅱ面的高度；g为重力加速度，r为水的比重。

根据水幕集管的具体条件，P₁、P₂、P_X和V₂近似等于零。当P₁P_X为零时，由（2）式得：

$V_X=\sqrt{V_1^2+2g(H_1-X)}\·\·\·\·\·\left(4\right)$

当P₁、P₂、V₂为零时，由（3）式得出：

$V_1=\sqrt{2g(H_2-H_1)}\·\·\·\·\·\·\left(5\right)$

将（5）式代入（4）中得：

$V_X=\sqrt{2g(H_2-X)}\·\·\·\·\·\·\left(6\right)$

当X＝0时，V_X＝V（V表示喷咀出口端的水流速度），则

$V=\sqrt{2g{H}_2}$

根据图3，对于具有一定锥度（上大下小）、且宽度方向呈梯形的喷咀来说，可得出：

l·t·V＝l_X·t_X·V_X………（8）

l_X＝l－2xtgα……………（9）

式中，l、l_X分别为喷咀在宽度方向上出口端和X面的长度；t、t_X分别为喷咀出口端和X面上的喷咀缝隙宽度；α为喷咀在宽度方向呈等腰梯形的梯形之腰与垂直面的夹角。

将（6）、（7）、（9）式代入（8）式，且根据P₁、P_X均等于零或稍大于零的条件，可得出：

$t_x\≥\frac{1}{1-2\mathrm{xtg\α}}\·t\·\sqrt{{\frac{H_2}{H_2-x}}_{}}\·\·\·\·\·\·\left(10\right)$

由（10）式说明，l可根据被冷钢板的宽度确定，t、H₂可由通常的流量公式确定，给定喷咀高度X值，可算出t_X值，即可得到喷咀沿高度方向的锥度值。所得出的t_X值可作为喷咀缝隙宽度的设计值。

由（10）式所得t_X值如图4中所示的曲线。该曲线的斜率是变化的。在制造喷咀时，为了简化，可在喷咀高度上取为一个斜直线。这样， 用两块平板就可组成一定斜率的锥形喷咀。

本实用新型制做的水幕冷却装置，水流量可调节60％，即最小水流量与最大水流量之比为0.6。这样的调节范围，足以满足热态钢板（带）在线加速冷却的要求。

通常水幕宽缩现象中的宽缩率K可用下式表示：

K＝ (l-l₁)/(l) ………（11）

式中，l、l₁分别表示水幕喷咀出口端的宽度和水幕从喷咀落下一定高度时宽缩后的宽度。

一般水幕落下高度为1.5米时（水幕喷咀出口端距被冷钢板距离为1.5～2米），水幕宽缩率为16％左右。该装置由于喷咀在宽度方向上呈等腰梯形，上小下大。当梯形的两腰与垂直线的夹角α合适时，水流离开喷咀出口一定距离后，水幕宽度稍大于喷咀宽度。由于重力作用，水幕宽度逐渐缩小，达到钢板时，水幕宽度可与喷咀宽度相等，使宽缩率为零。

根据式（11）和大量试验，本实用新型得出：当等腰梯形喷咀梯形腰的斜角（即腰与垂直面的夹角）α为15～20°时，能满意地消除水幕宽缩现象。

Claims (4)

1、一种喷咀为扁平的水幕集管冷却装置，其特征在于喷咀在宽度方向上呈等腰梯形，上小下大；喷咀的缝隙(即喷咀横截面中心部分)呈上大下小，具有一定的锥度：在集管箱内装有防止涡流板。

2、根据权利要求1所述的水幕集管冷却装置，其特征在于等腰梯形喷咀的梯形腰与垂直面的夹角α为15～20°。

3、根据权利要求1所述的水幕集管冷却装置，其特征在于喷咀任一水平截面的缝隙宽度t_X可由下式确定，即：

$t_X\≥\frac{1}{1-2\mathrm{xtg\α}}\×t\×\sqrt{{\frac{H_2}{H_2-x}}_{}}\·\·\·\·\·\·\left(10\right)$

式中t、t_X分别为喷咀出口端和X面上缝隙的宽度，l为喷咀在宽度方向上出口端的长度，α为喷咀呈等腰梯形的腰与垂直面的夹角，H₂为喷咀出口端距集管箱内水面线的距离，X为喷咀出口端至横截喷咀任一X面的距离。

4、根据权利要求3所述的水幕集管冷却装置，其特征在于根据公式（10）可得出喷咀沿高度方向的锥度值。

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