?；癄t氣霧冷卻系統(tǒng)的應用

1、 Y冶金之家網(wǎng)站 ?；癄t氣霧冷卻系統(tǒng)的應用 李飛 (中冶南方(武漢)威仕工業(yè)爐有限公司) 摘要：為了滿足高牌號無取向硅鋼和高磁感取向硅鋼的?；嘶鸸に囈?，設(shè)置了?；癄t 冷卻段，通過氣霧、空氣及噴淋水達到帶鋼冷卻要求。其中氣霧冷卻段要求最高，故其氣霧 冷卻技術(shù)越來越受到關(guān)注。目前已投入工業(yè)應用的兩相流冷卻技術(shù)主要采用空氣霧化水，將 霧化后的氣體和水滴的混合物直接噴射到帶鋼表面以較快速率冷卻帶鋼。氣霧冷卻具有換熱 系數(shù)大、冷卻效率高等優(yōu)點，是一種較為理想的冷卻方式。 關(guān)鍵詞：?；癄t；氣霧冷卻；氣霧噴嘴 隨著用戶對硅鋼產(chǎn)品性能要求的不斷提高，硅鋼工藝的不斷改進，特另惺在設(shè)備制造、 技術(shù)應用和工藝控

2、制方面的進步，使得冷卻技術(shù)越來越重要?，F(xiàn)已開發(fā)了多種冷卻技術(shù)(包 括噴氣冷卻、高速噴氣冷卻、氣霧冷卻、輥冷技術(shù)和水淬冷卻等)，以達到合理的冷卻效果。 冷卻速度低，無法滿足工藝要求；冷卻速度太高，會使運行費用相應提高。目前一種采用氣 霧冷卻帶鋼的方法有效地解決了以上問題。 i霧化的種類及選擇 目前，利用水直接噴淋對高溫工件進行快速冷卻，有兩種霧化方式：一種是機械霧化， 另一種是利用壓縮空氣作為霧化氣體進行霧化。 機械霧化主要是利用水的壓力和一定的噴嘴形狀達到霧化的目的。這一看似簡單的問 題，實際上存在很多不盡人意的時候。為達到較好的霧化效果，噴嘴的噴口必須很小。一般 2mm左右才有一定的霧狀效果

3、。如果要形成穩(wěn)定、均勻的霧狀，噴口應更小，且噴嘴內(nèi) 應設(shè)置一定長度和一定角度的旋流路徑。在常溫和水質(zhì)好的情況下，噴嘴可以完全按照所設(shè) 想的狀況工作。但實際上，工業(yè)用水的雜質(zhì)很多，各種微生物、氧化鐵、污泥、無機鹽，即 使經(jīng)過過慮，也會從小粒子絮集成大團堵塞噴嘴。高溫下，水在流道內(nèi)會結(jié)垢，慢慢使噴口 變小，首先影響冷卻速度，然后噴口被雜質(zhì)完全堵塞。特別是不連續(xù)工作的噴嘴，更易發(fā)生 堵塞。而且，在缺水狀況下承受高溫，會產(chǎn)生變形，嚴重影響霧化效果。同時，這種噴嘴的 有效調(diào)節(jié)范圍很小，要增大調(diào)節(jié)范圍必須更換噴嘴。 利用壓縮空氣作為霧化介質(zhì)進行霧化的噴嘴具有以下特點： (1) 壓縮空氣與水在噴嘴內(nèi)腔混合。

4、由于它們進入內(nèi)腔的速度和方向的不同而產(chǎn)生強烈 的攪拌和旋轉(zhuǎn)，然后一起從噴口成霧狀噴出。 (2) 與機械霧化噴嘴相比，水流經(jīng)過的流道截面積要大的多。比如，15kg/h的機械霧化 噴嘴的噴口只有 0.5mm，而同樣流量的氣霧噴嘴的噴口是2mm。200kg/h的機械霧化噴 嘴的噴口只有 2mm，而同樣流量的氣霧噴嘴的噴口是5mm。這樣一來，與機械霧化相 比，噴嘴更不易堵塞。 (3) 與機械霧化噴嘴相比，水流噴出噴嘴的速度要大的多。在壓力一樣的情況下，速度 的平方與流體的密度成反比。加壓縮空氣后，流體密度只有原來的三分之一左右。 機械霧化 噴嘴的水滴直徑大，在 200600叩，并且分布不均勻。氣霧噴嘴

5、的水滴直徑小于 50 m,分 布均勻。這樣，與機械霧化噴嘴相比，冷卻效果有很大提高。 與機械霧化噴嘴相比，水流量的調(diào)節(jié)范圍要寬的多。因為壓縮空氣與水流量的比例 范圍較寬，均可以形成霧狀。 (5) 對于被冷卻物體超過300 C時，水與物體表面沒有潤濕性。大部分的水都因為爆裂而 被浪費掉了，而氣霧冷卻系統(tǒng)可以控制水流量，使得冷卻水幾乎正好被蒸發(fā)，從而大大節(jié)約 用水。 (6) 不開壓縮空氣，噴嘴的霧化面積不變，只是霧滴變粗。 2冷卻速率的計算 向帶鋼表面噴水霧，依靠水變成蒸汽帶走的氣化潛熱對帶鋼進行冷卻，冷卻速度可以大 幅提高(500 C /s)。帶鋼在壓縮空氣和水霧混合介質(zhì)中冷卻時，將帶鋼看成薄材

6、，則帶鋼表 面?zhèn)鬟f給介質(zhì)的熱量即為帶鋼本體的熱量，其熱平衡關(guān)系可用公式(1)表示。 aAT-Tm)+HwQwdt=GCpdt(1) 式中：a為氣體與帶鋼表面的綜合傳熱系數(shù)，W/(m2C ) ； A為傳熱面積，m2; T為帶鋼 溫度，C； Tm為冷卻氣體溫度，C； Hw為冷卻水汽化熱，kJ/kg ; Qw為冷卻水水量，kg ; Cp為帶鋼比熱，J/(kg C )； G為帶鋼重量，kg/m。 積分后，可得到冷卻時間與溫度變化的關(guān)系式，見公式(2)。 2 (GC/aA In U -+ 仇 0加/ ( 7：. -T()(2) 式中：Te為帶鋼冷卻結(jié)束溫度，C; Tf為環(huán)境溫度，C。 計算時，介質(zhì)中冷卻

7、水含量按照摩爾百分數(shù)計，不同水含量時帶鋼溫度隨冷卻時間的變 化計算結(jié)果示于圖1。從圖1可見，隨著冷卻水含量增加，達到同一帶鋼溫度的冷卻時間大 幅度減少，說明冷卻速度大大提高。故在工程中常常采用氣霧噴嘴進行冷卻。 90 20Q 300 6 10 12 冷卻時同旳 加70 O 60 O 50 40 圖I 不同牡舍*時帶舗溫展陌冷紗時間的變化 3系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)及計算 以高磁感取向硅鋼?；嘶馂槔?，爐子能力21.5t/h，通板速度18m/min，板寬1080mm , 板厚2.3mm。工藝要求帶鋼進爐口3m內(nèi)從950C降到550C，最終降到80C。 (1) 第一節(jié)：板溫(3m內(nèi))從950 C冷卻到550

8、C ;鋼板平均比熱Y0.46kJ/(kg C )。 質(zhì)量板速V=21059kg/h ;冷卻功率P1=VyAT1=3874856kJ/h，考慮到板寬只占冷卻寬度的 65%(主要防止鋼板鐮刀彎及跑偏的情況發(fā)生，而增大冷卻寬度)，以及較高的保險系數(shù)，冷 卻水的溫升設(shè)定為 40C，蒸發(fā)量為10%。冷卻水量 Q1=P(2258 K)%+40)=14567kg/h(2258 為水的汽化潛熱值)。 (2) 第二節(jié)：板溫從 550 C冷卻到 80 C。冷卻功率 P2=VTAT2=4552956kJ/h。冷卻水量 Q2=P2/(2258 10%+40)=17116kg/h。 (3) 氣霧冷卻水量Q=Q1+Q2=

9、31683kg/h，冷卻水管徑取108 4。 設(shè)定每個噴嘴冷卻水量200kg/h，噴嘴數(shù)量N1=Q/200=158。設(shè)定每根噴管8個噴嘴， 則噴管數(shù)量為片=158/8 20 3 (5)設(shè)定每個噴嘴冷卻氣量 0.06m /min ,冷卻用壓縮空氣用量 3Q Qk=0.06 60m /min=9.6m /min，壓縮空氣總管徑 DN=65mm，氣管管徑取 76 .5。 Y冶金之家網(wǎng)站 而實際上某鋼廠氣霧冷卻段長度為10m,每根噴管之間的距離為 430mm,布置42根（下 部21根，上部21根）。前面部分留給處理高磁感取向硅鋼，后面部分留給處理無取向高牌 號硅鋼（無取向高牌號硅鋼要求氣霧冷卻段在后部

10、，2.7m中的某段冷卻區(qū)域（0.4m長）內(nèi)700C 冷卻到550C ），可保證在56m的范圍內(nèi)HiB鋼能從950C冷卻到80C。 4氣霧冷卻系統(tǒng)的組成 氣霧冷卻系統(tǒng)由帶壓力、流量自動調(diào)節(jié)的壓縮空氣系統(tǒng)，以及帶壓力、流量自動調(diào)節(jié)的 噴淋水的循環(huán)、補水系統(tǒng)組成。壓縮空氣系統(tǒng)由空氣壓縮機、手動閥、過慮器、壓力表、壓 力調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥、流量計、總管、分管、分管手動閥及手動調(diào)節(jié)閥、噴嘴等組成。水 系統(tǒng)由積水槽、初濾池、精濾器、手動閥、水泵、壓力表、壓力調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥、流量 計、總管、補水管、分管、分管手動閥及手動調(diào)節(jié)閥、噴嘴等組成。 （1）噴管 一根噴管上設(shè)有若干（7、8）個噴嘴。壓縮空氣管位于

11、水管內(nèi)，不會受到高溫輻射。單根 噴管可以在不停機的情況下拆下進行除垢等清洗。噴嘴的水霧覆蓋范圍略有重疊，冷卻均勻， 且不留空白。 （2）系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能 由于氣霧噴嘴本身的調(diào)節(jié)范圍較寬， 以及系統(tǒng)的調(diào)節(jié)手段增加， 所以系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能大 大改善，更能適應工藝的要求。 可以比浸入水中冷卻快， 也可以比浸入油中冷卻慢，可以達 到任意冷卻速度。 當停水時，可以不停壓縮空氣，用以冷卻噴嘴，但不會冷卻工件（水冷對象），提高噴嘴 的壽命。即使采用同樣規(guī)格的噴嘴，每根噴管也可以單獨調(diào)節(jié)其噴淋水量。水的控制，采用 帶動力的計量泵。水的流量只與計量泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)，與管道阻力無關(guān)。這樣可以精確地控制 冷卻水量，不受壓縮空

12、氣壓力和管道阻力等波動的影響。 在緊接氣刀的10m范圍內(nèi)設(shè)置42根氣霧噴管。在處理高磁感取向硅鋼時，利用前部幾 根噴管，將要處理的鋼板從 950C降到80C。在處理無取向高牌號硅鋼時，該處噴管不噴水。 在處理無取向高牌號硅鋼時，打開后部2.7m范圍內(nèi)一對或兩對緊排的氣霧噴管，利用 這幾根噴管，將要處理的鋼板從700C迅速降到550 C。雖然每次只使用其中的幾根，但因 為工藝及帶速的變化，在該范圍內(nèi)的每根噴管都有可能被用到。在處理高磁感取向硅鋼時， 該處噴管不噴水。 5結(jié)語 采用氣霧冷卻帶鋼的方法是目前比較節(jié)能可行的方式。氣霧冷卻系統(tǒng)的核心為噴嘴，不 同形式的氣霧噴嘴有不同噴霧形狀和流量分布特性、霧化角度、霧粒直徑大小、沖擊力分布， 根據(jù)各種工況下的霧