一種用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于軋鋼冷卻技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了提供了一種用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]我國的熱軋高強度鋼筋在過去20年里一直采用穿水冷卻方法，在提高強度的同時，不可避免地給熱軋鋼筋帶來馬氏體環(huán)和表面紅銹兩大問題。為在提高熱軋鋼筋冷卻效率和提高鋼筋強度的同時，有效地控制冷卻速度和淬火馬氏體相變，需要開發(fā)一種對熱軋鋼筋在終軋溫度(1050 - 9000C )條件下，既具有足夠的冷卻能力和冷卻速度，又便于分組分段進行階梯式加速冷卻的方法和裝置。
[0003]水霧冷卻方法具有很寬的冷卻速度范圍，而水霧噴嘴又便于單獨或者分組分段地靈活布置和組裝，有益于按照鋼筋的CCT連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線特征和控制冷卻工藝參數(shù)的要求，有效而準確地控制熱軋鋼筋的冷卻速度，獲得所需的顯微組織和力學性能。
[0004]但是，首先面臨的問題是，水霧噴嘴不可能采用現(xiàn)有的各種類型噴嘴的結(jié)構(gòu)，必須在提高冷卻效率方面，設(shè)計和開發(fā)出一種新型的水霧汽化冷卻噴嘴，使得這種新型噴嘴可以在現(xiàn)有熱軋鋼筋機組生產(chǎn)現(xiàn)場的供水和供氣條件下，具有噴射所需粒度范圍的水霧并使熱軋鋼筋獲得高效率汽化冷卻的結(jié)構(gòu)和能力，以充分發(fā)揮水的汽化相變潛熱λ = 540cal/g遠高于水的比熱Cp = lcal/g°C這一基本原理在熱乳鋼筋冷卻中的作用，提高汽化冷卻在混合冷卻(包括水的接觸換熱冷卻、膜沸騰冷卻和汽化冷卻)中的比例，從而達到以汽化冷卻為主的高效率冷卻要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于提供一種用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，解決了現(xiàn)有各類水霧噴嘴不能滿足熱軋高強度鋼筋對高效率水霧汽化冷卻功能要求的問題。
[0006]本實用新型噴嘴包括進水口、進氣口、導(dǎo)流腔、混合霧化腔、螺母和水霧噴頭，見附圖1，噴嘴上部的進水口 I和進氣口 4分別與導(dǎo)流腔3相連接。導(dǎo)流腔3與噴嘴下部的混合霧化腔2相連接，使水和氣在一定壓力下混合霧化。螺母5用于連接混合霧化腔2與水霧噴頭6，使混合霧化腔2內(nèi)形成的水霧從噴頭6射出。
[0007]在供水和供氣條件達到所需的水壓、水量、氣壓、氣量范圍內(nèi)，可以獲得所需的水霧粒度分布，使這種粒度范圍的水滴在熱軋鋼筋終軋溫度的高溫區(qū)內(nèi)(1050?900°C)瞬時發(fā)生汽化，并帶走大量的汽化相變潛熱，使熱軋鋼筋獲得高效率的水霧汽化冷卻。
[0008]該噴嘴在氣水混合霧化腔的內(nèi)部設(shè)計中采用整流結(jié)構(gòu)，可以保證氣、水兩相流體在均勻混合后從雜亂無章的紊流狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定的層流狀態(tài)，使得噴射出去的水霧在水滴粒度分布、射流狀態(tài)、流場均勻性方面，始終保持一個穩(wěn)定的狀態(tài)，從而使熱態(tài)鋼筋獲得良好的穩(wěn)定的快速冷卻曲線。
[0009]該噴嘴采用V型的噴嘴截面，使射流形成固定的扁平形狀，一方面提高了扇形水霧沿熱態(tài)鋼筋縱向的覆蓋長度，一方面降低了因氣水混合霧化導(dǎo)致的射流在空氣中的衰減和逃逸，使射流集中于熱態(tài)鋼筋的弧形表面，最大限度的利用氣水霧化射流。
[0010]該噴嘴采用螺母結(jié)構(gòu)式的噴頭形式，在使用時可以任意進行角度調(diào)節(jié)，以保證從噴頭射出的冷卻水霧形狀能夠準確地覆蓋熱態(tài)鋼筋表面；其特征還在于，在上述基礎(chǔ)上，進而在噴頭處設(shè)置二次霧化間隙，進一步提高了霧化效率。
[0011]該噴嘴可以在一定的水氣壓力和流量范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)水霧粒度分布的區(qū)域，使熱態(tài)鋼筋在不同終軋溫度的初始條件下，不同程度的提高汽化冷卻在混合冷卻(包括接觸冷卻、膜沸騰冷卻、汽化冷卻)中的比例，從而獲得不同的換熱效率和冷卻速度。
[0012]該噴嘴采用金屬軟管與供水和供氣管道連接，而供水和供氣的壓力和流量分別由供水和供氣管道進口處的閥門、壓力表和流量表控制。
[0013]通過調(diào)整該噴嘴出口至鋼筋表面的距離，可以調(diào)節(jié)水霧行程，改變水霧覆蓋鋼筋表面的集中程度，改變水霧壓力和速度，從而調(diào)整和提高水霧的汽化能力和汽化冷卻比例，以調(diào)節(jié)和提高水霧汽化冷卻的效率。
[0014]本實用新型的優(yōu)點在于，用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，可以在一定的水氣壓力和流量范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)水霧粒度分布的區(qū)域，使熱態(tài)鋼筋在不同終軋溫度的初始條件下，不同程度的提高汽化冷卻在混合冷卻(包括接觸冷卻、膜沸騰冷卻、汽化冷卻)中的比例，從而獲得不同的換熱效率和冷卻速度。
[0015]在此基礎(chǔ)上，本實用新型發(fā)明的噴嘴，以分組分段的方式安裝和應(yīng)用于熱軋高強度鋼筋機組的水霧汽化冷卻裝置內(nèi)，有效提高了熱軋鋼筋的換熱效率，并有效控制了熱軋鋼筋的冷卻速度，在顯著提高了熱軋鋼筋強度的同時，避免了鋼筋截面內(nèi)表層馬氏體環(huán)的形成和表面紅銹的生成。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型水霧汽化冷卻噴嘴的整體結(jié)構(gòu)示意圖。其中，進水口1、混合霧化腔2、導(dǎo)流腔3、進氣口 4、螺母5、水霧噴頭6。
[0017]圖2是采用天津大學制作的“LSA-1II型激光粒度測試儀”測定的本實用新型噴嘴的典型水霧粒度分布圖。
[0018]圖3是本實用新型水霧汽化冷卻噴嘴的典型水霧形狀和尺寸測試數(shù)據(jù)舉例示意圖。
【具體實施方式】
[0019]為說明本實用新型用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴的【具體實施方式】，下面結(jié)合附圖1 一 3，就其工作原理和技術(shù)特征闡明如下。
[0020]本實用新型的水霧汽化冷卻噴嘴，主要由進水口、進氣口、導(dǎo)流腔、混合霧化腔、螺母和水霧噴頭構(gòu)成，噴嘴上部的進水口 I和進氣口 4分別與導(dǎo)流腔3相連接。導(dǎo)流腔3與噴嘴下部的混合霧化腔2相連接，使水和氣在一定壓力下混合霧化。螺母5用于連接混合霧化腔2與水霧噴頭6，使混合霧化腔2內(nèi)形成的水霧從噴頭6射出。如圖1所示，其進水口和進氣口分別由金屬軟管與供水和供氣管道連接，而供水和供氣的壓力和流量分別由安裝在供水和供氣管道進口處的閥門、壓力表和流量表進行調(diào)節(jié)和控制。
[0021]從進水口和進氣口分布進入噴嘴的具有一定壓力的水流和氣流，通過混合霧化腔的整流結(jié)構(gòu)，水氣兩相流體在均勻混合后，從雜亂無章的紊流狀態(tài)變?yōu)榉€(wěn)定的層流狀態(tài)，使得噴射出去的水霧在水滴粒度分布、射流狀態(tài)、流場均勻性方面，可以始終保持一個穩(wěn)定狀態(tài)，從而使熱態(tài)鋼筋獲得良好而穩(wěn)定的快速冷卻曲線。
[0022]通過調(diào)節(jié)供水和供氣的壓力與流量，使之達到所需的水壓、水量、氣壓、氣量范圍，即可以獲得所需的水霧粒度分布范圍，例如，由圖2所示采用天津大學制作的“LSA-ΙΠ型激光粒度測試儀”測定的典型水霧粒度分布圖，而這種粒度范圍的水滴在熱軋鋼筋終軋溫度的高溫區(qū)內(nèi)(1050?900°C)能夠瞬時發(fā)生汽化，并帶走大量的汽化相變潛熱，使熱軋鋼筋獲得高效率的水霧汽化冷卻。
[0023]同時，該噴嘴采用V型的噴嘴截面，使射流形成固定的扁平形狀，一方面提高了扇形水霧沿熱態(tài)鋼筋縱向的覆蓋長度，一方面降低了因氣水混合霧化導(dǎo)致的射流在空氣中的衰減和逃逸，使射流集中于熱態(tài)鋼筋的弧形表面，最大限度的利用氣水霧化射流，參見圖3所示的典型水霧形狀和尺寸測試數(shù)據(jù)舉例示意圖。
[0024]為進一步提高該噴嘴的冷卻效率，本實用新型還采用了螺母結(jié)構(gòu)式的噴頭形式，在使用時可以任意進行角度調(diào)節(jié)，以保證從噴頭射出的冷卻水霧形狀能夠準確地覆蓋熱態(tài)鋼筋表面；其特征還在于，在上述基礎(chǔ)上，進而在噴頭處設(shè)置二次霧化間隙，進一步提高了霧化效率。
[0025]采用兩個本實用新型噴嘴，對Φ 20mm熱態(tài)鋼筋進行水霧汽化冷卻，并用紅外測溫儀測試鋼筋表面溫度變化，可以測出，表面初始溫度為900 °C的鋼筋在水霧汽化冷卻條件下，在0.5秒內(nèi)能夠獲得72°C /0.1s的平均降溫速度。
[0026]基于上述技術(shù)特征，本實用新型噴嘴以分組分段的方式，安裝和應(yīng)用于熱軋高強度鋼筋機組的水霧汽化冷卻裝置內(nèi)，有效提高了熱軋鋼筋的換熱效率，并有效控制了熱軋鋼筋的冷卻速度，在顯著提高了熱軋鋼筋強度的同時，避免了鋼筋截面內(nèi)表層馬氏體環(huán)的形成和表面紅銹的生成。
【主權(quán)項】
1.一種用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，其特征在于，該噴嘴包括進水口、進氣口、導(dǎo)流腔、混合霧化腔、螺母、水霧噴頭；噴嘴上部的進水口(I)和進氣口(4)分別與導(dǎo)流腔(3)相連接，導(dǎo)流腔(3)與噴嘴下部的混合霧化腔(2)相連接，螺母(5)用于連接混合霧化腔⑵與水霧噴頭(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，其特征在于，該噴嘴在氣水混合霧化腔的內(nèi)部設(shè)計中采用整流結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，其特征在于，該噴嘴采用V型的噴嘴截面。
4.如權(quán)利要求1所述的用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，其特征在于，該噴嘴采用螺母結(jié)構(gòu)式的噴頭形式，進而在噴頭處設(shè)置二次霧化間隙。
5.如權(quán)利要求1所述的用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，其特征在于，該噴嘴采用金屬軟管與供水和供氣管道連接。
6.如權(quán)利要求1所述的用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，其特征在于，該噴嘴以分組分段的方式安裝和應(yīng)用于熱軋高強度鋼筋機組的水霧汽化冷卻裝置內(nèi)。
【專利摘要】一種用于熱軋高強度鋼筋的水霧汽化冷卻噴嘴，屬于軋鋼水霧汽化冷卻技術(shù)領(lǐng)域。包括進水口、進氣口、混合霧化腔、水霧噴頭；噴嘴上部的進水口(1)和進氣口(4)分別與導(dǎo)流腔(3)相連接。導(dǎo)流腔(3)與噴嘴下部的混合霧化腔(2)相連接，螺母(5)用于連接混合霧化腔(2)與水霧噴頭(6)。在供水和供氣條件達到所需的水壓、水量、氣壓、氣量范圍內(nèi)，可以獲得所需的水霧粒度分布，使這種粒度范圍的水滴在熱軋鋼筋終軋溫度的高溫區(qū)內(nèi)1050～900℃瞬時汽化，并帶走大量的汽化相變潛熱，使熱軋鋼筋獲得高效率的水霧汽化冷卻。優(yōu)點在于，有效提高了熱軋鋼筋的換熱效率，并有效控制了熱軋鋼筋的冷卻速度，在顯著提高了熱軋鋼筋強度的同時，避免了鋼筋截面內(nèi)表層馬氏體環(huán)的形成和表面紅銹的生成。
【IPC分類】B21B45-02
【公開號】CN204353218
【申請?zhí)枴緾N201420851113
【發(fā)明人】李光瀛, 胡科穎, 張江鈴, 張 林, 肖金福, 劉兵隆, 王衛(wèi)衛(wèi), 楊珂, 白宇
【申請人】鋼鐵研究總院, 四川什邡東潤制造有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月26日