一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于轧钢冷却技术领域，特别是提供了提供了一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴。
【背景技术】
[0002]我国的热轧高强度钢筋在过去20年里一直采用穿水冷却方法，在提高强度的同时，不可避免地给热轧钢筋带来马氏体环和表面红锈两大问题。为在提高热轧钢筋冷却效率和提高钢筋强度的同时，有效地控制冷却速度和淬火马氏体相变，需要开发一种对热轧钢筋在终轧温度(1050 - 9000C )条件下，既具有足够的冷却能力和冷却速度，又便于分组分段进行阶梯式加速冷却的方法和装置。
[0003]水雾冷却方法具有很宽的冷却速度范围，而水雾喷嘴又便于单独或者分组分段地灵活布置和组装，有益于按照钢筋的CCT连续冷却转变曲线特征和控制冷却工艺参数的要求，有效而准确地控制热轧钢筋的冷却速度，获得所需的显微组织和力学性能。
[0004]但是，首先面临的问题是，水雾喷嘴不可能采用现有的各种类型喷嘴的结构，必须在提高冷却效率方面，设计和开发出一种新型的水雾汽化冷却喷嘴，使得这种新型喷嘴可以在现有热轧钢筋机组生产现场的供水和供气条件下，具有喷射所需粒度范围的水雾并使热轧钢筋获得高效率汽化冷却的结构和能力，以充分发挥水的汽化相变潜热λ = 540cal/g远高于水的比热Cp = lcal/g°C这一基本原理在热乳钢筋冷却中的作用，提高汽化冷却在混合冷却(包括水的接触换热冷却、膜沸腾冷却和汽化冷却)中的比例，从而达到以汽化冷却为主的高效率冷却要求。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，解决了现有各类水雾喷嘴不能满足热轧高强度钢筋对高效率水雾汽化冷却功能要求的问题。
[0006]本实用新型喷嘴包括进水口、进气口、导流腔、混合雾化腔、螺母和水雾喷头，见附图1，喷嘴上部的进水口 I和进气口 4分别与导流腔3相连接。导流腔3与喷嘴下部的混合雾化腔2相连接，使水和气在一定压力下混合雾化。螺母5用于连接混合雾化腔2与水雾喷头6，使混合雾化腔2内形成的水雾从喷头6射出。
[0007]在供水和供气条件达到所需的水压、水量、气压、气量范围内，可以获得所需的水雾粒度分布，使这种粒度范围的水滴在热轧钢筋终轧温度的高温区内(1050?900°C)瞬时发生汽化，并带走大量的汽化相变潜热，使热轧钢筋获得高效率的水雾汽化冷却。
[0008]该喷嘴在气水混合雾化腔的内部设计中采用整流结构，可以保证气、水两相流体在均匀混合后从杂乱无章的紊流状态变为稳定的层流状态，使得喷射出去的水雾在水滴粒度分布、射流状态、流场均匀性方面，始终保持一个稳定的状态，从而使热态钢筋获得良好的稳定的快速冷却曲线。
[0009]该喷嘴采用V型的喷嘴截面，使射流形成固定的扁平形状，一方面提高了扇形水雾沿热态钢筋纵向的覆盖长度，一方面降低了因气水混合雾化导致的射流在空气中的衰减和逃逸，使射流集中于热态钢筋的弧形表面，最大限度的利用气水雾化射流。
[0010]该喷嘴采用螺母结构式的喷头形式，在使用时可以任意进行角度调节，以保证从喷头射出的冷却水雾形状能够准确地覆盖热态钢筋表面；其特征还在于，在上述基础上，进而在喷头处设置二次雾化间隙，进一步提高了雾化效率。
[0011]该喷嘴可以在一定的水气压力和流量范围内，调节水雾粒度分布的区域，使热态钢筋在不同终轧温度的初始条件下，不同程度的提高汽化冷却在混合冷却(包括接触冷却、膜沸腾冷却、汽化冷却)中的比例，从而获得不同的换热效率和冷却速度。
[0012]该喷嘴采用金属软管与供水和供气管道连接，而供水和供气的压力和流量分别由供水和供气管道进口处的阀门、压力表和流量表控制。
[0013]通过调整该喷嘴出口至钢筋表面的距离，可以调节水雾行程，改变水雾覆盖钢筋表面的集中程度，改变水雾压力和速度，从而调整和提高水雾的汽化能力和汽化冷却比例，以调节和提高水雾汽化冷却的效率。
[0014]本实用新型的优点在于，用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，可以在一定的水气压力和流量范围内，调节水雾粒度分布的区域，使热态钢筋在不同终轧温度的初始条件下，不同程度的提高汽化冷却在混合冷却(包括接触冷却、膜沸腾冷却、汽化冷却)中的比例，从而获得不同的换热效率和冷却速度。
[0015]在此基础上，本实用新型发明的喷嘴，以分组分段的方式安装和应用于热轧高强度钢筋机组的水雾汽化冷却装置内，有效提高了热轧钢筋的换热效率，并有效控制了热轧钢筋的冷却速度，在显著提高了热轧钢筋强度的同时，避免了钢筋截面内表层马氏体环的形成和表面红锈的生成。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型水雾汽化冷却喷嘴的整体结构示意图。其中，进水口1、混合雾化腔2、导流腔3、进气口 4、螺母5、水雾喷头6。
[0017]图2是采用天津大学制作的“LSA-1II型激光粒度测试仪”测定的本实用新型喷嘴的典型水雾粒度分布图。
[0018]图3是本实用新型水雾汽化冷却喷嘴的典型水雾形状和尺寸测试数据举例示意图。
【具体实施方式】
[0019]为说明本实用新型用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴的【具体实施方式】，下面结合附图1 一 3，就其工作原理和技术特征阐明如下。
[0020]本实用新型的水雾汽化冷却喷嘴，主要由进水口、进气口、导流腔、混合雾化腔、螺母和水雾喷头构成，喷嘴上部的进水口 I和进气口 4分别与导流腔3相连接。导流腔3与喷嘴下部的混合雾化腔2相连接，使水和气在一定压力下混合雾化。螺母5用于连接混合雾化腔2与水雾喷头6，使混合雾化腔2内形成的水雾从喷头6射出。如图1所示，其进水口和进气口分别由金属软管与供水和供气管道连接，而供水和供气的压力和流量分别由安装在供水和供气管道进口处的阀门、压力表和流量表进行调节和控制。
[0021]从进水口和进气口分布进入喷嘴的具有一定压力的水流和气流，通过混合雾化腔的整流结构，水气两相流体在均匀混合后，从杂乱无章的紊流状态变为稳定的层流状态，使得喷射出去的水雾在水滴粒度分布、射流状态、流场均匀性方面，可以始终保持一个稳定状态，从而使热态钢筋获得良好而稳定的快速冷却曲线。
[0022]通过调节供水和供气的压力与流量，使之达到所需的水压、水量、气压、气量范围，即可以获得所需的水雾粒度分布范围，例如，由图2所示采用天津大学制作的“LSA-ΙΠ型激光粒度测试仪”测定的典型水雾粒度分布图，而这种粒度范围的水滴在热轧钢筋终轧温度的高温区内(1050?900°C)能够瞬时发生汽化，并带走大量的汽化相变潜热，使热轧钢筋获得高效率的水雾汽化冷却。
[0023]同时，该喷嘴采用V型的喷嘴截面，使射流形成固定的扁平形状，一方面提高了扇形水雾沿热态钢筋纵向的覆盖长度，一方面降低了因气水混合雾化导致的射流在空气中的衰减和逃逸，使射流集中于热态钢筋的弧形表面，最大限度的利用气水雾化射流，参见图3所示的典型水雾形状和尺寸测试数据举例示意图。
[0024]为进一步提高该喷嘴的冷却效率，本实用新型还采用了螺母结构式的喷头形式，在使用时可以任意进行角度调节，以保证从喷头射出的冷却水雾形状能够准确地覆盖热态钢筋表面；其特征还在于，在上述基础上，进而在喷头处设置二次雾化间隙，进一步提高了雾化效率。
[0025]采用两个本实用新型喷嘴，对Φ 20mm热态钢筋进行水雾汽化冷却，并用红外测温仪测试钢筋表面温度变化，可以测出，表面初始温度为900 °C的钢筋在水雾汽化冷却条件下，在0.5秒内能够获得72°C /0.1s的平均降温速度。
[0026]基于上述技术特征，本实用新型喷嘴以分组分段的方式，安装和应用于热轧高强度钢筋机组的水雾汽化冷却装置内，有效提高了热轧钢筋的换热效率，并有效控制了热轧钢筋的冷却速度，在显著提高了热轧钢筋强度的同时，避免了钢筋截面内表层马氏体环的形成和表面红锈的生成。
【主权项】
1.一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，其特征在于，该喷嘴包括进水口、进气口、导流腔、混合雾化腔、螺母、水雾喷头；喷嘴上部的进水口(I)和进气口(4)分别与导流腔(3)相连接，导流腔(3)与喷嘴下部的混合雾化腔(2)相连接，螺母(5)用于连接混合雾化腔⑵与水雾喷头(6)。
2.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，其特征在于，该喷嘴在气水混合雾化腔的内部设计中采用整流结构。
3.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，其特征在于，该喷嘴采用V型的喷嘴截面。
4.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，其特征在于，该喷嘴采用螺母结构式的喷头形式，进而在喷头处设置二次雾化间隙。
5.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，其特征在于，该喷嘴采用金属软管与供水和供气管道连接。
6.如权利要求1所述的用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，其特征在于，该喷嘴以分组分段的方式安装和应用于热轧高强度钢筋机组的水雾汽化冷却装置内。
【专利摘要】一种用于热轧高强度钢筋的水雾汽化冷却喷嘴，属于轧钢水雾汽化冷却技术领域。包括进水口、进气口、混合雾化腔、水雾喷头；喷嘴上部的进水口(1)和进气口(4)分别与导流腔(3)相连接。导流腔(3)与喷嘴下部的混合雾化腔(2)相连接，螺母(5)用于连接混合雾化腔(2)与水雾喷头(6)。在供水和供气条件达到所需的水压、水量、气压、气量范围内，可以获得所需的水雾粒度分布，使这种粒度范围的水滴在热轧钢筋终轧温度的高温区内1050～900℃瞬时汽化，并带走大量的汽化相变潜热，使热轧钢筋获得高效率的水雾汽化冷却。优点在于，有效提高了热轧钢筋的换热效率，并有效控制了热轧钢筋的冷却速度，在显著提高了热轧钢筋强度的同时，避免了钢筋截面内表层马氏体环的形成和表面红锈的生成。
【IPC分类】B21B45-02
【公开号】CN204353218
【申请号】CN201420851113
【发明人】李光瀛, 胡科颖, 张江铃, 张 林, 肖金福, 刘兵隆, 王卫卫, 杨珂, 白宇
【申请人】钢铁研究总院, 四川什邡东润制造有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年12月26日