高温物体的冷却方法及其冷却装置的制作方法

专利名称：高温物体的冷却方法及其冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温物体的喷雾冷却方法。
在钢铁厂的鱼雷形铁水罐车、转炉等的铁水、钢水抽取装置、设备补修时，这些装置、设备(下文称耐火材料的结构物件)内部的耐火材料必须冷却。
在这种情况下，为了延长耐火材料的寿命和缩短工序，必须(1)保持冷却时和冷却后的耐火材料表面高度干燥状态(下文称为干冷却)，(2)短时间内冷却和(3)在耐火材料各处的均等冷却。
以前公开的耐火材料结构物件的冷却方法有(1)直接喷水冷却法；(2)用空气冷却法及(3)在耐火材料结构物件的内部，吹入添加水滴的空气气流的冷却方法(特开昭61-159251号，供参考)。
但是，在方法(1)中，冷却时耐火材料润湿和冷却不均等是不可避免的，耐火材料的寿命有问题，在方法(2)中，存在要求长时间冷却的问题。
另外，在上述方法(3)中，(a)从中间罐的耐火材料的结构物件的外部向其内部吹入添加水滴的空气气流，耐火材料的被冷却面与水滴接触的准确率低，水滴的蒸发潜热不能有效地利用，因此冷却时间长，(b)水滴的移动路径靠空气的流动，因此均等冷却困难，(c)由于水滴润湿耐火材料，耐火材料的品质劣化，修补后干燥时有爆裂的危险。
在钢铁厂中，有人工冷却钢板的工序，要求工业精度良好而快速的冷却。以前的喷雾冷却法不能满足上述的要求。
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供高温状态的物体在短时间内，可以不润湿而均等冷却被冷却面的冷却方法和冷却装置。
本发明的第一种冷却高温物体的方法的特征是，在高温物体冷却时，从喷嘴喷出的喷雾水与被冷却面直接接触进行冷却，在冷却时，使用有相对被冷却而开孔的喷嘴的管状喷嘴头，该喷嘴头以喷嘴头的轴线为中心旋转喷出水喷雾。在这种冷却方法中，根据被冷却面的位置随时控制该喷嘴头的旋转角速度。
本发明第二种冷却高温物体的方法的特征是，在高温物体冷却时，用喷嘴的喷雾水进行直接冷却，在冷却时，根据被冷却面温度随时间的变化控制喷嘴喷雾水液滴的直径。其中，在被冷面的温度为200℃以下进行冷却时，优选使用水滴的最大粒径为100μm以下或水滴的平均匀粒径为85μm以下的喷雾水。
再者，用上述喷嘴的喷雾水进行直接冷却后，优选进行空气冷却。在高温物体冷却时，被冷却物体的温度大于200℃时，更优选水滴的最大粒径超过100μm或水滴的平均粒径超过85μm的喷雾水进行直接冷却，在被冷却面的温度大于50℃小于或等于200℃时，使用水滴的最大粒径为100μm以下或水滴的平均粒径为85μm以下的喷雾水进行直接冷却，在被冷面温度大于等于50℃时，进行空气冷却。上述的空冷却，优选使用送风机的强制空气冷却。
本发明的第三种冷却高温物体的方法的特征是，使用喷嘴的喷雾水进行直接冷却，在冷却时，喷雾水最大粒径的水滴在被冷却面上的冲击速度超过该最大粒径水滴的破坏冲击速度。在本发明中，喷雾水中最大粒径的水滴在被冷却面上的冲击速度的垂直向量超过该最大粒径的水滴的破坏冲击速度。
而且，在第三种方法的另一种方案中，在冷却时，在喷嘴喷雾水的喷出孔的外周部向喷出喷雾水的方向喷出空气，喷出的空气量是根据破坏水滴的水量密度和被冷却面的温度而定，所述的破坏水滴的水量密度是从喷嘴喷出的水滴粒子的粒径分布和水滴粒子在被冷却面上的冲击速度导出。
本发明的第四种冷却高温物体的方法的特征是，在高温物体冷却时，使用喷嘴喷出的水进行直接冷却，在冷却时，在喷雾水喷出孔的外周部向喷雾水喷出的方向上，喷出空气。
第四种方法中的一个方案是，在使用喷雾冷却的方法中，用高速的气体流体以鞘状包围该喷雾体。
第五项发明是一种喷雾喷嘴其特征是，在喷雾喷嘴中，在喷雾式喷嘴端部的外周处，设置有与喷雾喷出方向相同方向的开孔的气体喷出孔。其中，该气体喷出孔与用于喷雾的气体配管独立的配管相通。
本发明的第六个发明是提供了一种高温物体的冷却装置，其特征是，有相对被冷却面开孔的水喷雾喷嘴3的管状喷嘴头4和使该喷嘴头4以喷嘴头的轴线为中心旋转的喷嘴头的旋转装置10。在本发明中，更优选的是，有随时检测喷嘴头在旋转方向的角度位置的检测装置20和根据检测装置20的检测值随时控制喷嘴头4的角速度的控制装置21。
在上述的冷却高温物体的装置中，所述的水喷雾喷嘴3是在空气-喷雾式喷嘴尖端外周设置与喷雾水喷出方向实质相同方向开孔的空气喷出口的喷嘴。
下面，更详细地描述本发明。
本发明可广泛地应用于钢铁厂中的鱼雷形铁水罐车、转炉、浇包、脱气槽、中间罐、加热炉、热风炉等耐火材料结构物件的耐火材料的冷却，也可以应用于除此之外的耐火材料结构物件的冷却。还可以用于钢坯和钢板的冷却。一般来说，可以用于相当大的物体的冷却。下面以被冷却体是耐火材料结构物件为主的情况进行说明。
本发明者为解决上述现有技术的问题，进行深入地研究的结果，开发出了下面的(1)-(7)的新技术，完成了本发明。[均等冷却](1)耐火材料结构物件冷却时，使用喷嘴喷雾水进行直接冷却，在这种冷却时，使用安装喷嘴的旋转式喷嘴头，使喷雾水直接冲击被冷却表面，将被冷却表面全部均等冷却(第一发明)。而且，根据喷雾水冲击被冷却表面的位置随时地控制该喷嘴头旋转的角速度，使被冷却面均等地冷却。[干冷却](2)耐火材料冷却时，用喷嘴的喷雾水进行直接冷却，冷却时，根据冷却面温度随时间的变化，控制喷雾水的液滴直径，借此进行耐火材料不润湿的冷却(第二发明)。
上述第二发明的优选的实施方案，可以列举被冷却面的温度在200℃以下冷却时，用水滴的最大粒径为100μm或水滴的平均粒径为85μm以下的喷雾水冷却的方法。
在上述第二发明及其优选的方案中，用上述喷嘴的喷雾水进行直冷却后，优选用送风机进行空气冷却，借此能够进行耐火物体的完全干冷却。
(3)在上述第二发明的优选方案中，耐火材料冷却时，被冷却面的温度超过200℃时，用水滴最大粒径超过100μm或水滴的平均粒径超过85μm的喷雾水进行直接冷却，被冷却面的温度在200℃以下50℃以上时，用水滴最大粒径在100μm或水滴的平均粒径在85μm以下的喷雾水直接冷却，被冷却面的温度在50℃以下时，优选用送风机进行空气冷却，进行耐火物体完全的干冷却。
在上述第二发明的优选方案中，规定水滴粒径的最大粒径或平均粒径的理由是水滴最大粒径为100μm的喷雾水对应水滴的平均粒径为85μm。[短时间冷却和干冷却](4)耐火材料冷却时，用喷嘴喷雾水进行直接冷却，在这种冷却时，使在被冷却面上喷雾水的最大粒径水滴的冲击速度超过该最大粒径的水滴的破坏速度，借此促进水的蒸发，水的蒸发潜热被有效地利用，完成了耐火材料的短时间冷却和干冷却(第三发明)。
(5)在上述的第三发明中，在这种冷却时，根据从喷嘴喷雾的水滴粒子的粒径分布和在被冷却面上水滴粒子的冲击速度导出破坏水滴的水量密度，而根据破坏水滴的水量密度和被冷却面的温度确定在喷雾水喷出方向上，由喷嘴的喷雾水喷出孔的外周部喷出的空气流量，借此保持被冷却面附近的蒸气分压低于饱和蒸气压，完成耐火材料短时间冷却和干冷却。
(6)在耐火材料冷却时，进行喷嘴喷雾水的直接冷却，在这种冷却时，在与从喷雾水喷出孔的外周部以与喷雾水喷出方向基本上相同的方向喷出空气。总而言之在喷雾冷却中，可以采取用高速的气体以鞘状包围喷雾体并接触被冷却面的方法。在这个方法中，也可以应用水-空气以外的液体-气体。根据这个方法，提高气流中喷雾水滴移动速度，就促进被冷却面上喷雾水水滴的破坏，完成有效利用低水蒸气分压水的蒸发潜热的耐火材料的短时间冷却和干冷却(第四发明)。
(7)在喷嘴式喷雾中，在与喷雾式喷嘴尖端部的外周部设置与喷雾体的喷出方向基本上相同的方向开孔的气体喷出孔(第五发明)。与该喷雾体的气体配管相独立地设置与上述气体喷出孔相接通的配管。由此，适于上述方法，可使高流速、高流量的气体和喷雾体独立地喷出。[实施均等冷却、干冷却和短时间冷却的冷却装置](8)是上述第一发明的冷却方法优选使用的冷却装置，是具有有水喷雾喷嘴的管状喷嘴头，和以喷嘴头的轴线为中心旋转的喷嘴头旋转装置的可使耐火物体的均等冷却的冷却装置(第六发明)。在这个冷却装置中，还设置随时检测喷嘴头在旋转方向上的角度位置的检测装置，和根据，该检测装置检出的值，随时控制喷嘴头旋转角速度的控制装置。
(9)上述第六发明的优选方案是上述的水喷雾喷嘴，使用在空气-水喷雾式喷嘴尖端的外周与喷雾水喷出方向基本上相同的方向上，设置开口的空气喷出口的喷嘴，借此完成了耐火物体的均等冷却、干冷却和短时间冷却。
下面，用


本发明的第一至第六发明。[第一发明]第一发明是，在耐火材料的结构物件冷却时，使用安装喷雾水直接冲击耐火材料的冷却面的喷嘴的旋转式喷嘴头，使被冷却面全部均等冷却。而且，根据喷雾水冲击被冷却面即耐火材料表面的位置，随时控制该喷嘴头旋转的角速度。
图1示出了本发明的用于鱼雷形铁水罐车的耐火材料的冷却装置的一例的侧视图。
在图1中，1表示鱼雷形铁水罐车，2表示鱼雷形铁水罐车耐火材料，3表示喷雾喷嘴，4表示喷嘴头，5表示喷雾水，6是表示喷雾用水配管(软管)(系统6)，7表示喷雾用压缩空气配管(软管)，8表示加速喷雾水的水滴用或空气冷却用的空气配管，9表示加速喷雾水水滴用或空气冷却用的空气送风机，10表示由电机、电路等构成的喷嘴头的旋转装置11表示喷嘴头的升降装置，12表示绞车，13表示支持辊，14表示滑车，15表示伸缩的波纹管，16表示钢丝绳，17、18、19表示台架，20表示随时检测喷嘴头4旋转方向中角度位置的检测装置(下文称喷嘴头旋转方向角度位置检测装置)，21表示随时控制喷嘴头4角速度的控制装置(下文称喷嘴头旋转角速度控制装置)，fR示出了喷嘴头的旋转方向，fNH示出了喷嘴头的升降方向。
如图1所示，鱼雷形铁水罐车1的耐火材料2冷却时，由喷嘴头4、绞车12、支持辊13、滑车14等构成的喷嘴的升降装置11设置在鱼雷形铁水罐车1的内部。
喷嘴头4因喷嘴头旋转装置10，而在水平面内，使得沿包括的喷嘴头旋转方向fR旋转，与此同时从水喷雾喷嘴3的尖端喷出的喷雾水直接喷射耐火材料2的被冷却表面，耐火材料被直接冷却。
喷嘴头4，用检测装置20和控制装置21，根据各被冷却面随时改变、控制喷嘴头4旋转角速度。包含下面的喷嘴头的旋转的实际效果的传热系数αA(θ＝θ1)在被冷却面的耐火材料的各处是一定的。
一方面，从水喷雾喷嘴3的喷嘴尖端的外周部由送风机9与喷雾水同时独立地喷出空气，用这种空气加速鱼雷形铁水罐车1内的喷雾水5的流速，促进被冷却面上喷雾水水滴的破坏、蒸发，提高冷却速度以完成急骤冷却。
图2示出了图1中水喷雾喷嘴3的详细图。
图2(a)是水喷雾喷嘴的平面图，在与纸面平行的平面内旋转(方向用fR表示)。图2(b)是图2(a)的A-A剖视的正视图，图2(c)是图2(a)的b-b剖视的侧视图。
再者，在图2中，3表示水喷雾喷嘴，3a表示空气-水喷雾式喷嘴尖端，3b表示空气喷出口，30表示喷雾用水流路，31表示水喷雾用的压缩空气流路，32表示喷雾水用压缩空气流路，33表示喷雾水加速用空气(下文称喷雾水加速用空气)配管，34表示喷嘴喷雾水，35表示喷雾水加速用空气，fNw表示喷嘴喷雾水的喷出方向，fA表示喷雾水加速用空气喷出的方向。
如图2所示，水喷雾喷嘴3，在空气-水喷雾式喷嘴的尖端3a的外周部处，在与喷雾水喷出的方向实质相同的方向上设置开口的空气喷出口3b。
还如图2所示，喷雾水加速用空气从喷嘴的后方喷出。由此，(1)喷雾水水滴在被冷却面上的冲击速度就大于水滴的破坏冲击速度，因此，促进水的蒸发，提高了冷却能力。(2)导入对应蒸发水量的饱和空气量以上的空气，进行耐火材料的干冷却。在本说明书中，这里所说的喷雾水加速用空气，有时称为搅拌用空气。
下面，说明第一发明中的原理。
图3示出了图1的鱼雷形铁水罐车的耐火材料的冷却装置中鱼雷形铁水罐车的主要部分的剖视图(平面图)。
在图3中，θ是鱼雷形铁水罐车的中心轴(旋转轴)lT与喷雾水的喷出方向的中心线fNWC所成的角，s(θ＝90°)，s(θ＝0°)分别表示θ＝90°、θ＝0°时耐火材料冷却面的单位面积，其它符号与图1和图2所示的内容相同。
在图3中，喷嘴头4以一定的旋转角速度随时旋转的情况下，被冷却面的耐火材料表面的传热系数随时间的变化示于图4，即与角度θ相当处的耐火材料表面的传热系数α用下式(1)表示。
α＝f(θ)＝g(因水量密度、冲击速度、粒径分布、空气强制对流造成的气相传热系数)……(1)这是因为，在与角度(θ)相当处，根据冲击被冷却面的喷雾水的粒径和冲击速度决定的被冷却面的破坏水量密度(被冷却面单位面积冲击破坏喷雾水的量)和空气强制对流的气相传热系数随角度θ变化，传热系数α随离喷嘴头的距离变化。
传热系数α可以根据实验测量的喷嘴喷雾水的水量、液滴直径、喷嘴喷雾水的喷射角度(立体角)、喷嘴到被冷却面的距离、被冷却面的温度和喷雾水的冲击速度求出。
角度θi处的耐火物体的被冷却面的单位面积S(θ＝θi)的喷雾水的喷雾时间设为tI，喷嘴头旋转180°所要求的时间设为T，则单位面积S(θ＝θi)表观传热系数Ki用下式(2)、(3)表示，图5示出了冷却时间率(ti/T)关系。
Ki＝h×(ti/T) ……(2)h＝α＝f(θi)……(3)结果，与角度θi相当处的耐火材料的冷却面的单位面积S(θ＝θi)中的包含喷嘴头的回转的实际有效传热系数αA(θ＝θi)用下式(4)表示。
αA(θ＝θi)＝[f(θi)]×(ti/T) ……(4)但是，为了使αA(θ＝θ1)＝αA(θ＝θ2)＝…＝αA(θ＝θi)＝…＝αA(θ＝θn)，只要控制角度θ1、θ2…θi…θn的相当处的喷雾水的喷雾时间ti，就能使各处的冷却均等。
上述控制可以根据喷嘴头旋转时的旋转角速度对的角度θ的变化来进行，例如，在图3的情况下，可以对应角度θ的增减，而增减旋转的角速度。[第二发明]第二发明是，喷嘴喷雾水直接冷却耐火材料时，根据冷却面的温度随时地变化控制喷雾水的液滴直径，借此完成耐火材料的干冷却。
根据第二发明，完成耐火物体的干冷却，同时在被冷却面的温度高时用液滴直径大的喷嘴喷雾水，而在被冷却面的温度低时，用液滴直径小的喷嘴喷雾水，由此可以减少喷嘴喷雾水用压缩空气制成喷雾对所必需的电力的使用量。
图6示出了喷雾水的水滴的最大粒径与被冷却面的温度和润湿状态的关系。
如图6所示，被冷却面的湿润状态与喷雾水的水滴的最大粒径和被冷却面的温度相关。
图6示出了被冷却面的干态与湿态的边界线(5)和湿态与润湿态的边界线(6)，各自用下式(5)和(6)表示。
Rmax＝-0.002933×T2+1.200T-22.67 ……(5)Rmax＝-0.002597×T2+1.442T-23.51(6) ……(6)在上述式中，T表示被冷却面温度(℃)，Rmax表示喷雾水的水滴的最大粒径。
即，喷雾水的水滴最大粒径Rmax满足下式(7)的情况下，被冷却面是干燥状态，满足下式(8)的情况下，被冷却面是湿状。
Rmax＜-0.002933×T2+1.200T-22.67 ……(7)
-0.002933×T2+1.200T-22.67＜Rmax＜-0.002597×T2+1.442T-23.51…(8)本发明，使用图6所示的喷雾水的水滴最大粒径和被冷却面的温度与被冷却面湿状的关系，根据被冷却面温度随时间的变化，控制喷雾水的液滴直径，完成了耐火材料的干冷却。
上述第二发明的优选方案(1)，被冷却面在200℃以下冷却时，使用水滴的最大粒径为100μm以下或水滴的平均粒径为85μm以下的水喷雾。
如上述的图6所示，在被冷却面的温度在200℃的情况下，使用水滴的最大粒径超过100μm或水滴的平均粒径超过85μm的喷雾水进行冷却，保持被冷却面的湿状或润湿态。
下面描述用水滴的最大粒径超过100μm或水滴的平均粒径超过85μm的喷雾水直接冷却(喷雾冷却)，用水滴的最大粒径为100μm以下或水滴的平均粒径为85μm以下的喷雾水直接冷却(雾冷却)，使用送风机的空气的空气冷却(吹风冷却)。
在上述第二发明及其优选方案(1)中，在用上述的喷嘴喷雾水进行直接冷却后，优选进行空气冷却，所述的空气冷却是吹风冷却。
上述的第二发明的优选方案(2)中，耐火材料冷却时，被冷却面温度大于200℃时，使用水滴的最大粒径超过100μm或水滴的平均粒径超过85μm的喷雾水进行直接冷却，被冷却材料的温度高于50℃小于等于200℃时，用水滴的最大粒径为100μm以下或水滴的平均粒径为85μm以下的的喷雾水进行直冷却，被冷却材料温度小于等于50℃时，进行空气冷却。这样效果更佳。
在空气冷却情况下，优选吹风冷却。
根据被冷却面的温度选择冷却方法，其理由为(a)～(c)。
(a)被冷却面温度高于200℃时，发生被冷却面的润湿，因此使用冲击速度小的液滴直径大的喷雾水，但是可以有效地利用水的蒸发潜热，急速冷却是可能的。
(b)被冷却面温度大于50℃小于等于200℃时，被冷却面易润湿，虽然因液滴直径小限制了破坏的水量，但是，由于未被破坏的液滴载带在气流中进行排气，可以提高冷却能力和确保被冷却面的干条件。
(c)被冷却面的温度大于50℃时，被冷却面非常易润湿，可能防止液滴润湿和使部分湿状处干燥。
图7模式地示出了按照第二发明的优选方案(2)的冷却方法的一个实例。图7(a)示出了水滴的平均粒径＝120μm的烟雾冷却，图7(b)示出了水滴平均粒径＝30μm的雾冷却，图7(c)示出了吹风冷却各个喷雾水的喷雾状况和空气喷出情况，图7(d)示出了耐火材料的冷却曲线。
图7(a)-(c)中，36表示烟雾，37表示雾，38表示空气。
即，根据第二发明的优选方案(2)，耐火物体的表面温度超过200℃的情况下，例如进行平粒径为120μm的烟雾冷却，耐火物体表面温度达到200℃后，例如进行平均粒径为30μm的雾冷却，耐火物体表面的温度达到50℃后，进行吹风冷却，完成耐火材料的完全干冷却。
上述第二发明的优选方案(3)，是被冷却面温度T大于50℃，小于等于200℃时，使喷雾水水滴的最大粒径Rmax满足下式(7)，根据被冷却面的温度随时间的变化控制喷嘴喷雾水的液滴直径进行冷却后，在被冷却面的温度小于等于50℃时，用送风机进行空气冷却更佳。
Rmax＜-0.002933×T2+1.200T-22.67 ……(7)下面，描述第二发明的的具体方法的一例。
图8示出了喷雾水量和向水喷雾用压缩空气喷嘴供给压力与喷雾水的液滴直径之间的关系。
如图8所示，用同一喷嘴，调节水喷雾用压缩空气的供给压力和喷雾水量，可能选择烟雾冷却和吹风冷却。
图9示出了冷却前的耐火材料表面温度(被冷却面温度)为900℃的情况的冷却图的一个实例。
按照图9所示的方法，在被却面温度超过200℃时的时刻，调节喷嘴空气的压力＝1.0kg/cm2，喷嘴水量＝1.28t/h，进行平均粒径为120μm的烟雾冷却，被冷却面的温度达到200℃后，调节喷嘴空气压力＝2.0kg/cm2，喷嘴的水量＝0.47t/h，进行平均粒径为30μm的雾冷却，被冷却面温度达到50℃后，进行吹风冷却，可以进行耐火材料的全干冷却。
图10示出了优选地适用于第二发明的耐火材料构件冷却装置的配管系统的一个实例的模式图。
在图10中，4表示喷嘴头，41a、41b、42a、42b、43a、43b、44a、44b、45a、45b、46a、46b表示水喷雾喷嘴， 47表示水泵，9表示送风机，49表示过滤器，50表示空气过滤器，51表示压力计，52表示流量计，53表示流量调节阀，54表示选择阀，55表示减压阀。
在图10中，喷嘴头4附设没示出的密封机构，以垂直轴作为喷嘴头旋转方向fR的旋转中心线，第一段的水喷雾喷嘴为41a和41b等，各段的水喷雾嘴是4ia和4ib，各自在对面设置，将水喷雾。
图10所示的耐火材料结构材料的冷却装置的配管系统中，水的配管、压缩空气的配管的两系统的支管配管系统的上段是烟雾冷却用，下段是雾冷却用配管系统。
根据图10的配管系统，喷雾用水和喷雾用压缩空气的配管系统各个有烟雾冷却用和雾冷却用的两个系统，可以用同一水喷雾喷嘴进行烟雾冷却和雾冷却。
在图10所示的配管系统中，送风机9的空气，可用作下述第三发明-第四发明中(1)喷雾水的最大粒径的水滴在被冷却面上的冲击速度超过该最大粒径水滴破坏冲击速度的喷雾水加速用空气和/或(2)保持喷雾水生成的水蒸气在饱和水蒸气压以下用的空气。[第三发明]第三发明是，由于喷雾水的流速被取作水滴在被冷却面上冲击时破坏的流速以上，水的蒸发潜热被有效地利用，提了冷却效果。
即，按照第三发明，耐火物体冷却时，进和喷嘴喷雾水直接冷却，这种冷却进行时，使喷雾水的最大粒径水滴在被冷却面上的冲击速度超过该最大粒径水滴的破坏冲击速度，借此可促进水的蒸发，完成短时间冷却。
在上述的第三发明中，作为喷雾水水滴在被冷却面上冲击速度的提高方法的优选方案，是从喷嘴的外周部喷出水滴加速用空气(＝喷雾水加速用空气)。
即，水喷雾用压缩空气各个是独立的，在喷嘴尖端处喷雾水喷出口的外周部的喷雾水的喷出方向喷出空气。由于高速空气，使喷雾水的最大粒径的水滴在被冷却面上的冲击速度超过该最大粒径的水滴的破坏冲击速度，从而促进水的蒸发，完成短时间冷却。
图11示出了平均粒径30μm的水滴在固体面上，以冲击时的流速(＝冲击速度)2.5m/秒冲击时水滴破坏的比例图12示出了液滴直径与破坏冲击速度之间的关系。
如图12所示，在上述图11所示的粒径分布的喷雾水的情况下，最大粒径的水滴即45μm的水滴，在冲击速度2.2m/秒以上破坏，最小粒径的水滴即15μm的水滴，在冲击速度为3.6m/秒以上破坏。
结果，对被水滴向被冷却面的冲击速度和被冷却面的传热系数的关系示于图13。
即，在喷雾水的最大粒径水滴的冲击速度达到超过最大粒径的水滴的破坏冲击速度的时刻，水的蒸发潜热有效地利用，被冷却面的传热系数β急剧上升，是满足最小粒径的水滴大体完全破坏的冲击速度阶段。传热系数β的上升大体饱和。
即，如图13所示，通过使喷雾水的最大粒径的水滴的冲击速度超过最大粒径的水滴的破坏冲击速度的第三发明及其优选的方案，完成了耐火材料短时间冷却。[第三发明的改进]第三发明的新改进，是在耐火物体冷却时，由喷嘴喷雾水进行直接冷却，这种冷却时，根据喷嘴喷雾水滴粒子粒径的分布和水滴粒子在被冷却面上的冲击速度导出的破坏水滴的水量密度(下文称破坏水滴水量密度)和被冷却面温度，把空气导入被冷却部，借此伴随破坏水滴的蒸发，保持水蒸汽压为不足饱和水蒸汽压，进行耐火物体的干冷却。
图14示出了破坏水滴水量密度及被冷却面温度，和伴随破坏水滴蒸发的水蒸汽压保持不足饱和蒸汽压可能被冷却面每单位面积的空气量(下文称每单位面积的搅拌空气量)的关系。
在第三发明的改进中，将相当于破坏水滴水量密度的水份的蒸气压取作不足饱和水蒸汽压，但投入可能量的每单位面积的搅拌空气量。
加入的搅拌空气量，只少量超过可使破坏水滴在常温下饱和的量，从减少送风机使用的电力考虑较佳。
按照改进的第三发明，加入的搅拌空气增加了喷雾水水滴对被冷却面的冲击速度，可以完成耐火材料的干冷却和急速冷却，是耐火材料极好的冷却方法。[第四发明]第四发明，如图2(a)、图2(b)和图2(c)所示的那样，由设置在喷嘴尖端3a的外周部的空气喷出孔3b，使加速用空气35与水喷雾喷嘴3的喷雾水喷出的方向实质相同的方向，即沿喷雾水的方向fA喷出。如图2(c)，加速用空气35以鞘状包围喷嘴喷雾水。[第五发明]第五发明是关于喷雾冷却用的喷嘴，其具体实例示于图2，其使用例示于图1和3。这种构造的喷嘴可以使得与喷雾体独立地将空气、氮气、惰性气体等以所要求的流速和流量喷射出来，增加了喷雾冷却操作条件的自由度。[第六发明]第六发明及其优选方案是上述图1和图2所示的耐火材料结构物件的冷却装置，根据第六发明的装置，耐火材料可以均等冷却，而且根据六发明优选的装置，耐火材料可以均等冷却、干冷却和短时间冷却。图1示出了本发明适用的鱼雷形铁水罐车耐火材料的冷却装置一例的侧视图。
图2详细示出了本发明系列的水喷雾喷嘴，水喷雾喷嘴的平面图(a)、沿A-A的剖视图(正视图)(b)和沿B-B的剖视图(侧视图)(c)。
图3在鱼雷形铁水罐车的耐火材料的冷却装置中，鱼雷形铁水罐车的主要部分的分割图(平面图)。
图4表示角度θ[鱼雷形铁水罐车的中心轴(旋转轴)和喷雾水喷出方向的中心线所成的角]和相当角θ处的耐火材料表面的传热系数的关系的曲线。
图5表示喷雾水的喷雾时间ti和喷嘴头旋转180°所要的时间T与表现出的传热系数关系的图形。
图6表示喷雾水的水滴的最大粒径及被冷却面的温度和被冷却面的润湿状态的关系曲线。
图7表示根据本发明优选的冷却方法的一例的模式图，(a)表示烟雾冷却，(b)表示雾冷却，(c)表示吹风冷却的喷雾水的喷雾状况，空气喷出状况，(d)表示耐火材料的冷却曲线。
图8表示喷雾水量和喷雾用压缩空气对喷嘴的供给压力和喷雾水的液滴直径的关系曲线。
图9表示本发明的冷却图的一例。
图10表示本发明的优选适用的耐火材料结构物件的冷却装置配管系统一例的模式图。
图11表示平均粒径30μm的水滴，在固体面上以冲击速度为2.5m/秒冲击时水滴的破坏比例的曲线。
图12表示液滴直径与破坏冲击速度关系的曲线。
图13表示水滴向被冷却面的冲击速度和被冷却面的传热系数的关系曲线。
图14表示破坏水滴水量密度和被冷却面的温度，与随破坏水滴蒸发保持不饱和水蒸气压可能的被冷却面每单位面积的搅拌空气量的关系曲线。下面根据实施例具体地描述本发明。
在本实施例中，喷雾水的水滴的粒径，用液浸法进行测定，粒径分布用Fraunhofer法求出。(实施例)本发明适用于钢铁厂鱼雷形铁水罐车耐火材料的修理时所使用的冷却装置。使用的是上述图1所示的冷却装置。
图1中的水喷雾喷嘴3是使用上述图2所示的喷嘴，冷却设备的配管系统采用上述图10的配管系统。
鱼雷形铁水罐车冷却前的耐火材料表面温度为800℃-1000℃。
冷却方式采用图9所示的冷却方式。
用喷嘴喷雾水冷却时，与上述相同，喷嘴头旋转轴方向位置检测装置20和喷嘴头旋转角速度控制装置21，对于各冷却面随时改变、控制喷嘴头4的旋转角速度，使得被冷却面耐火材料体的各处，包含喷嘴头旋转的实效传热系数αA(θ＝θi)的稳定。
在雾冷却时，用水滴的平均直径为30μm的喷雾水，喷雾水的最大粒径45μm的水滴在被冷却面上的冲击速度(面向冷却面的垂直向量)满足＞2.2m/秒，并且，与破坏水滴的水量密度相当的水分量对应的水蒸气压成为不饱和蒸汽压的被冷却面每单位面积的搅拌空气量由送风机向鱼雷形铁水罐车内送风。
水滴的平均粒径为85μm的喷雾水，相当于水滴的最大粒径的100μm的喷雾水。(比较例)在上述的实施例中，不进行雾冷却，除进行到50℃的烟雾冷却外，其它进行与实施例相同的鱼雷铁水罐车形的耐火材料的冷却。
实施例、比较例得到的结果示于表1。
而且，将基于所得结果的鱼雷形铁水罐车的所需台数也一并示于表1。
表1
根据本发明，对于高温状态的耐火材料，可在不润湿耐火材料的情况下，在短时间而且可均等地冷却耐火材料的被冷却面，提高了耐火材料结构物件的开工率和延长了耐火材料的寿命。
权利要求
1.一种高温物体的冷却方法，其特征在于冷却高温物体时，通过从喷嘴喷出的喷雾水进行直接冷却，在冷却时，以喷嘴头的轴线为中心旋转相对于被冷却面开孔的喷嘴，将水喷雾。
2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于相应于被冷却面的位置随时控制该喷嘴头的旋转角速度。
3.一种高温物体的冷却方法，其特征在于冷却高温物体时，通过从喷嘴喷出的喷雾水进行直接冷却，在冷却时，相应于被冷却面温度的随时温度变化控制从喷嘴喷出的喷雾水的液滴粒径。
4.如权利要求3所述的冷却方法，其特征在于相应于被冷却面温度的随时温度变化控制从喷嘴喷出的喷雾水的液滴粒径时，在被冷却面温度超过200℃的情况下，使用水滴的最大粒径超过100μm或者水滴的平均粒径超过85μm的喷雾水进行直接冷却，在被冷却面温度在200℃以下、超过50℃的情况下，使用水滴的最大粒径在100μm以下或水滴的平均粒径85μm以下的喷雾水进行直接冷却，在被冷却面温度在50℃以下的情况下，进行空气冷却。
5.一种高温物体的冷却方法，其特征在于冷却高温物体时，通过从喷嘴喷出的喷雾水进行直接冷却，在冷却时，使喷雾水的最大粒径水滴在被冷却面的冲击速度超过该最大粒径水滴的破坏冲击速度。
6.如权利要求5所述的冷却方法，其特征在于在冷却时，从喷嘴喷雾水的喷出孔的外周部与喷雾水喷出方向基本上同方向喷出气体，气体的流量与破坏水滴的水量密度和被冷却面温度两者相对应，其中，破坏水滴的水量密度由从喷嘴喷雾的水滴粒子的粒径分布及水滴粒子在被冷却面的冲击速度两者导出。
7.一种冷却方法，其特征在于冷却高温物体时，通过从喷嘴喷出的喷雾水进行直接冷却，在冷却时，从喷雾水的喷出孔的外周部与喷雾水的喷出方向基本上同方向喷出空气。
8.一种喷雾冷却方法，是通过喷雾体冷却的方法，其特征在于用高速气体流体以鞘状将该喷雾体包围。
9.如权利要求8所述的冷却方法，其特征在于用高速空气流体以鞘状将空气喷雾体包围。
10.一种冷却用的喷雾喷嘴(3)，其特征在于在喷雾式喷嘴尖端的外周，具有朝与用于喷雾的气体的喷出方向基本上同方向开孔的气体喷出孔。
11.如权利要求10所述的喷雾喷嘴，其特征在于该气体喷出孔与和用于喷雾的气体相独立的配管相通。
12.一种高温物体的冷却装置，其特征在于它由具有相对高温物体的被冷却面开孔的水喷雾喷嘴(3)的管状喷嘴头(4)和使该喷嘴头(4)以喷嘴头(4)以喷嘴头的轴线为中心旋转的喷嘴头旋转装置(10)形成。
13.如权利要求12所述的冷却装置，其特征在于还具有随时检测喷嘴头的旋转方向的角度位置的检测装置(20)，基于该检测装置(20)的检测值随时控制喷嘴头(4)的旋转角速度的控制装置(21)。
14.如权利要求12所述的冷却装置，其特征在于为喷嘴冷却装置，前述水喷雾喷嘴(3)在空气喷雾式喷嘴尖端(3a)的外周还具有朝和喷雾水喷出方向基本上同方向开孔的空气喷出孔(3b)。
全文摘要
本发明提供了对高温状态的物体,在不润湿的情况下,在短时间内可将被冷却面均等冷却的方法和冷却装置。喷嘴喷雾水直接冷却时,使用有相对被冷却面开孔的喷嘴的管状的喷嘴头,该喷嘴头以喷嘴头的轴为中心旋转,将水喷雾,而且优选该喷嘴头的旋转角速度根据被冷却面的位置随时控制。根据被冷却面温度的随时变化控制喷雾水液滴直径。使喷雾水最大粒径的水滴在冷却面上的冲击速度超过该水滴的破坏冲击速度。在这种冷却方法中,高速的气体流体以鞘状包围喷雾体。设置使用上述方法的冷却用喷雾喷嘴和使用上述冷却方法的冷却装置。在该喷雾式喷嘴端部的外周,设有使气体以鞘状包围喷嘴的气体流体喷出孔。
文档编号C21D9/573GK1264817SQ9910349
公开日2000年8月30日 申请日期1999年2月26日 优先权日1999年2月26日
发明者原一晃, 中川二彦 申请人:川崎制铁株式会社