一种冷却喷嘴及其轧件冷却方法与流程

本发明有关于一种冷却喷嘴及其轧件冷却方法，尤其是一种应用于棒材或线材轧件冷却的冷却喷嘴及其轧件冷却方法。

背景技术：

1、利用冷却水对棒材或线材轧件进行快速冷却淬火，可以使轧件获得良好的材料力学性能。但目前高温的棒材或线材轧件在冷却水中穿过时，冷却水会在高温炙热的轧件表面生成膨胀的蒸汽膜，这层蒸汽膜的存在极大的影响了冷却水的冷却效果。蒸汽膜的产生主要有两个原因：一是当30℃的冷却水遇到900℃的高温轧件时，水分子吸收大量热量从而快速转变为气态，使轧件表面迅速生成水蒸汽膜；二是高速运行的轧件与冷却水流间存在的速度差，会使轧件表面产生由超空泡效应导致的气体膜。

2、现有的冷却喷嘴，具有喷嘴锥面和环缝，喷嘴锥面和环缝形成与轧件具有一定角度的喷射通道。冷却水通过喷射通道，以一定夹角高速喷射和冲击轧件表面，从而实现轧件的冷却。通过增加冷却水的压力和流量，减少冷却喷嘴的喷射角度，一定程度上可以起到对蒸汽膜的破坏作用，但是实际操作中，这种方法依然不能完全打破蒸汽膜，反而会由于过大的水流动能冲击力，使轧件在喷嘴内来回窜动，导致轧件冷却不均匀，内部组织不良，甚至可能造成堆钢事故。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种利用超空泡现象和高能气泡空化效应来破坏蒸汽膜，保证轧件和冷却介质充分换热的冷却喷嘴。

2、本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

3、本发明提供一种冷却喷嘴，其通过流动的冷却介质将穿过其内部的运动的轧件冷却，所述冷却喷嘴具有沿冷却介质流动方向依次连通设置的加压通道、喷射通道、湍流通道、冷却通道和扩张通道，其中：

4、所述喷射通道沿轧件运动方向向所述轧件收敛；

5、所述加压通道的横截面面积和所述湍流通道的横截面面积分别大于所述喷射通道的横截面面积；

6、所述湍流通道的横截面面积和所述扩张通道的横截面面积分别大于所述冷却通道的横截面面积；

7、至少一个第一注入口与所述喷射通道相连通；

8、至少一个第二注入口与所述冷却通道相连通。

9、如上所述的冷却喷嘴，其中，所述冷却喷嘴具有沿冷却介质流动方向依次连通设置的所述加压通道、所述喷射通道、出水通道、收缩通道、所述冷却通道和所述扩张通道，所述出水通道和所述收缩通道形成所述湍流通道。

10、如上所述的冷却喷嘴，其中，所述喷射通道与所述轧件间形成预定喷射角度，所述预定喷射角度在10°至20°之间。

11、如上所述的冷却喷嘴，其中，锥形结构设置的所述收缩通道的母线与所述轧件间形成预定收缩角度，所述预定收缩角度在10°至20°之间。

12、如上所述的冷却喷嘴，其中，锥形结构设置的所述扩张通道的母线与所述轧件间形成预定扩张角度，所述预定扩张角度在10°至20°之间。

13、如上所述的冷却喷嘴，其中，所述预定扩张角度的大小与所述预定收缩角度的大小相同。

14、如上所述的冷却喷嘴，其中，所述冷却喷嘴包括：

15、喷嘴芯；

16、喷嘴管，所述喷嘴芯与所述喷嘴管沿轧件运动方向依次设置，所述喷嘴管靠近所述喷嘴芯的一端围绕所述喷嘴芯设置，所述喷嘴管在靠近所述喷嘴芯的一端和所述喷嘴芯之间形成所述喷射通道，所述喷嘴管在远离所述喷嘴芯的一端沿冷却介质流动方向依次形成所述湍流通道、所述冷却通道和所述扩张通道；

17、喷嘴座，其固定套设在所述喷嘴芯和所述喷嘴管上，所述喷嘴座与所述喷嘴芯之间形成所述加压通道，所述喷嘴座的侧壁上具有加压口和至少一个所述第一注入口，所述加压口与所述加压通道连通。

18、如上所述的冷却喷嘴，其中，所述冷却喷嘴包括：

19、喷嘴芯；

20、喷嘴头，所述喷嘴芯与所述喷嘴头沿轧件运动方向依次设置，所述喷嘴头靠近所述喷嘴芯的一端围绕所述喷嘴芯设置，所述喷嘴头在靠近所述喷嘴芯的一端和所述喷嘴芯之间形成所述喷射通道，所述喷嘴头在远离所述喷嘴芯的一端形成所述出水通道；

21、喷嘴座，其固定套设在所述喷嘴芯和所述喷嘴头上，所述喷嘴座与所述喷嘴芯之间形成所述加压通道，所述喷嘴座的侧壁上具有加压口和至少一个所述第一注入口，所述加压口与所述加压通道相连通；

22、冷却管，所述喷嘴头与所述冷却管沿轧件运动方向依次连接设置，所述冷却管沿轧件运动方向贯通形成所述收缩通道、所述冷却通道和所述扩张通道，所述冷却管的侧壁上具有至少一个所述第二注入口。

23、如上所述的冷却喷嘴，其中，所述冷却管具有沿轧件运动方向首尾相接设置的多个冷却分管，多个所述冷却分管均具有所述收缩通道、所述冷却通道和所述扩张通道。

24、如上所述的冷却喷嘴，其中，包括套设在所述冷却管上的喷嘴套，所述喷嘴套与所述喷嘴座固定连接，所述喷嘴套的侧壁上具有与所述第二注入口连通的注入孔。

25、如上所述的冷却喷嘴，其中，包括盖设在所述冷却管的后端的喷嘴盖，所述喷嘴盖固定连接在所述喷嘴套上，所述喷嘴盖能使所述冷却管固定在所述喷嘴套内。

26、本发明的另一个目的是提供一种利用超空泡现象和高能气泡空化效应来破坏蒸汽膜，保证轧件和冷却介质充分换热的轧件冷却方法。

27、本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

28、本发明提供一种轧件冷却方法，能通过冷却介质使轧件在冷却喷嘴中冷却，其中，所述冷却喷嘴具有沿冷却介质流动方向依次连通设置的加压通道、喷射通道、湍流通道、冷却通道和扩张通道，所述冷却喷嘴具有与所述喷射通道连通的第一注入口和与所述冷却通道连通的第二注入口，所述轧件冷却方法，包括：

29、所述冷却介质由所述加压通道进入所述冷却喷嘴，所述冷却介质依次经过所述加压通道、所述喷射通道、所述湍流通道、所述冷却通道和所述扩张通道；

30、通过所述第一注入口和所述第二注入口分别向所述喷射通道和所述冷却通道注入辅助介质，所述冷却介质带动所述辅助介质并与所述辅助介质混合；

31、所述轧件以预定冷却速度穿过所述冷却喷嘴，所述轧件在所述湍流通道、所述冷却通道和所述扩张通道内接触并穿过所述冷却介质。

32、如上所述的轧件冷却方法，其中，所述第一注入口在所述喷射通道的入口处释放所述辅助介质，所述冷却介质带动所述辅助介质并与所述辅助介质在所述喷射通道内混合。

33、如上所述的轧件冷却方法，其中，所述第二注入口在所述冷却通道的中段释放所述辅助介质，所述冷却介质带动所述辅助介质并与所述辅助介质在所述冷却通道内混合。

34、如上所述的轧件冷却方法，其中，所述预定冷却速度是所述轧件与所述冷却介质间的相对速度，所述预定冷却速度大于51米/秒。

35、本发明的特点及优点是：

36、本发明的冷却喷嘴及其轧件冷却方法可以实现高压射流、超空泡射流、高能空化射流等多次多方位的射流冲击，以击破高温轧件与冷却介质接触形成的蒸汽膜，同时利用流体的湍流状态，增加冷却介质和轧件的接触面积，增强轧件的冷却效果，保证轧件和冷却介质的充分换热，有效提高棒材轧件的综合力学性能。