[发明专利]一种大型筒节热轧喷淋冷却方法

说明书

技术领域

本发明属于冷却技术领域，涉及一种用于大型筒节热轧成形后的喷淋冷却方法。

背景技术

大型筒节连续轧制作为一种新兴的工艺，具有精度高、加工余量少、材料利用率高、产品内部质量好等优点。热轧后冷却方式的选取以及冷却工艺的控制，是保证大型筒节产品使用性能的关键工艺步骤。采用传统的热处理工艺，对筒节进行淬火冷却时，由于筒节尺寸大，筒节轴向上的不同部位不能同时冷却，冷却有一定的时间差，易造成温度分布不均匀，从而产生较大的残余应力，致使筒节轴向和径向上有较大的变形；由于筒节自重大，在淬火时在径向上易产生较大变形而变成椭圆形状，降低了筒节的尺寸精度，对筒节性能产生不利的影响。又因为淬火冷却时，筒节表面易产生蒸汽膜，影响筒节的传热。除此之外，传统热处理工艺成本高，难以实现批量化生产，不能满足国内市场对核电、加氢和煤液化筒节的大量需求。为了提高大型筒节轧后冷却的效率，降低轧后冷却的成本，提高筒节的力学性能，有必要研究采用新的冷却工艺代替传统的热处理工艺。

喷淋冷却是一种有效的传热方法，具有高的冷却能力，是将水加压以成近似于坡断状或者雾状，形成液滴束冲击被冷却的物体。现有的喷淋冷却方法采用同步喷淋冷却装置冷却，冷却后筒节内外表面温度相差较大，冷却不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够解决传统筒节热处理出现的冷却不均匀问题的大型筒节热轧喷淋冷却方法。

本发明的技术方案如下：

制作一个由上喷水集板和垂直分布在上喷水集板上的冷却水管构成的上喷淋装置和一个由下喷水集板和垂直分布在下喷水集板上的冷却水管构成的下喷淋装置，大型筒节轧制结束后，上、下轧辊以较小的压下量夹紧筒节，使筒节在摩擦力的带动下转动，同时下喷淋装置伸入到筒节内部、上喷淋装置在筒节外部与下喷淋装置相对，调节上、下喷淋装置上冷却水管长度使每个喷淋装置上所有冷却水管的近筒节壁端的连线构成与筒节同心的半圆状，同时调整上、下喷淋装置的上、下喷水集板上冷却水管的数量比和冷却水的流量比，实现大型筒节内、外表面的轧后同冷速冷却。

本发明的方法中如何准确设定计算上、下喷水集板冷却水的流量比，是保证筒节内、外表面换热系数相同或者相近，实现筒节内、外表面同冷速冷却的关键。

由喷淋冷却机理的分析可知，水流的冲击速度和喷嘴正下方的冲击区域面积决定了对流换热系数的大小。设喷淋冷却装置覆盖的角度为θ，筒节壁厚为B，等效半径为R，外表面冷却弧长为L₁，内表面为L₂，内外表面冷却水管的数量分别为n₂、n₁，见附图4

设喷淋冷却水管为圆形喷嘴，其热流密度具有如下形式

hflm=Cvl0.5dc1.608ΔTsat0.14---(1)]]>

式中C——系数，由液体的过冷度ΔT_sub确定，ΔT_sub=T_sat-T_c，T_sat为冷却液的饱和温度点，T_c为冷却液温度，K

v_l——冷却液柱冲击速度，m/s

d_c——液柱冲击直径，mm

ΔT_sat——ΔT_sat＝T_s—T_sat，T_s为钢板表面温度，K

hf_lm1、hf_lm2——热流密度，W/m²

令hf_lm1＝hf_lm2，则有