[发明专利]一种实现带钢均匀冷却的方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷轧带钢连续退火的水冷技术，特别属于水冷过程中浸没在水中的钢板，通过冷却水和含有添加剂的混合射流，以消除水射流边界的涡流，提高水射流的速度及稳定性，从而使带钢表面的蒸汽膜快速均匀的被混合射流破坏。

背景技术

连续退火发展的核心是冷却技术的发展。按照均热后的冷却方法不同，目前已开发的冷却方法有：气体喷射冷却(GJC)、高速气体喷射冷却(HGJC)、水冷却(WQ)、辊式冷却(RC)、气-水冷却(AcC)、热水冷却(HOWAC)、高速氢气喷射冷却(H₂-HGJC)、水冷+辊冷(WQ+RC)、辊冷+气体喷射冷却(RC+GJC)复合冷却等等。其中水冷是目前为止应用于连退速度最快的一种湿式冷却方式。水冷技术的特点是冷却速度快，不需要另外添加合金元素即可生产高强钢。要得到淬火马氏体提高带钢的强度，需要很高的冷却速率(＞200℃/s)，其它冷却方法很难实现。

水冷过程中，温度高达700~850℃的带钢浸入水冷槽，冷却可以分为三个阶段：带钢温度从冷却开始至300℃之间的称为膜沸腾阶段，在300℃-100℃之间称为核沸腾阶段，低于100℃为对流冷却阶段。在膜沸腾阶段，水与带钢表面之间形成蒸汽膜，蒸汽膜的作用相当于热阻，阻碍了液体与金属表面的换热，导致冷却能力降低，不仅如此，汽膜的不均匀会造成带钢表面冷却不均匀，不能保证良好的平直度以及统一的硬度。同时，蒸汽膜附着在带钢表面是形成氧化膜的原因之一，由于氧化膜严重影响表面质量，在生产线上必须增设酸洗工序设备，增加基建投资成本和生产运行成本。因此消除蒸汽膜，不仅可以提高冷却速度，改善板形，还可以抑制氧化膜的生成，提高表面质量。

通常，典型的方法是在水中布置喷嘴，通过浸没在水中的喷嘴喷出的一定压力的水射流。该射流的作用是在冷却带钢过程中向带钢表面喷水，在冷却的膜沸腾阶段破坏蒸汽膜。射流要达到破坏膜沸腾的最小速度，必须确保以一定压力喷向带钢，射流在向外扩散的过程中会形成射流边界的波动容易导致射流速度的不稳定，此时，喷射水柱无法均匀冲击到带钢宽度方向上(即无法均匀地打破蒸汽膜)而影响了冷却的均匀性。为了使射流边界波动尽可能的小，延长射流的核心区长度则需要更大的射流压力。因此，水流速度的控制是实现带钢均匀冷却，确保板形的关键。到达带钢表面的射流速度和喷嘴与带钢表面的距离成反比，大小通常在0-10m/s之间。如图1所示，水冷装置示意图温度为700~850℃的带钢1通过沉没辊2被浸入以水为冷却介质的循环冷却水槽3中实现快速冷却，水槽中的温度T的监测控制水循环系统的排水与进水。在带钢宽度方向布置一系列喷嘴4喷射水射流用以破坏在膜沸腾阶段产生的蒸汽膜，以温度T控制喷嘴水介质的循环。喷嘴射流和冷却水槽的水均由水槽5提供。冷却水槽还有另外的进水管10和排水管11。图中调节阀6、7、12、13，泵8、导向辊9。在喷嘴射流无添加剂的情况下，水柱处于紊流状态在边界产生许多旋转的涡流并分解成更多小旋涡，产生射流能量的粘滞损耗，使有效射程减短，降低了射流速度与稳定性。

已经公布的几种专利中通过喷嘴的合理布置及其结构的设计，使射流水柱尽可能均匀冲击到带钢的每个部位来消除蒸汽膜。例如专利WO83/00881是一种通过喷嘴的结构变化及布局所形成的射流破坏带钢表面汽膜的方法；US4052235通过高压喷嘴射流破坏蒸汽膜，并能有效抑制氧化膜的生成；JP2003286517是一种通过振动以及喷嘴射流相结合加强冷却液流动破坏蒸汽膜的方法。这些方法的共同问题是：不能解决射流水柱喷射后本身的波动以至在带钢宽度方向上形成温度差而造成表面冷却不均匀。

人们采取了另外一些方案设法消除蒸汽膜。现有的涉及到水冷技术中抑制或消除蒸汽膜的专利所描述的方法有：

专利JP5069029是一种通过冷却液中的喷嘴两侧增加电场的方式加快蒸汽膜破碎，加强金属部件传热的方法。该方式提供的电场为100-2000V。

专利JP4013808是一种在水中加入8-600KHz的超声波振动破坏蒸汽膜的热处理方法。该方法加强了冷却速度，使带钢的硬度得以提高。

专利US20070175549是一种对蒸汽膜施加反复的变化压力的方法消除蒸汽膜，实现的方法包括对冷却液的振动、改变液面压力、摇动部件等方法，并在蒸汽膜被破坏后对冷却液进行搅动。

以上专利中所实现的各种蒸汽膜抑制或消除的技术装置复杂、实施困难，存在局限性，缺乏通用性。

发明内容