冶炼钢铁生产过程中的冷却技术分析

   与加热技术一样，从温度严格控制的必要性来看，热轧工序和连续退火工序的冷却技术的发展值得一提。在热轧工序中，为提高钢材的强度、韧性和焊接性等，因此一直在改进水冷却技术。在连续退火工序中，为控制冷轧钢板的冷却速度，已应用了各种冷却技术，如采用气体射流的对流冷却、采用辐射管的放射冷却、采用旋转轧辊的接触冷却和水冷却等。 冶炼钢铁生产水冷却技术在热轧工序中，采用水冷控制组织，提高钢材的强度、韧性和焊接性的材质控制工艺TMCP(热机械控制工艺)在上世纪80年代由日本率先采用，从此以后，它成为热轧工艺中不可或缺的技术，其应用范围越来越广。TMCP采用的水冷却方式主要是移动式冷却方式，即一面使钢板移动，一面进行冷却的方式。在输出辊道的上下面设置了各种水喷嘴，从上下两面对钢板进行快速冷却。采用TMCP时，为确保材质均匀和形状平直，要求钢板必须均匀冷却，因此可以将下列冷却方式组合使用。 
(1)冶炼层流冷却 
 层流冷却的方法是降低喷嘴出口流速，使水以层流的形状从喷嘴喷出，冲撞到钢板上。层流冷却用喷嘴有圆管状层流喷嘴和狭缝式层流喷嘴。采用层流冷却时，由于水是从距离钢板较远的位置落下，因此能有效消除水的动量产生的汽膜，并在水驻点获得高的冷却能力。 
(2)冶炼喷射冷却 
 喷射冷却的方法是将水加压后喷出，由此利用其与周围空气隔绝的作用，使水的粒度变成100～500μm后冲撞到钢板上。通过控制水量密度，可以获得较广的冷却范围。 
(3)冶炼钢铁生产喷雾冷却 
 喷雾冷却的方法是从水喷流的外围吹加压空气，使水成粒状后与空气一起冲撞到钢板上。通过控制空气量，可以在大的范围内调整冷却能力。我们将这种用空气使水变成粒状后不会产生大的动量来控制冷却能力的方法称作喷雾冷却。 
(4)冶炼钢铁生产浸渍冷却 
 浸渍冷却是将钢板直接浸渍在水槽中进行冷却的方法。该冷却装置构成简单，但难以控制冷却的均匀性。通过各种实验，以喷嘴间距、喷嘴直径和水量密度等为参数，对水冷却法的特性进行了定量化。对许多实验数据采用回归式进行表示，据此计算出各种冷却方式的冷却温度范围和热流束的大小。一般说来，采用水冷却时，在100～300℃范围内会出现核沸腾区域，随着温度的升高，热流束会增大，在200～300℃范围内出现Z大热流束，在300～500℃范围内出现由核沸腾变为膜沸腾的转变沸腾区域，随着温度的升高，热流束会下降。当温度超过500℃时，会出现表面形成水蒸汽膜的膜沸腾区域，由于水蒸汽热阻抗的作用，热流束会下降。由于冷却条件的不同，各区域的温度范围也不同。在转变沸腾区域，沸腾的现象是不稳定的，热流束会发生大的变化。要在该区域内使钢板均匀冷却是很困难的，因此几乎不在该区域对钢板进行冷却。但是，在热轧材的冷却工序中，采用SuperOLAC(超级在线快速冷却)进行冷却，不会出现转变沸腾区域，能将整个区域保持在核沸腾状态下，使钢板均匀、快速冷却。 

2、钢铁生产气体射流冷却技术

 为消除冷轧后钢板的加工硬化，目前一般是采用连续退火炉对钢板进行退火。实现了在退火炉内一面使钢板连续移动，一面进行冶金学上所要求的加热和冷却循环。冷却主要采用气体射流冷却技术，使气体从喷嘴喷出，冲撞到钢板上进行冷却。气体射流方式有配置数个圆孔喷嘴的多孔式气体射流方式和配置狭缝状喷嘴的狭缝式气体射流方式。采用狭缝式气体射流方式时，喷嘴呈喙状布置，气体容易向钢板宽度方向穿过，使钢板宽度方向的冷却均匀。为防止带材变形，因此可以在带材温度高的区域使用这种气体射流冷却方式。多孔式气体射流的每单位冷却能力高，一般用于预热带或Z终冷却带等板带和冷却气体温差小的区域。 
3、轧辊冷却技术

 为提高钢板的冷却速度和节能的要求，轧辊冷却技术已应用于实际。轧辊冷却的方法是使钢板直接与水从内部贯穿流过的旋转轧辊接触，通过接触传热进行冷却。轧辊冷却法的优点是运转动力比需要使大量气体循环的气体射流方式的小。根据轧辊、冷轧钢板的表面光洁度和介质气体的传热系数，可以近似地计算出轧辊冷却的接触传热系数。轧辊冷却的课题是解决轧辊宽度方向的均匀接触问题。为解决这一问题，在轧辊表面开了吸气用的小孔，利用吸入压力使轧辊和钢板接触，采用这种抽吸方式使气体射到钢板表面，利用气体的喷射动压，可使轧辊和钢板均匀接触。采用轧辊冷却的传热系数是气体射流冷却的5～10倍。近年来，通过对轧辊的水路结构进行改进，提高了轧辊壳体部分的传热效率，降低了制造成本。