CN103264055B - 一种棒线材轧件用冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒线材轧件用冷却装置，包括喷嘴芯组，喷嘴芯组包括连通的进水喷嘴芯和导流喷嘴芯；进水喷嘴芯上开设有多个斜向进水孔，斜向进水孔的轴线沿介质流动方向逐渐靠近进水喷嘴芯的轴线；还包括设置于一个或多个喷嘴芯组上且位于斜向进水孔的出水侧的辅助进水孔，辅助进水孔的喷射方向与斜向进水孔的喷射方向相交。本发明提供的冷却装置，斜向进水孔中喷射的介质与下游辅助进水孔中喷射的介质发生碰撞，在喷嘴芯组和轧件之间的空间产生自激低频振荡，振荡传递到整个冷却装置中，使冷却介质发生脉动换热，提高了热交换能力，进而提高了冷却装置的冷却效果，无需增加冷却装置长度或冷却介质压力，降低了成本，保证了均热距离。

Description

一种棒线材轧件用冷却装置

技术领域

本发明涉及棒线材轧件生产领域，特别涉及一种棒线材轧件用冷却装置。

背景技术

棒线材生产中，为了得到特定物理性能或金相组织的棒线材，需要在棒线材轧制过程的中间环节或是在轧制后对轧件进行冷却降温，因此会用到专门的冷却器，冷却介质常用水。

轧件在冷却器中降温后，轧件断面温度不均匀，轧件的表面温度低，芯部温度高，需要经过一段时间的断面温度均匀化处理后，轧件才能进行后续道次的轧制，轧件断面温度均匀化处理是指轧件从冷却器中出来，并在进入后续轧制机之前的一段传输距离上进行轧件的自然均热，这段传输距离称为均热距离。冷却器的冷却能力受到冷却器的热交换能力、冷却器长度、以及冷却水的压力和温度等因素的影响，现有的冷却器的热交换能力有限，只能通过增加冷却器长度和冷却水压力来提高冷却效果，增加了棒线材生产线的运行成本，同时，由于棒线材生产线长度是一定的，增加冷却器长度势必相应减小均热距离，不利于轧件断面均热化处理。

综上所述，如何解决为提高冷却器的冷却能力，只能通过增加冷却器长度或冷却介质压力而引起的棒线材生产线的运行成本增加，以及均热距离不足的问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种棒线材轧件用冷却装置，以通过提高冷却装置的热交换能力来提高冷却装置的冷却能力，从而降低棒线材生产线的运行成本，保证足够的均热距离。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种棒线材轧件用冷却装置，包括喷嘴芯组，所述喷嘴芯组包括连通的进水喷嘴芯和导流喷嘴芯；所述进水喷嘴芯上开设有多个斜向进水孔，所述斜向进水孔的轴线沿介质流动方向逐渐靠近所述进水喷嘴芯的轴线；

还包括设置于一个或多个所述喷嘴芯组上且位于所述斜向进水孔的出水侧的辅助进水孔，所述辅助进水孔的喷射方向与所述斜向进水孔的喷射方向相交。

优选的，上述冷却装置中，所述喷嘴芯组的个数为两个。

优选的，上述冷却装置中，所述辅助进水孔只设置在靠近所述冷却装置的喇叭口的一个所述喷嘴芯组上。

优选的，上述冷却装置中，所述辅助进水孔的喷射方向与所述进水喷嘴芯的轴线垂直。

优选的，上述冷却装置中，所述辅助进水孔为位于所述喷嘴芯组的圆周方向上的环形进水孔。

优选的，上述冷却装置中，所述辅助进水孔为所述进水喷嘴芯与所述导流喷嘴芯之间的环形间隙。

优选的，上述冷却装置中，所述环形间隙的宽度为1mm～5mm。

优选的，上述冷却装置中，所述斜向进水孔均匀分布在所述进水喷嘴芯的一个圆周上。

优选的，上述冷却装置中，所述斜向进水孔的个数为6个～9个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的棒线材轧件用冷却装置，轧件在冷却装置中通过，冷却介质分别由进水喷嘴芯上的斜向进水孔和位于斜向喷嘴芯的出水侧的辅助进水孔喷射入喷嘴芯组中，由于辅助进水孔的喷射方向与斜向进水孔的喷射方向相交，则斜向进水孔中喷射的冷却介质与辅助进水孔中喷射的冷却介质发生冲击碰撞，在喷嘴芯组和轧件所形成的介质流通空间内产生冷却介质的自激低频振荡，并将振荡传递到整个冷却装置中，在现有的冷却方式的基础上增加了冷却介质的脉动换热，大大提高了冷却装置的热交换能力，进而提高了冷却装置的冷却能力，无需通过增加冷却装置的长度或增大冷却介质的压力来增强冷却装置的冷却效果，因此降低了棒线材生产线的运行成本，同时有利于均热距离的延长，增强了轧件断面的均热化效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的方案，下面将对实施例或现有技术中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种棒线材轧件用冷却装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种棒线材轧件用冷却装置的喷嘴芯组的结构示意图。

上述图1和图2中，喇叭口1、喷嘴芯组2、进水喷嘴芯21、斜向进水孔211、导流喷嘴芯22、辅助进水孔23、喷嘴壳3、湍流管总成4、排阻水总成5。

具体实施方式

本发明提供了一种棒线材轧件用冷却装置，提高了冷却装置的热交换能力，从而不需要通过增加冷却装置的长度和冷却水压力来提高冷却装置的冷却能力，降低了棒线材生产线的运行成本，保证了足够的均热距离。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种棒线材轧件用冷却装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种棒线材轧件用冷却装置的喷嘴芯组的结构示意图。

本发明实施例提供了一种棒线材轧件用冷却装置，以下简称冷却装置，主要包括喇叭口1、喷嘴壳3、喷嘴芯组2、湍流管总成4和组排水总成5；其中，喇叭口1为轧件的进口通道；喷嘴壳3的作用是固定喷嘴芯组2，同时喷嘴壳3与喷嘴芯组2之间形成供水腔体；喷嘴芯组2包括进水喷嘴芯21和导流喷嘴芯22，进水喷嘴芯21和导流喷嘴芯22配对连接并连通；进水喷嘴芯21上开设有多个斜向进水孔211，斜向进水孔211的轴线沿冷却介质在冷却装置中的流动方向逐渐向进水喷嘴芯21的轴线靠近，即斜向进水孔211的喷射方向与进水喷嘴芯21的轴线形成夹角，且斜向进水孔211的喷射方向总体上与轧件的传输方向一致；喷嘴芯组2上设置有辅助进水孔23，辅助进水孔23位于斜向进水孔211的出水侧，且辅助进水孔23的喷射方向与斜向进水孔211的喷射方向相交，目的是为了使斜向进水孔211中喷出的冷却介质与下游辅助进水孔23中喷出的冷却介质发生碰撞，产生低频振荡。

上述冷却装置的工作原理是：轧件经过喇叭口1进入冷却装置中，并以一定的速度传输，在轧件传输的过程中，冷却介质从喷嘴壳3中通过进水喷嘴芯21上的斜向进水孔211喷射到喷嘴芯组2中，并流向湍流管总成4中，介质的流向与轧件的移动方向总体上相同，与此同时，冷却介质通过辅助进水孔23喷射入喷嘴芯组2中，由于辅助进水孔23的喷射方向与斜向进水孔211的喷射方向相交，所以，从斜向进水孔211喷射出的冷却介质与下游从辅助进水孔23中喷射出的冷却介质发生碰撞，在喷嘴芯组2与轧件之间形成的空间内产生冷却介质的自激低频振荡，自激低频振荡传递到整个冷却装置中的冷却介质中，而喷嘴芯组2与轧件之间的空间成为了自激低频振荡源。自激低频振荡使冷却介质产生脉动，而脉动强化了冷却介质与轧件之间的传热效果，流体脉动强化传热效果的原理主要包括：a、脉动改变了冷却装置中的流场，从而改变了冷却装置中的流体的温度场，使流体与热交换面处的温度梯度发生了变化，导致对流换热的改变；b、脉动将强迫对流换热引入流体的层流底层；在恒定流场中，热量通过热传导的方式穿过层流底层，对流对于层流底层的影响很小，但是对恒定流场施加脉动之后，脉动的压力使层流底层与中心流体交界附近产生周期性的径向波动，可以认为流体在微小的范围内产生了周期性的径向流动，从而在径向产生了强迫对流换热；c、脉动促进涡旋的扩散；流场的中心主流流体速度大且速度梯度较小，而靠近热交换面粘性底层处的流体的流速远低于中心主流流体的速度，具有很大的速度梯度，因此在粘性底层内粘性力起很大作用；在流体流速逐渐增大时，较大的中心流速及其变化将在粘性底层的边缘处引起类似“卷席”现象，形成尺寸较大的大量涡旋，由于粘性力的作用，涡旋在运动过程中分解成较小尺寸的涡旋，并在管内径向涡旋浓度差和流体脉动压力的作用下向中心扩散，这一过程促进了中心流体和热交换面处流体之间的掺混，增加了边缘流体与中心流体的热传递，提高了对流换热系数。

综上，在现有冷却装置的冷却方式的基础上，通过增加自激低频振荡使冷却介质发生脉动换热，从而大大增强冷却装置的热交换能力，因此，不需要通过增加冷却装置的长度或冷却水的压力在提高冷却装置的冷却能力，从而整体上降低了棒线材生产线的运行成本；并且，甚至可以通过缩短冷却装置的长度，为轧件断面的均热化处理提供更长的均热长度，提高均热效果。

对冷却装置进行优化，本实施例中的喷嘴芯组2的个数优选为两组，其中，两个喷嘴芯组2的进水喷嘴芯21的结构稍有不同，不同点是靠近喇叭口1的喷嘴芯组的进水喷嘴芯还设置有与喇叭口连接的连接部，而两个喷嘴芯组2的导流喷嘴芯22的结构可以相同；采用两个喷嘴芯组2既能满足冷却介质的供给需求，同时更有利于产生自激低频振荡；当然，还可以采用一个或更多个喷嘴芯组2，在此不做具体限定。

作为优化，当采用两个喷嘴芯组2时，本实施例中的辅助进水孔23只设置一个，且设置在靠近喇叭口1处的一个喷嘴芯组2上，这样，使自激低频振荡源位于冷却装置的开始部位，更有利于整个冷却装置的冷却介质产生自激低频震荡，进一步增强冷却效果；当然，还可以根据实际需求改变辅助进水孔23的个数和位置。

为了更好地实现冷却介质的自激低频振荡，本实施例中的辅助进水孔23的喷射方向与进水喷嘴芯21的轴线垂直，使得从斜向进水孔211中喷射的冷却介质与从辅助进水孔23中径向喷射的冷却介质更有效地碰撞，进而有利于自激低频振荡的产生；除了采用垂直设置以外，还可以选择其它的角度，只要能够实现斜向进水孔211中喷射的流体与辅助进水孔23中喷射的流体发生碰撞即可，斜向进水孔211与进水喷嘴芯21的轴线之间的夹角为30°～45°。

本实施例对辅助进水孔23进行优化，辅助进水孔23为位于喷嘴芯组2的一个圆周方向上的环形进水孔，采用环形结构的目的是为了使辅助进水孔23中喷射的流体形成流体平面，增强流体碰撞的效果；当然，除此之外，辅助进水孔23还可以是沿喷嘴芯组2的圆周方向设置多个单独的进水孔，进水孔的形状可以是圆形、方形等其它形状。

进一步地，辅助进水孔23为进水喷嘴芯21与导流喷嘴芯22之间的环形间隙，环形间隙是通过安装进水喷嘴芯21与导流喷嘴芯22时自然形成的，不需要额外加工出进水孔，操作方便；除此之外，还可以在进水喷嘴芯21或导流喷嘴芯22上单独开设辅助进水孔23，同样能够形成自激低频振荡的效果。

对环形间隙进行优化，本实施例中的环形间隙的宽度在1mm～5mm范围内，这时所形成的自激低频振荡效果最佳，当然根据不同的喷嘴芯组2的尺寸结构，可以选择其它合适的环形间隙的宽度。

本发明实施例中的斜向进水孔211均匀分布在进水喷嘴芯21的一个圆周上，使喷射更均匀，更有利于自激低频振荡的产生。

作为优化，斜向进水孔211的个数为6个～9个；更优选地，斜向进水孔211的个数为8个，斜向进水孔211的直径为10mm；当然，根据冷却装置的大小确定斜向进水孔211的个数和大小，在此不做具体限定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种棒线材轧件用冷却装置，包括喷嘴芯组(2)，所述喷嘴芯组(2)包括连通的进水喷嘴芯(21)和导流喷嘴芯(22)；所述进水喷嘴芯(21)上开设有多个斜向进水孔(211)，所述斜向进水孔(211)的轴线沿介质流动方向逐渐靠近所述进水喷嘴芯(21)的轴线；

其特征在于，还包括设置于一个或多个所述喷嘴芯组(2)上且位于所述斜向进水孔(211)的出水侧的辅助进水孔(23)，所述辅助进水孔(23)的喷射方向与所述斜向进水孔(211)的喷射方向相交，且所述辅助进水孔(23)的喷射方向与所述进水喷嘴芯(21)的轴线垂直。

2.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，所述喷嘴芯组(2)的个数为两个。

3.根据权利要求2所述冷却装置，其特征在于，所述辅助进水孔(23)只设置在靠近所述冷却装置的喇叭口(1)的一个所述喷嘴芯组(2)上。

4.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，所述辅助进水孔(23)为位于所述喷嘴芯组(2)的圆周方向上的环形进水孔。

5.根据权利要求4所述冷却装置，其特征在于，所述辅助进水孔(23)为所述进水喷嘴芯(21)与所述导流喷嘴芯(22)之间的环形间隙。

6.根据权利要求5所述冷却装置，其特征在于，所述环形间隙的宽度为1mm～5mm。

7.根据权利要求1所述冷却装置，其特征在于，所述斜向进水孔(211)均匀分布在所述进水喷嘴芯(21)的一个圆周上。

8.根据权利要求7所述冷却装置，其特征在于，所述斜向进水孔(211)的个数为6个～9个。