带钢冷却装置的设计

本科毕业设计题目：带钢冷却装置的设计学 院:材料与冶金学院专 业:热能与动力工程学 号:2010学生姓名:指导教师:日 期:二一四年五月28摘 要冷却技术是控制带钢的冷却速度以改善产品性能采用的工艺。在带钢连续热处理炉中，加热后的带钢的冷却过程对于带钢性能的提高有着重要作用。合理的冷却装置，不仅能够保证带钢的冷却速度，还可以保证带钢的冷却均匀性。本文设计了一台带钢水喷淋装置。带钢进冷却装置温度为950，因此，水喷淋装置采用水套式外壳，为保证带钢冷却的均匀性，沿带钢运行方向在带钢上下表面均匀布置喷水管。冷却计算有两部分，一部分为水喷淋冷却计算，一部分为水套冷却计算。水喷淋计算过程中，冷却时间是一个重要参数，本文根据文献20确定了表面换热系数与单位面积喷水量之间的关系，并以带钢运行方向微元体为研究对象，利用集总参数法，计算得出冷却温降要求下带钢的冷却时间为15s。根据冷却时间确定了冷却装置的长度。冷却喷嘴选用扇形喷嘴，喷管、喷嘴的排布充分考虑了扇形喷嘴喷射冷却的边缘效应，在边缘处考虑了25%的重合，这样有助于带钢的均匀冷却，保证带钢的出口温度以及冷却效果。最后，根据冷却计算过程确定的参数，用AtuoCAD软件设计了冷却装置图。关键词：水喷淋冷却；冷却计算；冷却装置；设计AbstractCooling technology is used to control the cooling speed of steel strip in order to improve product performance. In the strip continuous heat treatment furnace, the cooling process after heating the strip steel for improving strip performance has an important role. Reasonable cooling device, not only can guarantee the cooling speed of steel strip, also can guarantee the cooling uniformity of strip steelIn this paper, a strip of water spraying device is designed. Strip temp of inlet temperature is 950, thus, A construction of water sleeve is adopted, In order to guarantee the uniformity of the strip cooling, spray pipes are arranged along the direction of strip running at up-down of the strip surface. Cooling calculation has two parts, one is the water spray cooling calculation, and the other is the water sleeve cooling calculation. In water spray calculation process, the cooling time is an important parameter. In this paper, based on literature 20, the surface heat transfer coefficient is determined with the relationship between the water quantity per unit area, along the strip running direction infinitesimal body as the research object is studied, using the lumped parameter method. we obtain the cooling time is 15s. According to the cooling time we can determine the length of the cooling device. We choose fan nozzle as cooling nozzle, and the nozzle arrangement is given consideration to the edge cooling effect, and the overlap in the edge is 25% .This helps strip coolings uniformity and ensure the strip outlet temperature and cooling effect.Finally, according to the parameters calculated in the cooling process.The cooling device is designed by Auto-cad software.Key words: Water spray cooling; Cooling calculation; cooling device; Design目 录1 绪论11.1 前言11.2 冶金行业中冷却技术的应用与发展11.2.1 冶金行业中冷却技术的应用11.2.2 冶金行业中冷却技术的发展31.3 冶金行业中常用的冷却方式61.3.1 层流冷却61.3.2 高压喷射冷却71.3.3 水幕冷却71.3.4 水喷淋冷却91.3.5 喷雾冷却101.3.6 板湍流冷却101.3.7 淬火冷却101.4 带钢连续退火炉常用的冷却方式121.5 冷却装置设计要求131.6 本设计概述142 冷却装置的设计工艺计算152.1 设计参数152.2.1 带钢设计参数152.2.2 水的设计参数152.2 单位时间总换热量152.3 冷却计算162.3.1 水套冷却过程计算162.3.2 喷淋冷却过程的计算172.4 计算带钢冷却时间202.5 确定最终水量213 冷却装置结构参数的确定223.1 喷嘴尺寸与数量的确定223.2 确定冷却装置尺寸233.3 确定喷嘴选型243.4 确定喷管尺寸253.5 水冷装置结构设计特点28结束语29参考文献30致 谢32武汉科技大学本科毕业设计1 绪论1.1 前言我国是钢材生产大国，板带钢一直是钢材品种中应用最为广泛，技术含量、工业附加值最高的产品，随着经济的发展，板带钢的生产一直呈不断增长的趋势，板带钢是最主要的钢材产品，约占钢材总量的45%，且用途十分广泛，主要应用于汽车工业、重型机械、制造业、商用建筑业、化学工业和轻工业等1。实现带钢热处理工艺的关键设备是连续退火炉。其主要功能是把带钢加热到设定的退火温度、保温并在适当的冷却速度下冷却到设定温度。带钢退火工艺实施的好坏关系到带钢的质量。退火工艺对冷却速度以及带钢宽度方向上的冷却均匀性有较严格的要求。冷却工艺的控制精度对带钢内在质量和外观质量均有较大的影响：1、冷却工艺对带钢内在质量方面的影响。在连续退火炉中，带钢首先经过加热和保温，进入冷却过程。冷却速度的快慢对带钢再结晶的金相组织有着决定性作用。带钢微观的组织形态决定了成品带钢的加工性能、力学性能和物理性能2、冷却工艺对带钢外观质量方面的影响。为了提高带钢产品在国内外市场上的竞争力，各钢铁企业对带钢外观质量也提出更高的要求。带钢的外观形状要平直、无浪形和瓢曲，表面要光洁，无裂纹、结疤、夹层、麻坑等缺陷。带钢进行冷却时，冷却的均匀与否对带钢的板形与表面质量有着很大的影响。因此，对带钢冷却工艺进行深入研究具有重要的现实意义2。1.2 冶金行业中冷却技术的应用与发展1.2.1 冶金行业中冷却技术的应用在冶金行业中，冷却技术的应用随处可见，下面介绍一些常见的应用。1、冷却技术在连铸过程中的应用。钢液出炉连铸成型过程需要进行一次冷却和二次冷却，两次冷却对于铸坯的性能都有重要作用。连铸过程的冷却包括结晶器（如图1.1所示）内的一次冷和在连铸机上的二次冷却，钢水在结晶器冷却示意图，如图1.2所示。在结晶器内的一次冷却通过结晶器通水进行冷却，其作用是规定铸坯形状，强制钢水冷却，确保铸坯在结晶器内形成足够强度和厚度的均匀坯壳，水量的确定不是很精确。在连铸机上进行的二次冷确是铸坯出结晶器后进行的冷却过程，其目的是对带有液芯的铸坯实施喷水冷却，使其完全凝固，以达到在拉坯过程中均匀冷却，在这一过程中还要对钢坯进行引导、支撑，以防铸坯变形。二次冷却通常结合铸坯传热与铸坯冶金质量两个方面来考虑，铸坯刚离开结晶器时，要采用大量水冷却以迅速增加坯壳厚度，随着铸坯在二冷区移动，坯壳厚度增加，喷水量逐渐降低。因此，二冷区可分若干冷却段，每个冷却段单独进行水量控制，同时冷却过程中还要考虑钢种对裂纹的敏感性，然后有针对性的调整二次冷却的喷水量。二次冷却具有保证生产顺行、提高生产率、控制铸坯质量、保护设备等重要作用，冷却介质可用水或汽水3。水冷过程中相较于一次冷却来说，二次冷却水量的控制显得更加精确。图1.1 连铸连轧示意图2、冷却技术在轧制过程中的应用市场上钢材产品多种多样，如带材、管材、板材、线材以及型材等。因此，必须对连铸产品进行再加工，得到多种所需产品。钢材的加工过程包括塑性加工和机械切削加工，塑性加工过程包括轧制、煅造、挤压、拉拔、冲压等过程；在这些过程中特别是轧制过程对于冷却控制是必不可少的，轧制冷却过程对于冷却的控制是其中比较重要的环节，轧制中控制冷却是主要是结合轧制的情况控制钢温度，从而对钢板的相图1.2 钢水在结晶器中一次冷却示意图变进行控制，钢的组织也会发生变化，通常是细化晶粒、促进微合金元素析出。另外冷却过程还对轧辊的起到保护作用，以防温度过高损坏轧辊，影响轧辊使用寿命。金属的机械切削加工过程，如车、铣、镗、刨等过程中也需要进行冷却，有的是需要油冷，有的则是水冷，冷却作用主要就是起降低温度的作用。3、冷却技术在热处理中的应用钢材热处理工艺主要包括退火、正火、淬火、回火等。他们整个工艺流程都要经过加热、保温、冷却三个过程。在冷却过程中退火、正火、淬火、回火各有所不同，退火过程加热之后要进行保温一段时间然后进行缓慢冷却，一般是随炉冷却；正火过程在加热保温后进行的是空冷；淬火过程的冷却则以大于临界冷却速度的速度快速冷却，冷却介质常用的有水、油、盐或碱的水溶液等；回火过程一般是接着淬火过程而进行的，通常的冷却方式是水冷或者空冷。钢的热处理过程可以改变它的的组织结构，提高钢的性能，最终得到我们想要的组织结构。综合来说，冶金行业中冷却过程的主要目的有降温成型、促进结晶以及改变钢的组织结构，有助于提高钢的性能。1.2.2 冶金行业中冷却技术的发展上世纪四、五十年代。二次世界大战期间，大量采用焊接结构的运输船只发生的焊接断口脆性断裂事故，促使人们认识到提高钢材韧性的重要性。六十年代轧后层流冷却系统在热轧带钢生产中首先