專利名稱：一種高溫水冷裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及快速冷卻技術領域，特別是涉及一種既可實現(xiàn)超高速冷卻同時又可靈活控制冷卻底部溫度的高溫高壓水冷裝置和水冷方法。
背景技術：
金屬工藝包括三個基本構成，冶煉一獲得一定成分的金屬；加工一獲得一定外部形狀的制品；熱處理一通過它使金屬獲得一定內(nèi)部顯微組織，從而達到所要求的性能指標。任何一種熱處理都是通過把金屬加熱到一定的溫度后冷卻，從而使金屬的內(nèi)部顯微組織發(fā)生所期望的變化。現(xiàn)在一般使用的都是水冷或者氣冷方法。比如申請?zhí)枮?00510046822. 4的中國 專利申請公開了一種利用高壓水冷的裝置及方法，其利用高壓水流作為冷源對鑄件實現(xiàn)了快速冷卻，但是其存在實際吸熱量小和不易控溫等缺陷。隨著材料的發(fā)展，對熱處理工藝提出了許多新的要求，例如在鋼板的在線熱處理方面，需要將材料淬火到高于100°c以上的貝氏體溫度、馬氏體溫度，常見的層流冷卻、氣霧冷卻等都不能實現(xiàn)此功能。淬火油和鹽浴爐可以實現(xiàn)控制溫度的冷卻制度，但均會受到尺寸規(guī)格等方面的限制，而且成本高、污染嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種既可實現(xiàn)超高速冷卻同時又可靈活控制冷卻底部溫度的高溫高壓水冷裝置及方法。本發(fā)明所采用的技術方案是將水在高壓釜內(nèi)加熱并存儲，使用時經(jīng)由水泵以高壓噴射到冷卻物體表面。根據(jù)水的相圖，高溫高壓的水噴射到常壓下的物體表面時，瞬間會發(fā)生劇烈汽化現(xiàn)象，利用汽化時吸收熱量對物體進行冷卻。由于噴射到物體表面的水處于高溫狀態(tài)，最后物體溫度將會與水溫相同，從而實現(xiàn)控制溫度的冷卻工藝。其中P-I為進水管道或冷卻水管，將其它工序產(chǎn)生的帶有大量余熱的冷卻水引入高壓釜B-I內(nèi)。此處進入高壓釜的水可以是常規(guī)水，也可以是其它工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)生的出口冷卻水，當使用其他環(huán)節(jié)的出口冷卻水時，不僅可以實現(xiàn)熱量的回收利用，而且還節(jié)省了水資源。此處所述的高壓釜可以提供一定的高壓，以保證水可以加熱至所需高溫而不爆沸，比如當高壓釜壓力為15個大氣壓時，水的沸點會相應的提高至200°C，為安全以及實際需求期間，一般高壓釜的耐壓壓力為30MPa，溫度235°C，工況下所需耐受壓力和溫度需要視所需水溫、冷卻強度而定?？赏ㄟ^電加熱或者其它任何一種加熱方式將水加熱至所需溫度，高壓釜耐高壓性能好，可使高溫水不沸騰，且可以通過上部的攪拌裝置使水溫均勻。所述高壓水泵E-I經(jīng)出水管道P-2將高壓水抽出并通過噴嘴S-I將高溫水快速噴到鋼板表面。所有管道(P-1除外)均需可耐受30個以上的大氣壓，確保安全。所述水泵和管道耐熱溫度要求高于235°C，并且水泵的提供壓力不小于高壓釜內(nèi)蒸汽的壓力，以避免水爆沸損毀裝置。所述噴嘴為具有耐熱能力的噴嘴，本領域技術人員可以根據(jù)需要設計噴嘴的形狀，噴水角度、流量控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)均勻的噴水。所述的高壓釜、水泵、管道等部件的材料可采用耐熱不銹鋼或高溫合金等材料。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是更高的冷卻 速度，更加節(jié)水，可以嚴格控制底部溫度，防止過冷。比如一些要求冷卻底部溫度不可低于某一溫度(例如180°c )的工業(yè)條件可以得到滿足。常規(guī)方法中普通水冷依靠低溫水的升溫帶走熱量進行冷卻，水的比熱是所有物質中最高的，約為4200J/ (kg. V )，水的汽化熱在(TC到375°C之間保持在2000_2800kJ/kg，即便冷卻水在這個過程中升高了 10°C，其每kg重量所能帶走的熱量也僅僅為42kJ，為汽化吸熱的1/50，可見這種方法的冷卻能力有限且用水量巨大；另外，當使用水冷時，一些要求冷卻底部溫度不可低于某一溫度(例如180°C)的工業(yè)條件則難以得到滿足，會導致過度降溫帶來材料的性能下降。利用該方法，不僅可以實現(xiàn)物體的更快速度冷卻，節(jié)約水資源，更可以靈活控制冷卻底部溫度，杜絕過冷，大幅降低了控溫難度。


圖I為本發(fā)明的示意圖P-I進水管道B-I高壓釜P-2出水管道E-I高壓水泵S_1高壓噴嘴S待冷卻鋼板
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。示例 I如附圖I所示，在本示例中，欲將厚度30_、溫度為800°C的鋼板以盡量快的冷速淬火到180°C，淬火末端溫度需要控制在180°C，不得出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。本裝置包括一高壓釜B-1，一水泵E-I和一噴嘴S-1，其中，冷卻水入口 P-I和高壓釜連接，高壓釜和水泵連接，水泵和一高溫高壓的噴嘴連接，高壓釜內(nèi)還有一個攪拌電機，可以確保溫度均勻，所有裝置除P-I外耐壓30MPa，耐溫235°C。冷卻過程詳述如下將連鑄結晶器出口冷卻水(60°C，常壓)引至高壓釜內(nèi)，加熱到180°C，此時釜內(nèi)蒸汽壓力達到I. 003MPa,即約10個大氣壓，用強力泵將釜內(nèi)冷卻水以I. IMPa壓力壓入冷卻噴嘴處(噴嘴與鋼板運行方向呈30°夾角，距離鋼板表面2mm以內(nèi)，多排噴嘴緊密排列，確保冷卻均勻)，使其以極高速度噴向溫度為800°C鋼板S表面，并在鋼板表面迅速汽化，鋼板的冷卻速度達到了 63°C /S，鋼板最終溫度為180°C，實現(xiàn)了鋼板組織性能要求，其熱處理效果類似于鹽浴熱處理。示例 2在本示例中，欲將厚度30mm、溫度為800°C的鋼板以盡量快的冷速淬火到190°C，淬火末端溫度需要控制在190°C，不得出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。本裝置包括一高壓釜B-1，一水泵E-I和一噴嘴S-1，其中，冷卻水入口 P-I和高壓釜連接，高壓釜和水泵連接，水泵和一高溫高壓的噴嘴連接，高壓釜內(nèi)還有一個攪拌電機，可以確保溫度均勻，所有裝置除P-I外耐壓30MPa，耐溫235°C。冷卻過程詳述如下 將連鑄結晶器出口冷卻水(60°C，常壓)引至高壓釜內(nèi)，加熱到190°C，此時釜內(nèi)蒸汽壓力達到I. 256MPa，即約12. 5個大氣壓，用強力泵將釜內(nèi)冷卻水以I. 3MPa壓力壓入冷卻噴嘴處(噴嘴與鋼板運行方向呈30°夾角，距離鋼板表面2mm以內(nèi)，多排噴嘴緊密排列，確保冷卻均勻)，使其以極高速度噴向溫度為800°C鋼板表面，并在鋼板表面迅速汽化，鋼板的冷卻速度達到了 64°C /S，鋼板最終溫度為190°C，實現(xiàn)了鋼板組織性能要求，其熱處理效果類似于鹽浴熱處理。
權利要求
1.ー種高溫高壓水冷裝置，其特征在于，所述的裝置包括高壓釜B-1、水泵E-I和噴嘴S-1，所述高壓釜B-I和水泵E-ι、冷卻水管P-I連接，水泵E-I和噴嘴S-I連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的高壓釜B-1、水泵E-I和噴嘴S-I的耐壓30MPa，耐溫235°C。
3.—種高溫高壓水冷方法，其特征在于，所述方法包括將冷卻水在加熱至所需溫度和壓カ后以液態(tài)形式噴射到待冷卻物體表面，并在物體表面汽化。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的所需溫度為待冷卻物體冷卻后的底部溫度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種既可實現(xiàn)超高速冷卻同時又可靈活控制冷卻底部溫度的高溫高壓水冷裝置和方法，其包括將其它生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的帶有大量余熱的冷卻水(100攝氏度以下，常壓)在高壓釜內(nèi)繼續(xù)加熱，加熱到所需溫度后，經(jīng)高壓水泵和管道以高速噴射到所需冷卻的物體上面(例如鋼板)，依靠高溫水瞬間的劇烈汽化吸熱對物體進行冷卻，冷卻強度可以通過水溫、水壓和水量進行控制。由于采用的是高溫水冷卻，可保證被冷物體不會過度冷卻，一些要求冷卻底部溫度不可低于某一溫度(例如150℃)的工業(yè)條件可以得到滿足，實現(xiàn)常規(guī)水冷難以完成的冷卻制度。以鋼板的階梯淬火為例，本發(fā)明實現(xiàn)了快速冷卻并控制冷卻底部溫度的目的。
文檔編號C21D1/667GK102839264SQ20121033948
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權日2012年9月13日
發(fā)明者朱京軍, 劉成寶 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司