研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置，属于热轧板(坯)层流冷却领域。本实用新型专利技术包括气路单元、水路单元、喷嘴、矩阵式排布喷嘴调节单元和数据采集集成处理单元，喷嘴设置于矩阵式排布喷嘴调节单元上，数据采集集成处理单元采集水路单元中介质的流量、压力、温度以及板(坯)各典型位置的温度、传动速度等并集中处理。本实用新型专利技术克服了现有技术中对板(坯)的传热边界研究的不足，可实现喷嘴间距在平面x、y方向的任意调节、射流高度的台阶式调节及射流角度的扇面形调节，同时控制系统可实现喷嘴群组压力、流量以及独立压力、流量的自动调节，从而可研究接近生产工况条件下的板(坯)静态或动态传热特性。

Experimental device for rapid cooling of high temperature slab with matrix arrangement nozzles

The utility model discloses an experimental device for studying the heat transfer of rapid cooling high-temperature slab by matrix arrangement nozzles, which belongs to the field of laminar cooling of hot-rolled slab (slab). The utility model comprises a gas path unit, a water path unit, a nozzle, a matrix arrangement nozzle regulating unit and a data acquisition integrated processing unit. The nozzle is arranged on the matrix arrangement nozzle regulating unit, and the data acquisition integrated processing unit collects and processes the flow, pressure, temperature of the medium in the water path unit and the temperature and transmission speed of each typical position of the plate (Billet) and so on. The utility model overcomes the shortcomings of the research on the heat transfer boundary of the plate (slab) in the prior art, and can realize the arbitrary adjustment of the nozzle spacing in the plane X and Y directions, the step type adjustment of the jet height and the fan-shaped adjustment of the jet angle. At the same time, the control system can realize the automatic adjustment of the pressure and flow of the nozzle group, as well as the independent pressure and flow, so as to study the conditions close to the production conditions The static or dynamic heat transfer characteristics of the plate (slab).

【技术实现步骤摘要】
研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置
本技术涉及热轧板(坯)层流冷却领域，更具体地说，涉及研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板(坯)传热的实验装置。
技术介绍
随着钢铁市场竞争的日趋剧烈和尺寸控制技术逐渐成熟，金属性能指标越来越成为国际钢铁行业的竞争焦点。世界钢铁产品中板材约占30％的份额，其性能改善无疑具有巨大的经济价值和重要的社会效益。而板(坯)性能取决于金属内部的微观组织，微观组织的形成与分布又与温度的分布、水平和变化梯度密切相关。传热边界特征直接决定着温度的分布规律，因此研究传热边界特征，进而控制金属内部的微观组织对板(坯)性能改善有着决定性影响。工业生产中，为了保证板(坯)在宽度方向、长度方向的冷却均匀性，大多数都采用矩阵式排布方式，即在板(坯)上方布置2排以上，每排布置2个以上的喷嘴。这类喷嘴布置方式对传热过程的影响具有以下特点：喷嘴正下方区域称为冲击区，传热方式以强迫对流为主，冷却强度最大；而在两个相邻喷嘴中间区域为平行流区，此区域蒸汽层将钢板表面和水分开，传热严重恶化，冷却强度变小，该区域内是稳定的膜沸腾。正是由于这些特点，使得板(坯)在移动冷却过程中沿宽度方向和长度方向的传热边界体现出周期性特征。例如，在连铸工艺中的层流冷却过程，钢坯以一定的速度通过各排喷嘴，热流分布依据喷嘴的布置情况出现强、弱变化的规律性分布，此时钢坯内的温度均匀性取决于喷嘴的布置间距，而温度下降速率取决于喷嘴的喷速、高度、角度等。到目前为止，国内外大部分文献对钢坯冷却过程的研究主要使用的是数值模拟方法，利用经验公式或者采取区域简化、均匀化处理的方式获得传热边界，然后进行传热研究。也有部分文献对钢坯冷却过程进行试验研究，但在研究过程中由于实验条件限制，仅台阶式改变了部分参数，分析了他们对传热过程的影响，但并没有考虑传热边界所具有的周期性特征，也没有阐述这种周期性特征对板坯温度场的影响。特别值得提出的是，目前有研究者研究周期性换热系数并设计了测定换热系数的装置，主要研究的是间歇式冷区过程中钢坯传热系数周期性的变化，即让被冷却工件一次通过排布好的的冷却喷嘴，当离开喷嘴喷射范围传向下一个喷嘴时处于非冷却或者回热状态。现有技术中已有相关专利公开，如公开号：CN103792256A，公开日：2014年5月14日，专利技术创造名称：一种测定周期性换热系数的实验装置，该申请案研究的是：由于冲击射流的流场结构特点，在喷嘴的正下方和相邻喷嘴之间的区域会出现周期性的传热边界特征，即同一时刻下周期性传热边界特征；但该申请案对于周期式传热边界的研究还并不全面，无法完成喷嘴间距在平面x、y方向的任意调节，喷水量、喷射速度的群组式调节，以及板坯的运行速度的连续性调节，从而不能完成板(坯)冷却的均匀性研究以及冷却装置的结构优化研究。此外，其被冷却的工件为圆形，冲击区的换热特性可以研究，但是无法完成平面板(坯)中被冷却水淹没的平流区的特性，不能体现工业生产的传热过程实质。因此，其仍有很大程度上的优化空间。
技术实现思路
1.技术要解决的技术问题本技术的目的在于克服现有技术中对板(坯)的传热边界研究的不足，提供了一种研究接近生产工况条件下的板(坯)静态或动态传热特性的实验装置。本技术要解决的技术问题包括：(1)影响传热特性的结构参数的调节，主要为矩阵排布的喷嘴在x，y方向的间距、在z方向的高度、喷射角度、喷嘴口径和类型等调节；(2)影响传热特性的运行参数的调节，主要为板(坯)典型位置温度、冷却介质温度的检测，以及单个喷嘴或群组喷嘴的流量、压力检测和调节；(3)实现全过程、多类型数据的采集、处理、潮流演示等功能。通这些技术问题的解决，可以实现板(坯)的初始条件、边界条件与板(坯)内部温度场随时间变化的相互耦合规律的研究，从而为生产工况条件下强化冷却装置结构的优化提供了支撑。2.技术方案为达到上述目的，本技术提供的技术方案为：本技术的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板(坯)传热的实验装置，包括气路单元、水路单元、喷嘴、矩阵式排布喷嘴调节单元和温度采集单元，水路单元与喷嘴相连并用于向喷嘴提供喷射水，气路单元与水路单元相连并用于向水路单元提供气体压力，从而调整喷嘴的喷射速度，喷嘴设置于矩阵式排布喷嘴调节单元上，矩阵式排布喷嘴调节单元用于调节喷嘴的射流高度、射流角度及喷嘴分别在x、y方向之间的间距，温度采集单元用于采集钢坯温度信息并处理。更进一步地，水路单元包括通过管路相连的储水箱和大水箱，大水箱上连接有多个分流水箱，每个分流水箱下方设置有软管，软管的端部设置有喷嘴。更进一步地，储水箱和大水箱之间的连接管路上设置有水泵、水流量控制阀和流量计，大水箱顶部还设置有温度计、压力表和安全阀门，大水箱通过连接管与分流水箱相连，连接管上设置有流量计。更进一步地，气路单元包括储气罐和空气压缩机，储气罐的出气端与大水箱相连，且相连的管路上设置有气体稳压阀和压力表。更进一步地，温度采集单元包括热电偶、数据采集仪和处理终端，热电偶测温端埋置在移动的钢坯内，且热电偶通过补偿导线与数据采集仪相连，数据采集仪与处理终端相连，并将温度数据传输给处理终端进行处理。更进一步地，矩阵式排布喷嘴调节单元包括横梁支架、横梁和喷嘴调节架，沿钢坯移动方向的两端分别设置有横梁支架，两端的横梁支架之间连接有横梁，横梁可以沿横梁支架的高度方向上下移动，横梁上沿长度方向间隔设置有多个喷嘴调节架，喷嘴调节架可以沿横梁的长度和高度方向移动，喷嘴设置于喷嘴调节架上。更进一步地，喷嘴调节架包括顶架和位于顶架两端向下延伸的侧架，侧架与横梁相连，喷嘴则设置于顶架上。更进一步地，横梁支架上沿高度方向间隔开设有多个固定孔，横梁通过螺纹紧固与横梁支架连接，横梁上沿长度方向间隔开设有多个固定孔，喷嘴调节架的侧架上沿高度方向间隔开设有多个固定孔，喷嘴调节架通过螺纹紧固与横梁连接，喷嘴调节架的顶架上间隔开设有多个用于放置喷嘴的放置孔。更进一步地，还包括依次设置的加热单元、出炉单元和传动单元，钢坯经加热单元加热后由出炉单元传送至传动单元，传动单元设置于喷嘴下方并驱动钢坯不断移动。更进一步地，出炉单元和传动单元之间设置有连接钢板，连接钢板一端与加热单元的加热炉炉口底部连接，另一端与传动单元前端连接，且连接钢板沿远离加热炉方向高度逐渐降低。3.有益效果采用本技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：(1)本技术的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板(坯)传热的实验装置，该装置具备群组喷嘴三维度、多角度共同作用下的传热测试功能。可实现压力、流量单组或多组式调节，从而可研究接近生产工况条件下的板(坯)静态或动态传热特性。(2)本技术的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板(坯)传热的实验装置，本装置可进行加热炉温度、板(坯)内部典型位置温度以及冷却介质温度、压力、流量等参数的检测、采集、集成分析，可研究板(坯)的初始条件、边界条件与板(坯)内部温度场随时间变化的相互耦合规律，其特点是能观察到瞬时波动特性，从而能研究传热的过渡过程规律。附图说明图1为本技术的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板(坯)传热的实验装置的结构示意图；图2为本技术中水路单元的结构示意图；图3为本技术中单组水路单元的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置，其特征在于：包括气路单元、水路单元、喷嘴(370)、矩阵式排布喷嘴调节单元和温度采集单元，水路单元与喷嘴(370)相连并用于向喷嘴(370)提供喷射水，气路单元与水路单元相连并用于向水路单元提供气体压力，从而调整喷嘴(370)的喷射速度，喷嘴(370)设置于矩阵式排布喷嘴调节单元上，矩阵式排布喷嘴调节单元用于调节喷嘴(370)的射流高度、射流角度及喷嘴(370)分别在x、y方向之间的间距，温度采集单元用于采集钢坯(600)温度信息并处理。

【技术特征摘要】
1.研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置，其特征在于：包括气路单元、水路单元、喷嘴(370)、矩阵式排布喷嘴调节单元和温度采集单元，水路单元与喷嘴(370)相连并用于向喷嘴(370)提供喷射水，气路单元与水路单元相连并用于向水路单元提供气体压力，从而调整喷嘴(370)的喷射速度，喷嘴(370)设置于矩阵式排布喷嘴调节单元上，矩阵式排布喷嘴调节单元用于调节喷嘴(370)的射流高度、射流角度及喷嘴(370)分别在x、y方向之间的间距，温度采集单元用于采集钢坯(600)温度信息并处理。2.根据权利要求1所述的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置，其特征在于：水路单元包括通过管路相连的储水箱(100)和大水箱(300)，大水箱(300)上连接有多个分流水箱(350)，每个分流水箱(350)下方设置有软管(360)，软管(360)的端部设置有喷嘴(370)。3.根据权利要求2所述的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置，其特征在于：储水箱(100)和大水箱(300)之间的连接管路上设置有水泵(110)、水流量控制阀(120)和流量计(130)，大水箱(300)顶部还设置有温度计(310)、压力表(320)和安全阀门(330)，大水箱(300)通过连接管(380)与分流水箱(350)相连，连接管(380)上设置有流量计(340)。4.根据权利要求2所述的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置，其特征在于：气路单元包括储气罐(200)和空气压缩机(210)，储气罐(200)的出气端与大水箱(300)相连，且相连的管路上设置有气体稳压阀(220)和压力表(230)。5.根据权利要求1所述的研究矩阵排布喷嘴快速冷却高温板坯传热的实验装置，其特征在于：温度采集单元包括热电偶、数据采集仪(810)和处理终端(800)，热电偶测温端埋置在移动的钢坯(600)内，且热电偶通过补偿导线与数据采集仪(810)相连，数据采集仪(810)与处理终端(800)相连，并将温度数据传输给处理终端(800)进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：何鑫，李晓丽，陈光，陈德敏，包向军，徐靖，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34