专利名称：一种高温水冷装置和方法
技术领域：
本发明涉及快速冷却技术领域，特别是涉及一种既可实现超高速冷却同时又可灵活控制冷却底部温度的高温高压水冷装置和水冷方法。
背景技术：
金属工艺包括三个基本构成，冶炼一获得一定成分的金属；加工一获得一定外部形状的制品；热处理一通过它使金属获得一定内部显微组织，从而达到所要求的性能指标。任何一种热处理都是通过把金属加热到一定的温度后冷却，从而使金属的内部显微组织发生所期望的变化。现在一般使用的都是水冷或者气冷方法。比如申请号为200510046822. 4的中国 专利申请公开了一种利用高压水冷的装置及方法，其利用高压水流作为冷源对铸件实现了快速冷却，但是其存在实际吸热量小和不易控温等缺陷。随着材料的发展，对热处理工艺提出了许多新的要求，例如在钢板的在线热处理方面，需要将材料淬火到高于100°c以上的贝氏体温度、马氏体温度，常见的层流冷却、气雾冷却等都不能实现此功能。淬火油和盐浴炉可以实现控制温度的冷却制度，但均会受到尺寸规格等方面的限制，而且成本高、污染严重。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种既可实现超高速冷却同时又可灵活控制冷却底部温度的高温高压水冷装置及方法。本发明所采用的技术方案是将水在高压釜内加热并存储，使用时经由水泵以高压喷射到冷却物体表面。根据水的相图，高温高压的水喷射到常压下的物体表面时，瞬间会发生剧烈汽化现象，利用汽化时吸收热量对物体进行冷却。由于喷射到物体表面的水处于高温状态，最后物体温度将会与水温相同，从而实现控制温度的冷却工艺。其中P-I为进水管道或冷却水管，将其它工序产生的带有大量余热的冷却水引入高压釜B-I内。此处进入高压釜的水可以是常规水，也可以是其它工艺环节产生的出口冷却水，当使用其他环节的出口冷却水时，不仅可以实现热量的回收利用，而且还节省了水资源。此处所述的高压釜可以提供一定的高压，以保证水可以加热至所需高温而不爆沸，比如当高压釜压力为15个大气压时，水的沸点会相应的提高至200°C，为安全以及实际需求期间，一般高压釜的耐压压力为30MPa，温度235°C，工况下所需耐受压力和温度需要视所需水温、冷却强度而定。可通过电加热或者其它任何一种加热方式将水加热至所需温度，高压釜耐高压性能好，可使高温水不沸腾，且可以通过上部的搅拌装置使水温均匀。所述高压水泵E-I经出水管道P-2将高压水抽出并通过喷嘴S-I将高温水快速喷到钢板表面。所有管道(P-1除外)均需可耐受30个以上的大气压，确保安全。所述水泵和管道耐热温度要求高于235°C，并且水泵的提供压力不小于高压釜内蒸汽的压力，以避免水爆沸损毁装置。所述喷嘴为具有耐热能力的喷嘴，本领域技术人员可以根据需要设计喷嘴的形状，喷水角度、流量控制系统，以实现均匀的喷水。所述的高压釜、水泵、管道等部件的材料可采用耐热不锈钢或高温合金等材料。与现有技术相比，本发明的有益效果是更高的冷却 速度，更加节水，可以严格控制底部温度，防止过冷。比如一些要求冷却底部温度不可低于某一温度(例如180°c )的工业条件可以得到满足。常规方法中普通水冷依靠低温水的升温带走热量进行冷却，水的比热是所有物质中最高的，约为4200J/ (kg. V )，水的汽化热在(TC到375°C之间保持在2000_2800kJ/kg，即便冷却水在这个过程中升高了 10°C，其每kg重量所能带走的热量也仅仅为42kJ，为汽化吸热的1/50，可见这种方法的冷却能力有限且用水量巨大；另外，当使用水冷时，一些要求冷却底部温度不可低于某一温度(例如180°C)的工业条件则难以得到满足，会导致过度降温带来材料的性能下降。利用该方法，不仅可以实现物体的更快速度冷却，节约水资源，更可以灵活控制冷却底部温度，杜绝过冷，大幅降低了控温难度。
图I为本发明的示意图P-I进水管道B-I高压釜P-2出水管道E-I高压水泵S_1高压喷嘴S待冷却钢板
具体实施例方式下面结合附图对本发明进一步说明。示例 I如附图I所示，在本示例中，欲将厚度30_、温度为800°C的钢板以尽量快的冷速淬火到180°C，淬火末端温度需要控制在180°C，不得出现过冷现象。本装置包括一高压釜B-1，一水泵E-I和一喷嘴S-1，其中，冷却水入口 P-I和高压釜连接，高压釜和水泵连接，水泵和一高温高压的喷嘴连接，高压釜内还有一个搅拌电机，可以确保温度均匀，所有装置除P-I外耐压30MPa，耐温235°C。冷却过程详述如下将连铸结晶器出口冷却水(60°C，常压)引至高压釜内，加热到180°C，此时釜内蒸汽压力达到I. 003MPa,即约10个大气压，用强力泵将釜内冷却水以I. IMPa压力压入冷却喷嘴处(喷嘴与钢板运行方向呈30°夹角，距离钢板表面2mm以内，多排喷嘴紧密排列，确保冷却均匀)，使其以极高速度喷向温度为800°C钢板S表面，并在钢板表面迅速汽化，钢板的冷却速度达到了 63°C /S，钢板最终温度为180°C，实现了钢板组织性能要求，其热处理效果类似于盐浴热处理。示例 2在本示例中，欲将厚度30mm、温度为800°C的钢板以尽量快的冷速淬火到190°C，淬火末端温度需要控制在190°C，不得出现过冷现象。本装置包括一高压釜B-1，一水泵E-I和一喷嘴S-1，其中，冷却水入口 P-I和高压釜连接，高压釜和水泵连接，水泵和一高温高压的喷嘴连接，高压釜内还有一个搅拌电机，可以确保温度均匀，所有装置除P-I外耐压30MPa，耐温235°C。冷却过程详述如下 将连铸结晶器出口冷却水(60°C，常压)引至高压釜内，加热到190°C，此时釜内蒸汽压力达到I. 256MPa，即约12. 5个大气压，用强力泵将釜内冷却水以I. 3MPa压力压入冷却喷嘴处(喷嘴与钢板运行方向呈30°夹角，距离钢板表面2mm以内，多排喷嘴紧密排列，确保冷却均匀)，使其以极高速度喷向温度为800°C钢板表面，并在钢板表面迅速汽化，钢板的冷却速度达到了 64°C /S，钢板最终温度为190°C，实现了钢板组织性能要求，其热处理效果类似于盐浴热处理。
权利要求
1.ー种高温高压水冷装置，其特征在于，所述的装置包括高压釜B-1、水泵E-I和喷嘴S-1，所述高压釜B-I和水泵E-ι、冷却水管P-I连接，水泵E-I和喷嘴S-I连接。
2.根据权利要求I所述的装置，其特征在于，所述的高压釜B-1、水泵E-I和喷嘴S-I的耐压30MPa，耐温235°C。
3.—种高温高压水冷方法，其特征在于，所述方法包括将冷却水在加热至所需温度和压カ后以液态形式喷射到待冷却物体表面，并在物体表面汽化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的所需温度为待冷却物体冷却后的底部温度。
全文摘要
本发明公开了一种既可实现超高速冷却同时又可灵活控制冷却底部温度的高温高压水冷装置和方法，其包括将其它生产环节产生的带有大量余热的冷却水(100摄氏度以下，常压)在高压釜内继续加热，加热到所需温度后，经高压水泵和管道以高速喷射到所需冷却的物体上面(例如钢板)，依靠高温水瞬间的剧烈汽化吸热对物体进行冷却，冷却强度可以通过水温、水压和水量进行控制。由于采用的是高温水冷却，可保证被冷物体不会过度冷却，一些要求冷却底部温度不可低于某一温度(例如150℃)的工业条件可以得到满足，实现常规水冷难以完成的冷却制度。以钢板的阶梯淬火为例，本发明实现了快速冷却并控制冷却底部温度的目的。
文档编号C21D1/667GK102839264SQ20121033948
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者朱京军, 刘成宝 申请人:莱芜钢铁集团有限公司