專利名稱：水冷裝置的水冷單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水冷裝置的水冷單元，適用于棒、線材預(yù)水冷裝置和穿水冷裝置中。
背景技術(shù)：
水冷裝置是對(duì)于軋制后的高溫棒、線材進(jìn)行強(qiáng)制冷卻和在線熱處理的設(shè)備，其原理是利用棒、線材熱軋后在奧氏體狀態(tài)下快速冷卻，棒、線材表面淬成馬氏體，隨后由其心部放出余熱進(jìn)行自回火，提高棒、線材的強(qiáng)度和塑性，改善韌性，從而得到良好的綜合力學(xué)性能。水冷單元是水冷裝置的核心部件，其關(guān)鍵元件是水冷噴嘴和紊流管。目前國(guó)內(nèi)棒材車間主要采用的水冷單元，其水冷噴嘴和紊流管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，其結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致軋件冷卻速度大于表面層達(dá)到一定深度的淬火馬氏體的臨界速度，鋼筋表面溫度低于馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)(Ms)，發(fā)生奧氏體向馬氏體相轉(zhuǎn)變，在軋件經(jīng)過(guò)這種結(jié)構(gòu)的水冷單元時(shí)，軋件心部溫度很高，仍處于奧氏體狀態(tài)，軋件表面主要獲得馬氏體、魏氏體等異常組織，因?yàn)榧彼倮鋮s會(huì)提高了位錯(cuò)密度，阻止位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的多變化，因而形成了促進(jìn)裂紋的核心，鋼筋的內(nèi)應(yīng)力較高，焊接性能不好，影響了鋼筋組織性能。因此，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)棒材車間，特別是生產(chǎn)鋼筋時(shí)的棒材車間所采用的水冷單元會(huì)導(dǎo)致鋼筋表層溫降較快、心部冷卻效果較差等問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)出一種新型結(jié)構(gòu)的水冷單元，其既要使心部冷卻滿足工藝要求，又要保證棒材表層溫度不能過(guò)低。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決目前棒材車間水冷裝置的水冷單元生產(chǎn)的鋼筋表面溫降快、心部冷卻效果差等問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種棒材水冷裝置的水冷單元，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在對(duì)棒材軋件進(jìn)行水冷時(shí)，有效的控制軋件表層和心部溫度的溫降，獲得合理的表面層及心部的冷卻曲線，提高棒材綜合性能。本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案為一種水冷裝置的水冷單元，其包括依次連接的入口導(dǎo)管、水冷噴嘴、紊流管和出口定位導(dǎo)管，其中，所述水冷噴嘴包括管體，其側(cè)壁上具有進(jìn)水口 ；噴嘴本體，具有軸向貫通的內(nèi)腔，其設(shè)置于所述管體內(nèi)，并與所述管體之間形成有與所述進(jìn)水口連通的集水腔；所述噴嘴本體上沿周向設(shè)有向其軸心收斂的第一噴射通道，所述第一噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第一噴射角；所述噴嘴本體上沿其周向還設(shè)有向其軸心收斂的第二噴射通道，所述第二噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第二噴射角；所述第一噴射通道與所述第二噴射通道的收斂方向相同，且所述第一噴射角小于所述第二噴射角。[0012]進(jìn)一步的，所述噴嘴本體包括內(nèi)錐套，具有向其軸心收斂的第一錐面，所述第一錐面上沿周向均勻分布有多個(gè)沿所述第一錐面的素線方向延伸的直導(dǎo)流槽，每一直導(dǎo)流槽進(jìn)水端與所述集水腔連通，出水端與所述內(nèi)錐套的內(nèi)腔連通；外錐套，具有與所述第一錐面配合的第二錐面，且所述第二錐面與所述內(nèi)錐套的第一錐面上的多個(gè)直導(dǎo)流槽配合，形成沿第一錐面的素線方向向所述內(nèi)錐套軸心收斂的所述第一噴射通道。進(jìn)一步的，所述外錐套內(nèi)部具有沿其周向均勻分布的多個(gè)直排孔，每一直排孔進(jìn)水端與所述集水腔連通，出水端與所述外錐套的內(nèi)腔連通，多個(gè)直排孔的進(jìn)水端至多個(gè)直排孔的出水端逐漸收斂，而形成向所述外錐套軸心收斂的所述第二噴射通道。進(jìn)一步的，多個(gè)直導(dǎo)流槽與多個(gè)直排孔呈空間交錯(cuò)，且多個(gè)直導(dǎo)流槽的出水端與多個(gè)直排孔的出水端相交于所述噴嘴本體的內(nèi)腔壁上。進(jìn)一步的，所述內(nèi)錐套與所述外錐套之間設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述第一噴射通道流量的調(diào)節(jié)墊片。進(jìn)一步的，所述紊流管包括冷卻導(dǎo)管；以及，依次串聯(lián)于所述冷卻導(dǎo)管內(nèi)的多段紊流套；其中，每一紊流套具有沿軸向貫通的的貫穿孔，所述貫穿孔一端為錐形收縮口，另一端為錐形擴(kuò)張口，所述錐形收縮口和所述錐形擴(kuò)張口之間形成喉部，所述喉部為沿所述紊流套的軸向延伸的等徑喉管，所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有至少一組泄壓孔，每組泄壓孔包括沿所述等徑喉管周向呈放射狀分布的多個(gè)通孔；多段紊流套的貫穿孔依次貫通，形成與所述水冷噴嘴的內(nèi)腔貫通的、截面呈周期性變化的軋件通道。進(jìn)一步的，所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有多組所述泄壓孔，且多組所述泄壓孔沿所述等徑喉管的軸向排布。進(jìn)一步的，所述紊流套的錐形收縮口的收縮角度為20° 23°，所述紊流套的錐形擴(kuò)張口的擴(kuò)張角度為20° 23°，且所述紊流套的錐形收縮口的收縮角度與其錐形擴(kuò)張口的擴(kuò)張角度相同。進(jìn)一步的，每一紊流套的兩端分別固連有用于將多段所述紊流套串聯(lián)時(shí)進(jìn)行徑向定位以及軸向定位的定位法蘭；所述定位法蘭為圓盤式結(jié)構(gòu)，其端面上沿周向設(shè)有多個(gè)定位銷孔，其外周面上開(kāi)設(shè)有沿所述定位法蘭的軸向貫通的多個(gè)溝槽。進(jìn)一步的，所述入口導(dǎo)管具有軸向貫通的內(nèi)腔，且所述入口導(dǎo)管的內(nèi)腔一端為錐形收縮口，另一端為錐形擴(kuò)張口。本實(shí)用新型的有益效果為本實(shí)用新型水冷裝置的水冷單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在對(duì)軋件進(jìn)行水冷處理時(shí)，軋件表層不會(huì)產(chǎn)生過(guò)冷，因此軋件表層不會(huì)出現(xiàn)馬氏體、魏氏體等異常組織，軋件的心部熱量向外散失的速度和表層溫降速度可以得到合理控制，使軋件的冷卻速度介于緩慢冷卻和快速冷卻之間，經(jīng)過(guò)本實(shí)用新型水冷裝置的水冷單元控制冷卻的軋件其外層溫度較低抑制晶粒長(zhǎng)大，內(nèi)層溫度向外層擴(kuò)散的速度合理，相應(yīng)加快了內(nèi)層的冷卻，內(nèi)層晶粒也得到抑制，內(nèi)外層晶粒都得到抑制，提高軋件的屈服強(qiáng)度、反彎、焊接性能、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性等綜合性倉(cāng)泛。

圖I表示本實(shí)用新型的水冷裝置的水冷單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2表示本實(shí)用新型的水冷裝置的水冷單元的外觀示意圖；圖3表示水冷噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4表示圖3中A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；圖5表示紊流管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6表示紊流套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖I表示圖6中B-B向結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。如圖I所示，本實(shí)用新型提供了一種水冷裝置的水冷單元，其包括依次連接的入口導(dǎo)管I、水冷噴嘴2、紊流管3和出口定位導(dǎo)管4，其中，如圖3所示，水冷噴嘴2包括軸向貫通的管體21，側(cè)壁上具有進(jìn)水口 211 ;以及，噴嘴本體22，具有沿軸向貫通的內(nèi)腔220，設(shè)置于管體21內(nèi)、并與管體21之間形成與進(jìn)水口 211連通的集水腔23 ；噴嘴本體22上沿周向設(shè)有第一噴射通道22a,第一噴射通道22a的進(jìn)水端與集水腔23連通，其出水端與噴嘴本體22的內(nèi)腔220相通，且第一噴射通道22a自其進(jìn)水端至出水端逐漸向噴嘴本體22的軸心收斂，第一噴射通道22a與噴嘴本體22的軸心線之間形成第一噴射角(圖3中第一噴射角為α )；噴嘴本體22上沿周向還設(shè)置有第二噴射通道22b，第二噴射通道22b的進(jìn)水端與集水腔23連通，其出水端與噴嘴本體22的內(nèi)腔220相通，且第二噴射通道22b自其進(jìn)水端至出水端逐漸向噴嘴本體22的軸心收斂，第二噴射通道22b與噴嘴本體22的軸心線之間形成第二噴射角(圖3中第二噴射角為β )；第一噴射通道22a與第二噴射通道22b的收斂方向大致相同，從而第一噴射通道22a噴出的射流水平方向與第二噴射通道22b噴出的射流水平方向均與軋件行進(jìn)方向相同；且第一噴射角α小于第二噴射角β ,從而第一噴射通道22a噴出的射流與第二噴射通道22b噴出的射流可交叉。本實(shí)用新型水冷裝置的水冷單元在對(duì)軋件進(jìn)行冷卻時(shí)，軋件依次穿過(guò)入口導(dǎo)管I、水冷噴嘴2、紊流管3和出口定位導(dǎo)管4，冷卻水自水冷噴嘴2的進(jìn)水口 211進(jìn)入集水腔23內(nèi)，并在集水腔23內(nèi)充滿后沿第一噴射通道22a和第二噴射通道22b交叉高速噴出，其中，第一噴射通道22a噴射出小噴射角射流束，在軋件表面可形成高速流體，流體的沖擊力大，有利于破壞軋件表面的蒸汽膜；第二噴射通道22b噴射出大噴射角射流束，會(huì)延長(zhǎng)軋件上的破膜長(zhǎng)度，增大蒸汽膜破壞面積，提高換熱效率，因此使得軋件水冷強(qiáng)度得到合理的控制，冷卻均勻；而水冷噴嘴2采用兩個(gè)噴射通道，也增大了冷卻水流量，在對(duì)軋件冷卻時(shí)，可實(shí)現(xiàn)大流量、低水冷的冷卻工藝，冷卻效果好，冷卻水的流量可進(jìn)行控制，從而使得軋件冷卻速度得以控制，軋件的表層不會(huì)產(chǎn)生過(guò)冷，因而軋件表層不會(huì)出現(xiàn)馬氏體、魏氏體等異常組織，軋件的心部熱量向外散失的速度和表層溫降速度得到合理控制。另外，在對(duì)軋機(jī)進(jìn)行水冷處理過(guò)程中，水冷噴嘴2的第二噴射通道22b的大噴射角射流束的較大垂直分量會(huì)被第一噴射通道22a的小噴射角射流束阻擋和消耗，改變了以往水冷噴嘴2以單一噴射角進(jìn)行噴射而形成柱狀噴射的方式，兩股射流束相互作用，削弱了冷卻水射流的動(dòng)能，形成均勻射流，減少了強(qiáng)水流對(duì)軋件的沖擊，避免了軋件在水冷裝置中竄動(dòng)，從而避免軋件內(nèi)部組織發(fā)生不良變化。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，軋件脫離軋機(jī)進(jìn)入水冷單元后，由于摩擦阻力，逐漸減少前進(jìn)的動(dòng)力，本實(shí)用新型水冷單元的水冷噴嘴2按流體力學(xué)角度噴射，可對(duì)軋機(jī)產(chǎn)生托浮和向前推進(jìn)的作用力。以下提供一種噴嘴本體22的優(yōu)選實(shí)施裝配方式。如圖2和圖3所示，噴嘴本體22包括內(nèi)錐套221，具有向其軸心收斂的第一錐面，第一錐面的素線與內(nèi)錐套221的軸心線之間夾角大小為α，第一錐面上沿周向均勻分布有多個(gè)沿第一錐面的素線方向延伸的直導(dǎo)流槽221a，每一直導(dǎo)流槽221a進(jìn)水端與集水腔23連通，出水端與內(nèi)錐套221的內(nèi)腔連通；以及，外錐套222，具有與第一錐面配合的第二錐面，且第二錐面與第一錐面的多個(gè)直導(dǎo)流槽221a配合，而形成沿第一錐面的素線方向而向內(nèi)錐套221軸心收斂的第一噴射通道22a ；外錐套222上沿其周向均勻分布有多個(gè)直排孔222a，每一直排孔222a進(jìn)水端與集水腔23連通，出水端與外錐套222的內(nèi)腔連通，多個(gè)直排孔222a的進(jìn)水端至多個(gè)直排孔222a的出水端逐漸收斂，而形成向外錐套222軸心收斂的第二噴射通道22b，每一直排孔222a的中心線與外錐套222軸心線之間夾角為β。圖4為第一噴射通道22a和第二噴射通道22b的斷面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，第一噴射通道22a的多個(gè)直流槽沿內(nèi)錐套221周向均勻分布，第二噴射通道22b的多個(gè)直排孔222a沿外錐套222周向均勻分布，由于第二噴射通道22b的第二噴射角大于第一噴射通道22a的第一噴射角，則構(gòu)成第二噴射通道22b的多個(gè)直排孔222a位于構(gòu)成第一噴射通道22a的多個(gè)直導(dǎo)流槽221a的外圍。如圖3所示，本實(shí)施例中，優(yōu)選的，多個(gè)直導(dǎo)流槽221a與多個(gè)直排孔222a呈空間交錯(cuò)設(shè)置。此外，需要說(shuō)明的是，圖4中所示直導(dǎo)流槽221a與直排孔222a的數(shù)量均為6個(gè)，且6個(gè)直導(dǎo)流槽221a和6個(gè)直排孔222a交錯(cuò)設(shè)置，在實(shí)際應(yīng)用中，直導(dǎo)流槽221a與直排孔222a可根據(jù)工藝要求確定數(shù)量和孔徑。本實(shí)施例中，優(yōu)選的，多個(gè)直導(dǎo)流槽221a的出水端與多個(gè)直排孔222a的出水端相交，且相交處位于噴嘴本體22的內(nèi)腔壁上，這種結(jié)構(gòu)第一噴射通道22a與第二噴射通道22b噴射的射流之間相互作用效果最好。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，在保證第一噴射通道22a與第二噴射通道22b噴射的射流交叉的前提下，多個(gè)直導(dǎo)流槽221a的出水端與多個(gè)直排孔222a的出水端也可以設(shè)計(jì)為不相交。本實(shí)施例中，優(yōu)選的，內(nèi)錐套221與外錐套222之間還可以設(shè)置有用于調(diào)節(jié)內(nèi)錐套
7221與外錐套222配合間隙的調(diào)節(jié)墊片，通過(guò)該調(diào)節(jié)墊片可調(diào)節(jié)第一噴射通道22a的冷卻水流量。采用上述結(jié)構(gòu)的噴嘴本體22由于第一噴射通道22a是由第一錐面和第二錐面配合形成，則可通過(guò)調(diào)節(jié)第一錐面與第二錐面的配合間隙調(diào)整第一噴射通道22a的流量，從而控制冷卻水的流量；另外，第一噴射通道22a采用多個(gè)直流槽與第二錐面配合形成，也就是說(shuō)，第一噴射通道22a采用孔洞射流方式，而第二噴射通道22b采用多個(gè)直排孔222a形成，也是采用孔洞射流方式，則冷卻水中雜質(zhì)不易堵塞直流槽和直排孔222a，且大流速冷卻水對(duì)直流槽和直排孔222a的沖蝕影響小，進(jìn)而保證了冷卻水的流量。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，噴嘴本體22還可以采用其他結(jié)構(gòu)形式，例如噴嘴本體22不采用內(nèi)錐套221與外錐套222配合的結(jié)構(gòu)形式，而是設(shè)計(jì)為一整體結(jié)構(gòu)，在該整體結(jié)構(gòu)的噴嘴本體22上設(shè)置收斂的第一噴射通道22a和第二噴射通道22b，并滿足第一噴射角小于第二噴射角；或者，噴嘴本體222仍采用內(nèi)錐套221和外錐套222配合，而第一噴射通道22a由內(nèi)錐套221與外錐套222構(gòu)成的環(huán)形縫隙形成；或者，噴嘴本體22仍為內(nèi)錐套221和外錐套222配合，而形成第一噴射通道22a的多個(gè)直導(dǎo)流槽221a設(shè)置于外錐套222的第二錐面上等，在此不一一列舉。另外，現(xiàn)有技術(shù)中，水冷單元的紊流管3通常所采用的紊流套在結(jié)構(gòu)上由于其喉部極短，容易導(dǎo)致冷卻水紊流程度過(guò)高、水壓波動(dòng)大，換熱系數(shù)大、冷卻強(qiáng)度高、溫度梯度大的問(wèn)題，為了進(jìn)一步提高軋件水冷效果，本實(shí)用新型水冷裝置的水冷單元對(duì)其紊流管3結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了改進(jìn)。如圖5至7所示，本實(shí)用新型的水冷單元的紊流管3包括冷卻導(dǎo)管31;以及，依次串聯(lián)于冷卻導(dǎo)管31內(nèi)的多段紊流套32 ;其中，每一紊流套32具有一軸向貫通的用于供冷卻水通過(guò)的貫穿孔，該貫穿孔的一端為錐形收縮口 321，另一端為錐形擴(kuò)張口 322，在錐形收縮口 321與錐形擴(kuò)張口 322之間形成喉部；本實(shí)用新型水冷單元中采用的紊流套32改進(jìn)之處就在于，加長(zhǎng)了喉部的長(zhǎng)度，將喉部設(shè)計(jì)為一沿該紊流套32軸向延伸而具有一定長(zhǎng)度的等徑喉管323，等徑喉管323的內(nèi)壁上設(shè)有多組泄壓孔324，每組泄壓孔324包括沿等徑喉管323周向設(shè)置的、呈放射狀分布的多個(gè)通孔。本實(shí)用新型水冷裝置的水冷單元中，紊流套32的錐形收縮口 321、等徑喉管323和錐形擴(kuò)張口 322使得多段該紊流套32串聯(lián)于冷卻導(dǎo)管31內(nèi)形成內(nèi)徑呈周期性變化的紊流管3，紊流管3的內(nèi)徑變化促進(jìn)了冷卻水之間動(dòng)能和熱量的交換，通過(guò)對(duì)紊流套32的錐形收縮口 321、錐形擴(kuò)張口 322之間的喉部改進(jìn)，將喉部的長(zhǎng)度加長(zhǎng)而形成一沿紊流套32軸向延伸而具有一定長(zhǎng)度的等徑喉管323，增加了導(dǎo)向作用，并且其結(jié)構(gòu)上增加了泄壓孔324，具有泄壓能力，降低了正壓的形成，能減輕軋件在高速穿過(guò)水冷時(shí)的阻力，同時(shí)，喉部加長(zhǎng)形成具有一定長(zhǎng)度的等徑喉管323，冷卻水流體在從紊流套32的錐形收縮口 321進(jìn)入等徑喉管323后，可在等徑喉管323內(nèi)作微穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，降低了水壓波動(dòng)，減少了冷卻水造成對(duì)軋件的沖擊；換熱系數(shù)和冷卻強(qiáng)度也可以有效控制，沿?cái)嗝娣较虻臏囟忍荻确植夹?，容易控制冷卻溫度，從而可以實(shí)現(xiàn)輕穿水、低過(guò)冷、小溫差的冷卻工藝。[0063]本實(shí)施例中，等徑喉管323的長(zhǎng)度優(yōu)選為軋件直徑為l(T20mm時(shí)，等徑喉管323長(zhǎng)度為6(Tl00mm。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，等徑喉管323的長(zhǎng)度可根據(jù)軋件的規(guī)格尺寸以及工藝要求進(jìn)行合理調(diào)整，在此不再進(jìn)行列舉。等級(jí)喉管的直徑是控制換熱系數(shù)和冷卻強(qiáng)度的關(guān)鍵。等徑喉管323直徑過(guò)大，則冷卻水流量大，冷卻不均勻，軋件會(huì)產(chǎn)生波浪彎；而等徑喉管323直徑過(guò)小，則軋件與管壁易發(fā)生摩擦，而對(duì)軋機(jī)產(chǎn)生阻力。本實(shí)施例中，優(yōu)選的，軋件直徑為IOmm時(shí)，等徑喉管323直徑優(yōu)選為20mm，既滿足要求的正壓力值，又避免軋件與管壁發(fā)生摩擦；軋件直徑為12 16mm時(shí)，等徑喉管323直徑優(yōu)選為30mm ;軋件直徑為18 22mm時(shí)，等徑喉管323直徑優(yōu)選為35mm ；軋件直徑為25 36時(shí)，等徑喉管323直徑優(yōu)選為60mm。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，等徑喉管323的直接刻根據(jù)軋件規(guī)格尺寸以及工藝要求進(jìn)行合理調(diào)整，在此不再一一列舉。本實(shí)施例中，優(yōu)選的，如圖5和圖6所示，多組泄壓孔324沿等徑喉管323的軸向排布。本實(shí)用新型水冷單元的紊流套32在等徑喉管323的內(nèi)壁上設(shè)置多組泄壓孔324，軋件經(jīng)過(guò)等徑喉管323時(shí)，冷卻水可通過(guò)泄壓孔324流出等徑喉管323，減少了冷卻水的壓力波動(dòng)，降低了軋件在高速穿過(guò)水冷時(shí)的阻力，而加長(zhǎng)等徑喉管323的長(zhǎng)度，等徑喉管323上的泄壓孔324可獲得大的雷諾數(shù)，調(diào)節(jié)冷卻水壓力和流體的層流和紊流狀態(tài)，對(duì)等徑喉管323內(nèi)正壓區(qū)起到泄壓作用，進(jìn)一步保證換熱均勻。當(dāng)然可以理解的是，實(shí)際應(yīng)用中，等徑喉管323內(nèi)壁上的泄壓孔324也可以僅設(shè)置一組，每組泄壓孔324中通孔的數(shù)量和大小可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y的大小直接影響紊流管3中湍流的大小，進(jìn)而影響冷卻強(qiáng)度。紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y小,冷卻水速度分布均勻；紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y大，流體速度分布不均，但是會(huì)增加紊流程度，熱交換強(qiáng)度高。而冷卻區(qū)的大小取決于紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322的擴(kuò)張角度大小，紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322的擴(kuò)張角度δ大，則均勻區(qū)愈短，紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322冷卻水的軸向流速低；錐形擴(kuò)張口 322的擴(kuò)張角度δ小，則均勻區(qū)愈長(zhǎng)，紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322冷卻水的軸向流速高。因此，合適的紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y既可以使流體速度均勻又可以達(dá)到一定的紊流程度，而合適的紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322擴(kuò)張角度S既可以保證合理的冷卻區(qū)又可以得到理想的軸向流速。本實(shí)施例中，優(yōu)選的，紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y與紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322的擴(kuò)張角度δ均為20° 23°。紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y與紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322的擴(kuò)張角度δ均為20° 23°時(shí)，水流產(chǎn)生的湍流適中，在總水量相同的情況下，流速均勻，冷卻效果會(huì)更好，同時(shí)，冷卻水對(duì)軋件的阻力也小。另外，紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y與錐形擴(kuò)張口 322的擴(kuò)張角度δ相等時(shí)，為對(duì)稱型紊流套32;錐形收縮口 321的收縮角度Y與錐形擴(kuò)張口 322的擴(kuò)張角度S不相等時(shí)，為非對(duì)稱型紊流套32。本實(shí)施例中，優(yōu)選的，本實(shí)用新型的紊流套32設(shè)計(jì)為對(duì)稱型結(jié)構(gòu)，即紊流套32的錐形收縮口 321的收縮角度Y與紊流套32的錐形擴(kuò)張口322的擴(kuò)張角度δ相等，采用這種對(duì)稱型的紊流套32設(shè)計(jì)方案可加強(qiáng)軋件的冷卻均勻。此外，本實(shí)施例中，優(yōu)選的，如圖5和圖6所示，紊流套32的兩端分別固連有定位法蘭320，定位法蘭320為圓盤式結(jié)構(gòu)，其端面上沿周向設(shè)有一個(gè)定位銷孔150。當(dāng)多段紊流套32進(jìn)行串聯(lián)組裝于冷卻水管內(nèi)時(shí)，定位法蘭320的外圓與冷卻導(dǎo)管31的內(nèi)壁接觸，而對(duì)該紊流套32進(jìn)行徑向定位，每段紊流套32上的定位銷孔150與其相鄰的紊流套32上的定位銷孔對(duì)應(yīng)連接一起，而對(duì)多段紊流套32進(jìn)行軸向定位。此外，本實(shí)施例中，優(yōu)選的，在定位法蘭320的外周面上沿定位法蘭軸向還開(kāi)設(shè)有軸向貫通的多個(gè)溝槽3202，在多段紊流套32串聯(lián)組成紊流管3時(shí)，多個(gè)溝槽與冷卻導(dǎo)管31內(nèi)壁之間、以及多段紊流套32的外壁與冷卻導(dǎo)管內(nèi)壁之間可進(jìn)行相互貫通，從而調(diào)節(jié)紊流套32內(nèi)的冷卻水。如圖7所示，喉部沿其周向均勻分布有多組泄壓孔3201，每一泄壓孔3201進(jìn)水端與喉管323內(nèi)腔連通，出水端與冷卻導(dǎo)管31的內(nèi)腔連通，這樣可以有效的調(diào)節(jié)紊流套32內(nèi)腔喉管處的水壓。如圖I所示，本實(shí)用新型水冷單元的紊流管3在對(duì)軋件進(jìn)行水冷處理時(shí)，其進(jìn)口端與水冷噴嘴2連接固定，且在冷卻導(dǎo)管31的第一法蘭與水冷噴嘴2的法蘭之間設(shè)有第一密封墊；冷卻導(dǎo)管31的出口端通過(guò)第二法蘭可以與出口定位導(dǎo)管4固定連接，在冷卻導(dǎo)管31的第二法蘭與出口定位導(dǎo)管4法蘭之間設(shè)有第二密封墊。如圖5所示，本實(shí)用新型水冷單元的紊流管3在對(duì)軋件進(jìn)行水冷時(shí)，冷卻水流體進(jìn)入其中一段紊流套32的錐形收縮口 321，經(jīng)紊流套32的錐形收縮口 321進(jìn)入到等徑喉管323內(nèi)時(shí)，由于等徑喉管323內(nèi)徑最小，此處的流體速度最大，壓力最小；再進(jìn)入紊流套32的錐形擴(kuò)張口 322時(shí)，流體逐漸擴(kuò)散，速度下降，引起壓力逐漸升高；然后再進(jìn)入下一段紊流套32的錐形收縮口 321，由于收縮壁面阻擋，一部分流體受到撞擊而向回流動(dòng)，從而在兩段紊流套32之間形成渦流，渦流的存在增加流體的紊流程度，有利于換熱。本實(shí)用新型的紊流管3所采用的紊流套32由于喉部加長(zhǎng)形成一沿其軸向延伸的具有一定長(zhǎng)度的等徑喉管323，冷卻水在等徑喉管323內(nèi)可以作弱紊流態(tài)流動(dòng)，當(dāng)遇到等徑喉管323內(nèi)壁上的泄壓孔324時(shí)，流體的斷面發(fā)生變化會(huì)產(chǎn)生局部紊流，流體會(huì)加速流動(dòng)，而當(dāng)流體再進(jìn)入錐形擴(kuò)張口 322時(shí)，會(huì)由層流和弱紊流狀態(tài)轉(zhuǎn)變成強(qiáng)紊流。當(dāng)流體經(jīng)過(guò)一連串的紊流套32時(shí)，除沿棒材軸向高速流動(dòng)外，由于內(nèi)徑的周期性變化，造成壓力的周期性變化，而由于波動(dòng)壓力的沖擊，冷卻水在棒材表面也有較劇烈的攪動(dòng)，有利于軋件表面蒸汽膜破壞和氣泡分離，由于水流兩種狀態(tài)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，保證了流體具有較大的冷卻動(dòng)能，保證了合適的換熱系數(shù)，控制了冷卻強(qiáng)度，同時(shí)，保證了冷卻均勻性，軋件運(yùn)動(dòng)方向與流體運(yùn)動(dòng)方向相同，而等徑喉管323內(nèi)的流體為層流運(yùn)動(dòng)，使得冷卻水與軋件全面接觸，提高冷卻水利用率。由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型水冷單元的紊流管3通過(guò)采用將喉部加長(zhǎng)為等徑喉管323的紊流套32，加長(zhǎng)了正壓區(qū)的長(zhǎng)度，能減輕軋件在高速穿過(guò)水冷時(shí)的阻力，同時(shí)，紊流套32的喉部加長(zhǎng)形成具有一定長(zhǎng)度的等徑喉管323，等徑喉管323內(nèi)壁上設(shè)置泄壓孔324，冷卻水流體在從錐形收縮口 321進(jìn)入等徑喉管323后，可在等徑喉管323內(nèi)作層流和弱紊流狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，換熱系數(shù)和冷卻強(qiáng)度得到有效控制，沿?cái)嗝娣较虻臏囟忍荻确植夹?，容易控制冷卻溫度，從而可以實(shí)現(xiàn)輕穿水、低過(guò)冷、小溫差的冷卻工藝。另外，本實(shí)用新型的紊流管3所采用的紊流套32的錐形收縮口 321收縮角度Y較小,從而均勻區(qū)較長(zhǎng),有利于熱交換。本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施例中，軋件在通過(guò)水冷單元時(shí)，冷卻水流從水冷噴嘴2上沿第一噴射通道22a和第二噴射通道22b噴出，冷卻水流股直接轟擊軋件表面膜態(tài)沸騰所產(chǎn)生的氣液屏障，冷卻水可以采用含有氧化鐵等懸浮顆粒的渾濁水，其密度為5. 7，所以其動(dòng)能為水的5. 7倍。這樣會(huì)有效的破壞蒸汽膜，提高了冷卻水和軋件的熱交換強(qiáng)度，且由于冷卻水速度高于軋件運(yùn)行的速度，所以冷卻水對(duì)軋件起到了夾送的效果，因此降低了軋件在水冷裝置中的運(yùn)行阻力；軋件隨冷卻水在水冷噴嘴2和紊流管3交界處匯集后進(jìn)入紊流管3，紊流管3上加長(zhǎng)的等經(jīng)喉管及泄壓孔324結(jié)構(gòu)使得冷卻水保持紊流狀態(tài)，同時(shí)保持了冷卻水的壓力穩(wěn)定，達(dá)到了冷卻水同軋件熱交換的平衡，使軋件得到均勻的冷卻，當(dāng)軋件完 成冷卻后，進(jìn)入出口定位導(dǎo)管4。綜上所述，當(dāng)軋件進(jìn)入本實(shí)用新型水冷單元時(shí)，冷卻速度得以控制，軋件的表層不會(huì)產(chǎn)生過(guò)冷，因而軋件表層不會(huì)出現(xiàn)馬氏體、魏氏體等異常組織，由于軋件的心部熱量向外散失的速度和表層溫降速度合理控制，使軋件的冷卻介于緩慢冷卻和快速冷卻之間，經(jīng)過(guò)新型高效水冷單元的控制冷卻過(guò)程，外層溫度較低抑制晶粒長(zhǎng)大。內(nèi)層溫度向外層擴(kuò)散的速度合理，相應(yīng)加快了內(nèi)層的冷卻，內(nèi)層晶粒也得到抑制，內(nèi)外層晶粒都得到抑制，鋼筋的組織性能非常好。此外，本實(shí)用新型的水冷單元可以設(shè)置在棒材車間的中軋機(jī)組后，形成預(yù)水冷裝置，由于其對(duì)軋件冷卻可以有效控制，因此，在軋件進(jìn)入精軋機(jī)組前，溫降梯度也可以有效的控制，有利于控軋控冷的工藝實(shí)現(xiàn)。此外，本實(shí)用新型的水冷單元也可以設(shè)置在成品機(jī)架前，達(dá)到變形強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的效果，控軋控冷要求控制各道次的軋制溫度及終軋溫度，進(jìn)而控制道次之間及終軋后的奧氏體再結(jié)晶程度及再結(jié)晶后的晶粒大小，終軋溫度低，奧氏體化溫度低，低到再結(jié)晶區(qū)一下，可以抑制再結(jié)晶、保持奧氏體的狀態(tài)。則入水后保持了變形強(qiáng)化的影響，提高了鋼筋強(qiáng)度，從組織上保留有一定的位錯(cuò)密度及亞結(jié)構(gòu)，控制冷卻后的軋件力學(xué)性能會(huì)更好。以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種水冷裝置的水冷單元，其包括依次連接的入口導(dǎo)管、水冷噴嘴、紊流管和出口定位導(dǎo)管，其中，所述水冷噴嘴包括管體，其側(cè)壁上具有進(jìn)水口 ；噴嘴本體，具有軸向貫通的內(nèi)腔，其設(shè)置于所述管體內(nèi)，并與所述管體之間形成有與所述進(jìn)水口連通的集水腔；所述噴嘴本體上沿周向設(shè)有向其軸心收斂的第一噴射通道，所述第一噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第一噴射角；其特征在于，所述噴嘴本體上沿其周向還設(shè)有向其軸心收斂的第二噴射通道，所述第二噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第二噴射角；所述第一噴射通道與所述第二噴射通道的收斂方向相同，且所述第一噴射角小于所述第二噴射角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于，所述噴嘴本體包括內(nèi)錐套，具有向其軸心收斂的第一錐面，所述第一錐面上沿周向均勻分布有多個(gè)沿所述第一錐面的素線方向延伸的直導(dǎo)流槽，每一直導(dǎo)流槽進(jìn)水端與所述集水腔連通，出水端與所述內(nèi)錐套的內(nèi)腔連通；外錐套，具有與所述第一錐面配合的第二錐面，且所述第二錐面與所述內(nèi)錐套的第一錐面上的多個(gè)直導(dǎo)流槽配合，形成沿第一錐面的素線方向向所述內(nèi)錐套軸心收斂的所述第一噴射通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于所述外錐套內(nèi)部具有沿其周向均勻分布的多個(gè)直排孔，每一直排孔進(jìn)水端與所述集水腔連通，出水端與所述外錐套的內(nèi)腔連通，多個(gè)直排孔的進(jìn)水端至多個(gè)直排孔的出水端逐漸收斂，而形成向所述外錐套軸心收斂的所述第二噴射通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于多個(gè)直導(dǎo)流槽與多個(gè)直排孔呈空間交錯(cuò)，且多個(gè)直導(dǎo)流槽的出水端與多個(gè)直排孔的出水端相交于所述噴嘴本體的內(nèi)腔壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于所述內(nèi)錐套與所述外錐套之間設(shè)置有用于調(diào)節(jié)所述第一噴射通道流量的調(diào)節(jié)墊片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任一項(xiàng)所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于，所述紊流管包括冷卻導(dǎo)管；以及，依次串聯(lián)于所述冷卻導(dǎo)管內(nèi)的多段紊流套；其中，每一紊流套具有沿軸向貫通的的貫穿孔，所述貫穿孔一端為錐形收縮口，另一端為錐形擴(kuò)張口，所述錐形收縮口和所述錐形擴(kuò)張口之間形成喉部，所述喉部為沿所述紊流套的軸向延伸的等徑喉管，所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有至少一組泄壓孔，每組泄壓孔包括沿所述等徑喉管周向呈放射狀分布的多個(gè)通孔；多段紊流套的貫穿孔依次貫通，形成與所述水冷噴嘴的內(nèi)腔貫通的、截面呈周期性變化的軋件通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于所述等徑喉管的內(nèi)壁上具有多組所述泄壓孔，且多組所述泄壓孔沿所述等徑喉管的軸向排布。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于所述紊流套的錐形收縮口的收縮角度為20° 23°，所述紊流套的錐形擴(kuò)張口的擴(kuò)張角度為20° 23°，且所述紊流套的錐形收縮口的收縮角度與其錐形擴(kuò)張口的擴(kuò)張角度相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于每一紊流套的兩端分別固連有用于將多段所述紊流套串聯(lián)時(shí)進(jìn)行徑向定位以及軸向定位的定位法蘭；所述定位法蘭為圓盤式結(jié)構(gòu)，其端面上沿周向設(shè)有多個(gè)定位銷孔，其外周面上開(kāi)設(shè)有沿所述定位法蘭的軸向貫通的多個(gè)溝槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水冷裝置的水冷單元，其特征在于所述入口導(dǎo)管具有軸向貫通的內(nèi)腔，且所述入口導(dǎo)管的內(nèi)腔一端為錐形收縮口，另一端為錐形擴(kuò)張口。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種水冷裝置的水冷單元，包括依次連接的入口導(dǎo)管、水冷噴嘴、紊流管和出口定位導(dǎo)管，水冷噴嘴包括管體，側(cè)壁上有進(jìn)水口；噴嘴本體，具有軸向貫通的內(nèi)腔，設(shè)置于管體內(nèi)，并與管體之間形成有集水腔；噴嘴本體上沿周向設(shè)有向其軸心收斂的第一噴射通道，第一噴射通道與噴嘴本體的軸心線之間形成第一噴射角；噴嘴本體上沿其周向還設(shè)有向其軸心收斂的第二噴射通道，第二噴射通道與噴嘴本體的軸心線之間形成第二噴射角；第一噴射通道與第二噴射通道的收斂方向相同，且第一噴射角小于第二噴射角。本實(shí)用新型水冷裝置的水冷單元水冷處理的軋件表層不會(huì)出現(xiàn)異常組織，合理控制心部熱量向外散失的速度和表層溫降速度，提高軋件綜合性能。
文檔編號(hào)B21B45/02GK202725649SQ201220378740
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者梁鴻, 熊堅(jiān), 馬志勇, 童鎮(zhèn), 劉煒, 孫長(zhǎng)城, 王任全, 李新林 申請(qǐng)人:北京京誠(chéng)瑞信長(zhǎng)材工程技術(shù)有限公司