層流冷卻

層流就是使低水頭的水從水箱或集水管中通過彎曲管的作用形成一無旋和無脈動的流股，這種流股從外觀上看如同透明的棒一樣，液體質點無任何混雜現象。

定義

層流就是使低水頭的水從水箱或集水管中通過彎曲管的作用形成一無旋和無脈動的流股，這種流股從外觀上看如同透明的棒一樣，液體質點無任何混雜現象。這樣的層流態的水從一定高度降落到鋼板表面上會平穩地向四周流去，從而擴大了冷卻水同板材的有效接觸，大大提高了冷卻效率。層流冷卻的特點是冷卻設備的流量範圍基本上是一定的。

層流冷卻

層流冷卻廣泛套用於熱軋板帶生產線上，安放在熱連軋機組的後方、卷取機的前方。

採用層狀水流對熱軋鋼板或帶鋼進行的軋後線上控制冷卻工藝。將數個層流集管安裝在精軋機輸出輥道的上方，組成一條冷卻帶，鋼板(帶)熱軋後通過冷卻帶進行加速冷卻。

具體描述

日本柵藝艮對各種流體所作的實驗得出係數Jet的定義，給層流、湍流、噴霧流以具體的描述：

Jet=γdv2/σg(γa/γ)0.55

式中d為噴嘴直徑，m；γ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2 ；v為噴出速度，m/s；σ為表面張力，kN/m；γa為空氣密度，kg/m。並且得出Jet<0.1時水是一滴滴地流下；Jet≥0.1～10時是層流；Jet>10～400時是湍流；Jet>400時則是噴霧流。由於噴嘴結構和層流水流的形狀不同，層流冷卻又分為管層流冷卻和幕狀層流冷卻。

冷卻方式

管層流冷卻(pipe laminar flow cooling) 管層流冷卻方式是最早套用於帶鋼加速冷卻的層流冷卻方式。將若干個裝有U形管的集管安置在輸出輥道的上方，組成一個幾十米到100多米長的冷卻帶。對板帶鋼的上表面進行冷卻，也稱虹吸管層流冷卻。整個冷卻帶分為若干個冷卻段，通過控制水的流量、開啟冷卻段的數目和改變輥道速度來控制板帶鋼的冷卻速度和終冷溫度。在板帶鋼的下方裝有多個噴射冷卻噴嘴，對下表面進行冷卻。層流冷卻的工藝流程如圖1所示。

工藝流程

1-微調段(7個傾翻架)；2-正常冷卻段(11個傾翻架)；3-微調段(1個傾翻架) 。

管層流冷卻裝置中一個集管的示意如圖2。在一個集管上安裝若干個倒U形虹吸管，冷卻水通過進水管進入集管內，再經U形管流到板帶的上表面上。管內水壓一般為1～3kPa，U形管的內徑根據所需流量進行計算、選擇，通常為15～30mm。從U形管流下的柱狀層流水流，必須具有一定的衝擊力，以衝破鋼板上的水層和鋼板表面產生的蒸汽膜，才能提高冷卻效率。為此管層流集管必須設在輥道上方一定的高度上，一般為1.5～2m。這種冷卻方式的特點是：(1)冷卻集管數目多，冷卻帶長，占地面積大；(2)U形管數目多，並且容易堵塞，維修費用高；(3)耗水量較大。

管層流冷卻集管示意圖

圖2管層流冷卻集管示意圖

1-U形管；2-集水管

水幕冷卻(curtain wall cooling) 在精軋機出口輸出輥道的上方設定數個水幕集管，從集管流下的幕狀層流水流對鋼板的上表面進行冷卻。也稱幕狀層流冷卻。在輥道的下方設定下水幕(向上噴出幕狀水流的集管)或噴射噴嘴，以冷卻鋼板的下表面。這種冷卻方式的特點是：(1)冷卻能力大；(2)集管數目少，可減少冷卻帶長度；(3)噴口不易堵塞，維修管理費用較低；(4)耗水量較大。

結構

水幕集管具有特殊的結構，集管的下部有一條與鋼板寬度相當的狹縫。水從狹縫流下，形成連續透明的幕狀層流，冷卻鋼板的上表面。圖3為水幕冷卻的示意圖。上水幕集管內的壓力一般為1～2kPa。下水幕集管放在鋼板的下方，從輥道間向上噴水，向上的噴口也是狹縫式，但集管內部結構與上水幕不同。下水幕集管內的壓力一般為10～20kPa。從上水幕集管流下的幕狀水流，在落到鋼板上時發生了寬度的減少，這叫水幕的寬縮現象。寬縮大小由寬縮率K(％)表示：

K=2Δl/l

式中l為水幕出噴口時寬度；Δl為落到鋼板上的水幕寬度一側的減少量。一個好的水幕集管。寬縮率應該很小，或接近於零。在實際套用中，將數對上下水幕集管放置在輥道的上、下方，對鋼板(帶)進行上下雙面冷卻。通過改變水幕集管的開啟組數和改變輥道速度及水幕集管的流量，來控制鋼板的冷卻速度和終冷溫度。

圖3水幕冷卻示意圖

1-上水幕集管；2-上水幕水流；3-下水幕集管；4-輥道；5-鋼板