Vol.26 No.2 王邦文等：流射沸腾冷却强化机理 ·171 制对流沸腾（管内沸腾），加热壁面沉浸在具有自 于汽化核心对换热起着决定性影响，这两区的沸 由表面的液体中所发生的沸腾称为大容器沸腾 腾统称为核沸腾（或称为泡状沸腾）.核沸腾具有 (如图8所示).液体主体温度达到饱和温度，壁 温压小、换热强的特点. 温高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾. 通过对流射的出口速度、高度、直径及水柱 从起始沸腾点开始，在加热面的某些特定点上 间距的优化的实验研究，获取了在整个钢板截面 (称为汽化核心)产生汽泡，开始阶段，汽化核心 上尽可能多的核沸腾区， 产生的汽泡互不干扰，称为孤立汽泡区，随着 流射沸腾冷却强化的核心，就是利用常压水 △1=(t-)进一步增加，汽化核心增加，汽泡互相 (0.1MPa)形成的水柱，以一定速度贯穿水层与 影响，并汇和成汽块及汽柱.在这两区中，汽泡的 钢板表面直接接触，由于瞬间的急冷，产生“黑 扰动剧烈，换热系数和热流密度都急剧增大.由 区”，引起强烈沸腾，该沸腾区向半径方向扩展， 使流水具有很强的冷却能力.再利用上述柱状射 流平均热流密度的最大值，构造高密集管流结 稳定暖 1.2 核沸腾过渡沸腾态沸腾 构.通过对射流出口速度、高度、直径及水柱间距 1.0 的优化，造成整个钢板横截面的极强冷却区. 0.8 利用冷却过程的核沸腾、过渡沸腾和膜沸腾 0.6 不同阶段的冷却能力，在强冷区中间，辅之以适 0.4 自然对 起始沸腾点 当的横向吹扫去除老水和汽膜，增强水柱对钢板 0.2 的接触.最后在密集集管沿纵向定位上，采用集 24681010010002000 管前密后疏的布置，削弱膜沸腾的隔热影响，达 壁面过热温度△t 到同一水量最大冷却效果，太钢淬火控冷系统首 图8饱和水在水平加热面上的沸腾曲线 次应用了以上冷却强化技术，取得了理想的效 Fig.8 Boiling curve of saturated water on the level heating 果.表1和表2对比了不同冷却机理的冷却速率 surface 和耗水值， 表1不同冷却机理的冷却速率 Table 1 Cooling velocities of different cooling mechanisms 钢板厚 太钢淬火 4300mm轧机轧后控冷装置 POSCO汽水冷淬火装置太钢新型淬火控冷系统 度/mm 要求 (实测值) (资料值) (实测值) 20 14.17℃s 15.51℃s 21.61℃/s 45.2℃/s 40 9.44℃s 9.52℃1s 10.87℃/s 22.54℃/s 表2不同冷却机理对应8m×2m板当量耗水量 mm的钢板相应的单位耗水量是进口宽板辊式淬 Table 2 Equivalent water consumptions of different cool- 火机的48%，对厚40mm的钢板则是44%. ing mechanisms for plates of 8 mx2 m 宽板辊式淬火机太钢新型淬火控 钢板厚度mm 2与当前国内外同类研究、同类技 (实测值) 冷系统（实测值） 20 35.58m 16.96m3 术的综合比较7 40 86.05m3 37.68m 目前中厚板炉后淬火机国内外主要有两种 从表中看出，开发的流射沸腾强化冷却技术 机型：一种是压力淬火机，另一种是辊式淬火机. 的效果是良好的，冷却速率远远高于太钢工艺的 国内投产的淬火机基本是进口产品.在满足太钢 要求.对20mm厚的不锈钢板，实测值为要求值 淬火机要求条件下（板厚h=640mm,冷却速率 的3.18倍，为POSC0的2倍，实测的平均冷却速 对板厚h=20mm为14.17℃s,对板厚h=40mm 率也比进口的辊式淬火机高得多.对于薄板，新 为9.44℃s,供水系统不大于900mh).以上两种 淬火机的冷却速率实测值可达173℃s,对厚20 淬火机和太钢新型淬火技术性能的比较如表3.从， 一 王 邦文 等 流射沸腾冷 却强 化机 理 制对 流 沸腾 管 内沸腾 加 热壁 面沉浸 在具 有 自 由表 面 的液 体 中所 发 生 的沸 腾 称 为 大 容 器 沸 腾 如 图 所 示 液 体 主 体温 度 达 到饱 和 温 度 九 ， 壁 温 ‘ 高于饱 和 温 度 所 发 生 的沸 腾 称 为饱 和 沸腾 从 起 始 沸 腾 点 开 始 ， 在 加 热 面 的某 些 特 定 点 上 称 为汽 化 核心 产 生汽 泡 ， 开 始 阶段 ， 汽 化 核心 产 生 的汽 泡 互 不 干 扰 ， 称 为 孤 立 汽 泡 区 ， 随着 一 ，进 一 步 增 加 ， 汽 化 核 心 增 加 ， 汽 泡 互 相 影 响 ， 并汇 和 成汽 块及 汽柱 在 这 两 区 中 ， 汽 泡 的 扰 动 剧 烈 ， 换热 系数和 热 流 密度 都 急剧 增 大 由 ‘ · ， 津竺掣竺竺竺 卜 价八 自 工 尹沪 薰少 起始 “ 户芝︾沐甲 壁 面 过 热 温度△ 图 饱 和 水 在 水平 加 热 面 上 的沸 腾 曲线 · 于汽 化 核 心 对 换 热起着 决定 性影 响 ， 这 两 区 的沸 腾 统称 为核沸腾 或称 为泡状 沸腾 核 沸腾 具有 温 压 小 、 换 热 强 的特 点 通 过 对 流 射 的 出 口 速度 、 高度 、 直 径 及 水 柱 间距 的优 化 的实验 研 究 ， 获 取 了在 整 个钢 板截面 上 尽 可 能 多 的核沸 腾 区 流射 沸腾冷 却 强化 的核心 ， 就是 利用 常压 水 形 成 的水 柱 ， 以一 定速 度 贯 穿水 层 与 钢 板 表 面 直接 接触 ， 由于 瞬 间 的急冷 ， 产 生 “ 黑 区 ” ， 引起 强 烈 沸腾 ， 该沸 腾 区 向半 径 方 向扩 展 ， 使流 水 具 有很 强 的冷 却 能力 再 利用 上述柱状 射 流 平 均 热 流 密 度 的最 大值 ， 构 造 高 密 集 管 流 结 构 ， 通 过对射 流 出 口 速度 、 高度 、 直 径及 水 柱 间距 的优 化 ， 造 成 整 个钢 板 横截 面 的极 强冷 却 区 利用 冷 却 过 程 的核 沸腾 、 过 渡沸腾 和膜 沸 腾 不 同阶 段 的冷 却 能力 ， 在 强冷 区 中间 ， 辅之 以适 当的横 向吹扫 去 除老 水和 汽 膜 ， 增 强水柱对 钢 板 的接触 最 后 在 密 集集 管沿 纵 向定位 上 ， 采 用 集 管前 密后 疏 的布 置 ， 削弱 膜 沸腾 的隔 热 影 响 ， 达 到 同一 水 量 最 大冷 却 效果 太 钢 淬 火控 冷 系统 首 次 应 用 了 以上 冷 却 强 化 技 术 ， 取 得 了理 想 的效 果 表 和 表 对 比 了不 同冷 却机 理 的冷 却速 率 和 耗 水 值 表 不 同冷 却机 理 的冷 却速 率 到 血 钢 板厚 太 钢 淬火 轧机轧后 控冷装 置 汽 水 冷淬火装置 太 钢 新型 淬火 控冷 系统 度 要 求 实测值 资料 值 实测 值 ℃ ， ℃ ℃ ℃ ， ℃ ℃ ℃ ℃ 表 不 同 冷 却机 理 对 应 板 当量耗 水量 的钢 板 相应 的单位 耗 水 量是进 口 宽板 辊 式淬 火 机 的 ， 对 厚 们 的钢 板 则 是 钢 板厚 度 宽板辊 式 淬火机 太 钢 新 型淬火 控 实测值 冷 系统 实测值 〕 与 当前 国 内外 同 类研 究 、 同 类技 术 的综 合 比较‘ ， ， 从 表 中看 出 ， 开 发 的流 射沸 腾 强化 冷 却 技术 的效果 是 良好 的 ， 冷 却速 率远远 高于太 钢 工 艺 的 要 求 对 厚 的不锈 钢 板 ， 实测 值 为 要 求 值 的 倍 ， 为 的 倍 ， 实测 的平均 冷 却速 率也 比进 口 的辊 式 淬 火机 高得 多 对 于 薄 板 ， 新 淬火机 的冷 却 速 率 实测 值 可达 ℃ ， 对 厚 目前 中 厚 板 炉 后 淬 火 机 国 内外 主 要 有 两 种 机型 一种 是压 力淬火 机 ， 另一种是 辊式 淬火机 ， 国 内投 产 的淬 火机 基 本 是进 口 产 品 在 满 足 太 钢 淬 火机 要 求 条件 下 板 厚 卜 ， 冷 却 速 率 对 板 厚 二 为 ℃ ， 对 板厚 为 ℃ ， 供 水 系统 不 大 于 瓜 以上 两 种 淬 火机 和 太 钢 新型 淬 火技 术 性 能 的 比较 如表