1水冷却技术

在热轧工序中，采用水冷控制组织，提高钢材的强度、韧性和焊接性的材质控制工艺TMCP(热机械控制工艺)在上世纪80年代由日本率先采用，从此以后，它成为热轧工艺中不可或缺的技术，其应用范围越来越广。

TMCP采用的水冷却方式主要是移动式冷却方式，即一面使钢板移动，一面进行冷却的方式。在输出辊道的上下面设置了各种水喷嘴，从上下两面对钢板进行快速冷却。采用TMCP时，为确保材质均匀和形状平直，要求钢板必须均匀冷却，因此可以将下列冷却方式组合使用。

(1)层流冷却

层流冷却的方法是降低喷嘴出口流速，使水以层流的形状从喷嘴喷出，冲撞到钢板上。层流冷却用喷嘴有圆管状层流喷嘴和狭缝式层流喷嘴。采用层流冷却时，由于水是从距离钢板较远的位置落下，因此能有效消除水的动量产生的汽膜，并在水驻点获得高的冷却能力。

(2)喷射冷却

喷射冷却的方法是将水加压后喷出，由此利用其与周围空气隔绝的作用，使水的粒度变成100～500μm后冲撞到钢板上。通过控制水量密度，可以获得较广的冷却范围。

(3)喷雾冷却

喷雾冷却的方法是从水喷流的外围吹加压空气，使水成粒状后与空气一起冲撞到钢板上。通过控制空气量，可以在大的范围内调整冷却能力。我们将这种用空气使水变成粒状后不会产生大的动量来控制冷却能力的方法称作喷雾冷却。

(4)浸渍冷却

浸渍冷却是将钢板直接浸渍在水槽中进行冷却的方法。该冷却装置构成简单，但难以控制冷却的均匀性。通过各种实验，以喷嘴间距、喷嘴直径和水量密度等为参数，对水冷却法的特性进行了定量化。对许多实验数据采用回归式进行表示，据此计算出各种冷却方式的冷却温度范围和热流束的大小。

一般说来，采用水冷却时，在100～300℃范围内会出现核沸腾区域，随着温度的升高，热流束会增大，在200～300℃范围内出现最大热流束，在300～500℃范围内出现由核沸腾变为膜沸腾的转变沸腾区域，随着温度的升高，热流束会下降。当温度超过500℃时，会出现表面形成水蒸汽膜的膜沸腾区域，由于水蒸汽热阻抗的作用，热流束会下降。

由于冷却条件的不同，各区域的温度范围也不同。在转变沸腾区域，沸腾的现象是不稳定的，热流束会发生大的变化。要在该区域内使钢板均匀冷却是很困难的，因此几乎不在该区域对钢板进行冷却。但是，在热轧材的冷却工序中，采用SuperOLAC(超级在线快速冷却)进行冷却，不会出现转变沸腾区域，能将整个区域保持在核沸腾状态下，使钢板均匀、快速冷却。

2气体射流冷却技术

为消除冷轧后钢板的加工硬化，目前一般是采用连续退火炉对钢板进行退火。实现了在退火炉内一面使钢板连续移动，一面进行冶金学上所要求的加热和冷却循环。冷却主要采用气体射流冷却技术，使气体从喷嘴喷出，冲撞到钢板上进行冷却。

气体射流方式有配置数个圆孔喷嘴的多孔式气体射流方式和配置狭缝状喷嘴的狭缝式气体射流方式。采用狭缝式气体射流方式时，喷嘴呈喙状布置，气体容易向钢板宽度方向穿过，使钢板宽度方向的冷却均匀。为防止带材变形，因此可以在带材温度高的区域使用这种气体射流冷却方式。多孔式气体射流的每单位冷却能力高，一般用于预热带或最终冷却带等板带和冷却气体温差小的区域。

3轧辊冷却技术

为提高钢板的冷却速度和节能的要求，轧辊冷却技术已应用于实际。轧辊冷却的方法是使钢板直接与水从内部贯穿流过的旋转轧辊接触，通过接触传热进行冷却。轧辊冷却法的优点是运转动力比需要使大量气体循环的气体射流方式的小。

根据轧辊、冷轧钢板的表面光洁度和介质气体的传热系数，可以近似地计算出轧辊冷却的接触传热系数。轧辊冷却的课题是解决轧辊宽度方向的均匀接触问题。为解决这一问题，在轧辊表面开了吸气用的小孔，利用吸入压力使轧辊和钢板接触，采用这种抽吸方式使气体射到钢板表面，利用气体的喷射动压，可使轧辊和钢板均匀接触。采用轧辊冷却的传热系数是气体射流冷却的5～10倍。近年来，通过对轧辊的水路结构进行改进，提高了轧辊壳体部分的传热效率，降低了制造成本。

今后的发展趋势

为减轻车身重量、节约能耗和提高防碰撞的安全性，今后汽车业对高强度钢板的需求将越来越大。将钢板从再结晶温度快速冷却(例如，150℃／s以上)，可以生产出高强度钢板。如此快的冷却速度如果采用以往的以氮气为主要成分的气体射流冷却是不可能实现的，因此采用了喷雾冷却或浸渍冷却等方式，但缺点是表面会发生氧化，需要酸洗处理。

为实现在保持还原气氛的条件下进行快速冷却，人们期待着使用氢作冷却剂的气体射流冷却。由于氢的传热系数比氮大，因此在相同喷流条件下能获得高的冷却性能。由此可知，在氢浓度高的情况下，其传热系数是采用氮进行气体射流的2倍以上。采用氢气体射流时，通过优化喷嘴布置和喷出速度，可获得700W／(m2•K)以上的传热系数。

提高炉内气体的氢浓度可以提高气体射流的冷却能力，但由于氢是燃烧性强的气体，从安全性来考虑，日本的大型退火炉不采用这种方法。但是，在欧洲有些大型退火炉采用了氢浓度高的气体射流。今后，在不使用水的干气氛下对钢板进行快速冷却的技术是人们所期待的。

钢铁生产工艺中的加热和冷却技术已按照各工艺要求进行了不断的改进和开发，今后还应根据新的工艺要求，不断进行开发。尤其是，为进一步提高材质的均匀性和强度特性等产品质量，因此对快速加热和冷却技术的要求越来越高，对考虑到环保的节能与低污染加热和冷却技术的要求也将越来越高。为此，应进一步研究传热现象，改进现有技术，并将加热和冷却技术更好地融合到电磁技术领域和热化学领域，以满足各种工艺要求。

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