退火炉急冷段冷却器的改造

Dream

1　前言
　　国内各生产厂的球墨铸管退火工艺大都采用从奥氏体化温度急冷到共析温度以上50℃左右，然后缓慢冷却，得到要求的基体组织和力学性能。根据工艺要求，退火炉在急冷段的冷却器必须保证使铸管从奥氏体化温度快速冷至共析温度以上50℃左右，此段冷却过快，基体中就会出现大量的珠光体甚至渗碳体；如果冷却太慢，在随后的共析转变过程中基体也会出现过量珠光体，使铸管性能达不到要求。
　　我公司球墨铸管退火炉急冷段冷却器原采用套管换热器，冷却介质为空气。由于冷却器表面温度过高造成冷却器下弯，阻碍铸管通过，尤其是冷却器下弯使内部空气流通不畅，冷却强度减小，不能满足球墨铸管的退火工艺要求。为此我们将冷却器进行了彻底的改造，冷却介质由空气改为水。
2　球墨铸铁管的退火工艺
　　退火工艺曲线如图1所示。
　　从图1可以看出，退火工艺要求将管子在12min内从940℃快速冷至780℃，温差160℃，冷却速度为13.3℃／min。

图1　球墨铸铁管退火工艺曲线
　　按照退火炉的设计要求，对DN400、DN500、DN600、DN700的球墨铸管退火时，管子之间的间隔分别是1.32m、1.32m、 1.98m、1.98m，传动链条前进速度为0.5m／min，退火量分别是10.9t／h、15.2t／h、13.8t／h和17.5t／h，平均退火量为14.5t／h。
3　设计选材
3.1　传热计算
　　在实际生产中，由于急冷段炉体要散热，而保温段炉气也向急冷段传热，由于二者相差不大，可视为平衡，在设计计算时只考虑铸管本身带进急冷段的热量。
　　如图2所示，由于r2／r1≤2，热量从炉气传到冷却水可视为平面传热，整个传热过程可分为3个阶段。①热量从高温炉气传到冷却器外表面；②热量从冷却器外壁传到内壁；③热量从冷却器内壁传到水。

图2　炉气和冷却器热交换示意图
　　设铸管周围炉气温度为 tf1，冷却器外表面温度为tw1，内表面温度为tw2，冷却水温度为tf2，空气传热系数为α1，水传热系数为α2，钢的传热系数为λ，冷却器壁厚为δ，冷却器表面积为F，根据传热学原理，在时间τ内，上述3个传热过程的传热量是：
Q＝Fα1（tf1－tw1）.τ
①

②
Q＝Fα2（tw2－tf1）.τ
③
　　3个传热过程传热量是相同的，整理①式，②式、③式后得

④
　　或者表示为
Q＝F.K（tf1－tf2）.τ
⑤
　　其中K是整个传热过程总的传热系数

α1＝40W／m2.℃，α2＝6000W／m2.℃，钢的传热系数λ＝47.5W／m2.℃。根据以往生产经验，tf1＝800℃。为保证冷却水不结垢，出水温度tf2≤50℃，铸铁在800℃左右时比热容CP＝609J／kg.℃，选用δ＝5.5mm厚的无缝钢管做冷却水管，根据⑤式计算冷却端表面积F＝13.22m2。
3.2　冷却水管管径选择及布置
　　我公司球墨铸管退火炉急冷段长为5.5m，内腔宽为7.25m，为保证冷却均匀，冷却器设计为4组8根冷却水管，冷却水管外径：

d＝75mm，壁厚为5.5mm的无缝钢管做冷却水管。
　　冷却器的布置如图3所示。

图3　冷却器布置示意图
3.3　冷却水流量对铸管温度的影响
　　从④式可以看出，对传热量影响最大的是冷却器表面积F和炉气温度与冷却水温度的差值（tf1－tf2），由于tf2≤50℃，冷却水流量大小对tf1－tf2影响不大，因此对传热量Q影响不大，即对铸管温度影响不大，在实际生产中不能依靠调节冷却水流量来调节铸管的温度。
4　应用
　　我公司退火炉急冷段冷却器改造后已进行了10多次退火生产，总退火量在3×104t 以上，在生产过程中对各种工艺参数进行测定，在对DN400到DN700等4种不同规格球墨铸管进行退火时，测得急冷段末端铸管温度在（760～800） ℃之间，冷却器出水温度在44℃左右，基本上符合设计要求，对退火后的管子取样进行力学性能和金相检查，检查结果符合ISO2531关于球墨铸管力学性能和基体组织的要求。

东南西北

谢谢给大家提供学习资料，但有点王婆卖瓜的味道呀。
在退火降温阶段，都希望冷却速度越快越好，而宜于在以后需要的温度下实现等温处理。个人感觉风冷也许还可以作到，只是效率很低，但用水冷还真的没有见过，“”在实际生产中不能依靠调节冷却水流量来调节铸管的温度。“”此话与前言相互矛盾。
今天是长见识了。希望能够楼主把能的设备照片公布出来，如果要求你公布图纸有点。。。。
谢谢