2.2.1 Spray coolingSpray cooling is

2.2.1 Spray cooling

Spray cooling is used extensively in high temperature, such as the steel industry. The understanding of the spray cooling mechanics is needed for better control of the cooling rate. Spray nozzles can be classified into several different categories depending on their method of operation. For hot steel cooling, hydraulic nozzle is typical selected.


This cooling system has a lower specific cooling capacity, and the top and bottom surfaces of the hot steel plate are not cooled uniformly. In addition, it is known that this cooling system is very sensitive to the nozzle blockages and requires a great deal of maintains.







Figure 2.2 Spay cooling



The typical trend of spraying cooing heat flux versus the heater surface temperature is shown in Figure 2.3. Stewart, et al. (1995) have made note about the spray cooling system. For high temperature applications, approximate relationships may be developed but these may need refining on the basis of laboratory or plant information. For



processes that cool from high temperatures, through Leidenfrost temperature to near water temperature, the specific nozzle should be tested. Heat removal calculation is not always accurate in these applications, and the precise relationship between heat transfer coefficient and surface temperature must be determined.








































Figure 2.3 Effect of liquid flow rate on heat transfer (Spray cooling) (Stewart, et al. (1995))


2.2.2 Water curtain cooling

This cooling system represents the regime with the highest specific cooling capacity. Unfortunately with this system, the top and bottom surface of the plate do not cool uniformly. In addition, this system requires a great amount of water to be effective.



It is seen from Figure 2.5 [Natsuo, et al. (1989)] that the position of the rapid drop in temperature as well as the shape of the cooling curves beyond the position is different from each other according to the depth from the impingement surface and the longitudinal distance from the water impingement.











Figure 2.4 Water curtain cooling

















































Figure 2.5 Numerical cooling curves (Water curtain cooling) of respective mesh points along the plate thickness direction for the case where Q=36.7 L/min and H=100 mm at the water impingement position (a), at the position apart 50mm from the impingement
(b) and at the position apart 100mm from the impingement (c). (Natsuo, et al. (1989))



2.2.3 Laminar jet cooling

The laminar jet cooling method (Figure 2.6) is an established technique for obtaining the high local heat transfer coefficient between the water and the hot steel plate. Therefore, this is applicable to the case where hot steel plates are required to be rapidly



cooled in a relatively short time. This cooing method has widely been introduced to cool hot sheet steels on a runout table.







Figure 2.6 Laminar jet cooling




The laminar jet cooling equipments installed on the runout table may be divided into the two different types. One is the conventional (or traditional) strip mill cooling system has a large number of headers and circular nozzles which are liable to blockage and therefore require a large maintenance effort. The other is the curtain wall cooling system that has recently been developed, which consists of a long header transverse to strip direction and a slit nozzle with a very large aspect ratio.


This particular cooling system allows cooling on both of the top and bottom of the hot plate. The advantage of this system is (1) high rolling speeds; (2) better heat transfer in the strip; (3) uniform heat transfer through top and bottom side of steel strip; (4) uniform heat dissipation across the entire steel strip width; (5) minimum steam generation, and (6) low maintenance costs.



In addition to these three main cooling processes, a number of other system including film cooling, air–vapour cooling and cross spray cooling, are employed by various steel mills around the global. In a strip mill, many different systems are often utilized along the length of the strip. This gives greater control over the steel quality and provide backup system if any one cooling process fails.


Following the brief review above, a simulated and modified laminar jet test rig was made with this research. The goal is to obtain an effective heat transfer scheme for improving cooling rates and temperature distributions during the hot steel cooling process. The results of this study will also provide an effective and economical base by which the steel industries could process steel production perfectly.

Kết quả (Việt) 2:

Làm mát 2.2.1 Xịt làm mát Spray được sử dụng rộng rãi ở nhiệt độ cao, chẳng hạn như ngành công nghiệp thép. Những hiểu biết về cơ chế làm mát phun là cần thiết để kiểm soát tốt hơn về hiệu suất làm mát. Vòi phun có thể được phân loại thành các loại khác nhau tùy thuộc vào phương pháp hoạt động của mình. Để làm mát bằng thép nóng, vòi thủy lực là tiêu biểu được lựa chọn. Hệ thống làm mát này có khả năng làm mát thấp hơn cụ thể, và các bề mặt trên và dưới của tấm thép nóng được làm mát bằng không thống nhất. Ngoài ra, nó được biết rằng hệ thống làm mát này là rất nhạy cảm với sự tắc nghẽn vòi phun và đòi hỏi một lượng lớn duy trì. Hình 2.2 Spay làm mát Xu hướng tiêu biểu của thủ thỉ phun dòng nhiệt so với nhiệt độ bề mặt nóng được thể hiện trong hình 2.3. Stewart, et al. (1995) đã lưu ý về hệ thống làm mát phun. Đối với các ứng dụng nhiệt độ cao, các mối quan hệ gần đúng có thể được phát triển nhưng có thể cần tinh chế trên cơ sở phòng thí nghiệm hoặc nhà máy thông tin. Đối với quá trình nguội từ nhiệt độ cao, thông qua nhiệt độ Leidenfrost để nhiệt độ nước ở gần, các vòi phun cụ thể nên được kiểm tra. Tính toán loại bỏ nhiệt không phải là luôn luôn chính xác trong các ứng dụng, và các mối quan hệ chính xác giữa các hệ số truyền nhiệt và nhiệt độ bề mặt phải được xác định. Hình 2.3 Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy chất lỏng trên truyền nhiệt (phun làm mát) (Stewart, et al. (1995)) 2.2.2 bức màn nước làm mát hệ thống làm mát này đại diện cho chế độ với khả năng làm mát cụ thể nhất. Thật không may với hệ thống này, các bề mặt trên và dưới của tấm làm mát không thống nhất. Ngoài ra, hệ thống này đòi hỏi một số tiền lớn của nước để đạt được hiệu quả. Nó được nhìn thấy từ hình 2.5 [Natsuo, et al. (1989)] rằng vị trí của sự sụt giảm nhanh chóng về nhiệt độ cũng như hình dạng của các đường cong làm mát ngoài vị trí là khác nhau từ mỗi khác tùy theo độ sâu từ bề mặt va chạm và khoảng cách theo chiều dọc từ va chạm nước. Hình 2.4 nước rèm làm mát Hình 2.5 Đường cong Numerical làm mát (làm mát bức màn nước) của các điểm lưới tương ứng theo hướng độ dày tấm cho các trường hợp Q = 36,7 L / min và H = 100 mm ở vị trí va chạm nước (a), tại vị trí cách nhau 50mm từ va chạm (b) và tại vị trí cách nhau 100mm từ va chạm (c). (Natsuo, et al. (1989)) 2.2.3 Laminar máy bay phản lực làm mát Phương pháp làm mát laminar máy bay phản lực (Hình 2.6) là một kỹ thuật được thành lập để đạt được hệ số truyền nhiệt cao địa phương giữa các nước và các tấm thép nóng. Vì vậy, điều này được áp dụng cho các trường hợp thép tấm nóng phải được nhanh chóng làm lạnh trong một thời gian tương đối ngắn. Phương pháp thủ thỉ này đã được giới thiệu rộng rãi để làm mát thép tấm nóng trên bàn runout. Hình 2.6 jet Laminar làm mát Các máy bay phản lực laminar thiết bị được cài đặt trên các bảng runout làm mát có thể được chia thành hai loại khác nhau. Một là hệ thống làm mát máy cán thông thường (hoặc truyền thống) có một số lượng lớn các phần đầu và vòi phun tròn trong đó phải chịu trách nhiệm đến tắc nghẽn và do đó đòi hỏi một nỗ lực bảo trì lớn. Cái khác là hệ thống làm mát tường rèm mà gần đây đã được phát triển, trong đó bao gồm một ngang đầu lâu để tước hướng và một vòi phun khe với một tỉ lệ rất lớn. Hệ thống làm mát đặc biệt này cho phép làm mát trên cả hai mặt trên và dưới của tấm nóng. Ưu điểm của hệ thống này là (1) tốc độ cao cán; (2) truyền nhiệt tốt hơn trong dải; (3) truyền nhiệt đồng nhất qua phía trên và dưới của dải thép; (4) tản nhiệt đồng đều trên toàn bộ chiều rộng dải thép; (5) sinh hơi tối thiểu, và (6) chi phí bảo trì thấp. Ngoài những ba quá trình làm mát chính, một số hệ thống khác bao gồm làm mát phim, làm mát không khí hơi và làm mát phun chéo, được tuyển dụng bởi các nhà máy thép khác nhau xung quanh toàn cầu. Trong một nhà máy cán, nhiều hệ thống khác nhau được sử dụng thường xuyên dọc theo chiều dài của dải. Điều này cho phép kiểm soát tốt hơn chất lượng thép và cung cấp hệ thống sao lưu nếu bất kỳ một quá trình làm mát không thành công. Sau khi xem xét ngắn gọn ở trên, một thử nghiệm thành lớp phản lực giàn mô phỏng và sửa đổi đã được thực hiện với nghiên cứu này. Mục đích là để có được một chương trình truyền nhiệt hiệu quả để cải thiện tốc độ làm mát và phân bố nhiệt độ trong quá trình làm mát bằng thép nóng. Các kết quả của nghiên cứu này cũng sẽ cung cấp một cơ sở hiệu quả và tiết kiệm mà các ngành công nghiệp thép có thể xử lý sản xuất thép hoàn hảo.