» » Способы и устройства для охлаждения сортового проката
06.02.2015

Современные условия производства сортового проката характеризуются высокими скоростями прокатки, малыми междеформационными паузами на заключительной стадии процесса, высокими температурами конца прокатки (1070-1100°С). Кроме того, дефицит охлаждающей воды на ряде существующих станов и дороговизна строительства и эксплуатации систем водоснабжения, регенерации и рециркуляции для обеспечения охлаждающих установок -все это создает жесткие требования к технологии и устройствам ускоренного охлаждения:
- технология охлаждения проката в технологическом потоке стана должна обеспечивать получение требуемой структуры и механических свойств металла;
- необходимо получение равномерности охлаждения по периметру, сечению и длине раската;
- устройства ускоренного охлаждения должны развивать высокую интенсивность теплоотбора и иметь при этом малую длину;
- в связи с наличием дополнительных подстуживающих устройств при контролируемой прокатке и необходимостью охлаждать прокатные валки, все охлаждающие системы должны обеспечивать эффективное использование хладагента и его минимальный расход;
- конструкция охлаждающих устройств должна способствовать беспрепятственной транспортировке проката по технологической линии, стабильность производственного процесса, быстроту замены и удобство в обслуживании.
Способы ускоренного охлаждения сортового проката характеризуются видом охлаждающей среды, а также организацией подачи ее на охлаждаемую поверхность раската и отвода отработанного охладителя. Конструкции охлаждающих устройств определяются выбором способа охлаждения, конфигурацией охлаждаемого профиля, требуемым уровнем механических свойств проката и т.д.
Охлаждение металла в баках со спокойной или проточной водой использовали при упрочнении стержневой арматурной стали и фасонных профилей проката. Основное достоинство этого способа охлаждения состоит в его простоте. Ограниченное промышленное применение такого способа охлаждения обусловлено образованием «паровой рубашки» вокруг охлаждаемого проката и, в связи с этим, невысокими скоростями охлаждения, неоднородностью структуры и механических свойств, склонностью сортового проката к короблению.
Сущность спрейерного или струйного охлаждения заключается в подаче струй охлаждающей воды на поверхность профиля. Удаление отработанной воды с охлаждаемой поверхности осуществляется, как правило, самотеком. Охлаждающие устройства, реализующие этот способ охлаждения, представляют собой проходные спрейеры или струйные камеры, оборудованные механизмами для транспортирования металла при охлаждении его в движении или прессом при охлаждении проката в неподвижном состоянии. При спрейерном охлаждении сравнительно легко осуществить дифференцированное охлаждение проката по элементам профиля.
Спрейерный или струйный способ охлаждения позволяет создать компактные установки, в которых обеспечивается интенсивное регулируемое охлаждение проката. Интенсивность спрейерного охлаждения определяется плотностью орошения, скоростью выхода воды из сопла, расстоянием между соплом и охлаждаемой поверхностью, углом наклона струй относительно поверхности проката. Скорость спрейерного охлаждения может достигать 100°С/с, а коэффициент теплоотдачи имеет порядок от 1,3 до 100 кВт/(м2*К).
Наряду с достоинствами, способ спрейерного охлаждения и реализующие его устройства обладают рядом недостатков, снижающих эффективность их применения. К ним относятся необходимость строгой фиксации охлаждаемого профиля относительно струй воды; невозможность обеспечения сплошного охлаждения всей поверхности, поскольку интенсивному охлаждению подвергаются только участки поверхности в местах попадания струй воды; низкий коэффициент использования воды, обусловленный кратковременностью ее контакта с поверхностью охлаждаемого профиля; необходимость очистки воды для избежания засорения отверстий спрейеров; необходимость применения транспортирующих механизмов.
По исследованию охлаждения проката струями водовоздушной смеси выполнен ряд работ, которые показали определенные преимущества этого способа. Введение жидкости в поток воздуха позволяет получать мелкодисперсную струю водяного тумана. При соприкосновении с нагретой поверхностью мелкие капли воды интенсивно испаряются и эффективно отбирают тепло. Поток воздуха удаляет образовавшийся пар, что препятствует образованию паровой пленки. Подача водовоздушной смеси на поверхность охлаждаемого проката может осуществляться перпендикулярно, под углом или параллельно к ней в открытом пространстве или в закрытых камерах. Отличительной чертой водовоздушного охлаждения является возможность регулирования в широких пределах интенсивности охлаждения изменением соотношения расходов воды и воздуха в смеси. Водовоздушные смеси характеризуются значительно более равномерным охлаждением металла по сечению струи в сравнении с водяными струями.
Для охлаждения водовоздушной смесью крупносортного проката нами предложена форсунка (рис.72).
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Она состоит из корпуса и сменной насадки. Воздух в форсунку поступает через отверстие 3 в корпусе. Канал для воздуха в насадке выполнен в виде сопла Лаваля. Вода через отверстие 5 в корпусе поступает в кольцевую проточку и по наклонным каналам в насадке впрыскивается в сверхзвуковую часть сопла Лаваля, при этом достигается высокая степень дисперсности жидкости в потоке воздуха. Регулировка соотношения компонентов смеси может осуществляться как изменением расходов воздуха и воды через отверстия 3 и 5, так и с помощью дроссельной иглы, изменяя зазор между конусной частью дроссельной иглы и диффузорной частью сопла Лаваля насадки. Для повышения равномерности распределения жидкости в струе водовоздушной смеси форсунка снабжена рассекателем, установленным в сверхзвуковой части сопла. Рассекатель выполнен в виде конуса с диаметром основания dp, равным 0,1-0,95 критического диаметра сопла dc. Рассекатель с дроссельной иглой составляют единую деталь.
Для ускоренного охлаждения сортового и фасонного проката водовоздушной смесью разработаны устройства коллекторного типа. Одно из них показано на рис.73.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Оно состоит из коллектора с заглушенными торцами, подводом 2 и соплами для выхода распыленной жидкости. Внутри коллектора расположена трубка с подводами воздуха 5. Отверстия в трубке для выхода воздуха расположены по диаметрально противоположным сторонам. Устройство имеет два механизма поступательного перемещения трубки внутри коллектора. Эти же механизмы позволяют изменять наклон трубки внутри коллектора. Механизмы выполнены в виде винта с гайкой, надетой на резьбовую часть трубопроводов подвода воздуха 5. Устройство работает следующим образом. Перед началом охлаждения прокатного профиля осуществляют подачу под давлением охлаждающей жидкости в коллектор, а воздуха - через подводы 5 в трубку 4. Воздух истекает через отверстия в коллектор и в зазор между коллектором и трубкой. При этом охлаждающая жидкость интенсивно перемешивается и насыщается воздухом. Полученная таким образом охлаждающая водовоздушная среда увлекается струями воздуха, выходящими в зазор между коллектором и трубкой, и истекает из сопел. Вследствие малой плотности среды и высокой скорости истечения воздуха, вода интенсивно диспергируется. После достижения стабильных условий истечения струй распыленной жидкости в зону действия устройства подают горячий прокат. Устройство обладает широкими возможностями регулирования режимами охлаждения при неизменном давлении хладагентов.
Для повышения равномерности распределения жидкости в струях водовоздушной смеси и, следовательно, равномерности охлаждения проката в устройстве, показанном на рис.74, трубка 3 снабжена перепускным клапаном и пружиной, размещенными на противоположных концах трубки.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

В исходном положении отверстия 6 для выхода сжатого воздуха из трубки и сопла коллектора соосны. Перед началом охлаждения в полость коллектора подают воду и одновременно с этим осуществляют подачу сжатого воздуха по подводам с гибкими участками в трубку. По мере подачи сжатого воздуха в трубку в ней создается избыточное давление и начинается истечение распылителя через отверстия 6 и отверстие перепускного клапана. При истечении воздуха через перепускной клапан возникает реактивная сила, действующая на трубку в направлении, перпендикулярном направлению истечения струй водовоздушной смеси. Под действием этой силы трубка перемещается внутри коллектора и сжимает пружину. При отключении перепускного клапана исчезает реактивная сила, пружина разжимается и трубка перемещается в обратном направлении. В результате этого в процессе охлаждения происходит периодическое смещение трубки внутри коллектора относительно исходного соосного расположения выходных отверстий и сопел. При этом смещается максимум эпюры распределения воды в пределах площади пятна орошения.
На рис.75 показаны эпюры распределения воды в сечении струй водовоздушной смеси. Величина отклонения выходных отверстий 6 трубки 3 относительно сопел 2 зависит от их диаметров, шага расположения отверстий 6 и сопел 2 и выбирается для каждых конкретных условий.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

При охлаждении фасонных профилей проката коллекторы охлаждающих устройств выполняются в форме, соответствующей конфигурации охлаждаемого проката. На рис.76 показано устройство для ускоренного охлаждения водовоздушной смесью полособульбового профиля.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Устройство состоит из накопительного бака с подводом воды и патрубками для истечения охладителя, верхнего воздушного коллектора с соплами и нижнего воздушного коллектора. Верхний воздушный коллектор выполнен в форме, соответствующей форме охлаждаемого проката. В качестве нижнего коллектора могут быть использованы предложенные нами коллекторы. Положение охлаждаемого проката относительно верхнего и нижнего коллекторов фиксируется с помощью фигурных роликов. Водовоздушная смесь образуется за счет эжекции воздуха струей воды. В соплах происходит интенсивное перемешивание воды и воздуха. По мере прохождения прокатом зоны действия струй осуществляется его охлаждение, равномерное по периметру и сечению.
На высокоскоростных непрерывных станах эффективным является ускоренное охлаждение металла в сплошном потоке воды, движущемся параллельно его поверхности с большой относительной скоростью в закрытой камере. Важным фактором, определяющим интенсивность охлаждения, является выбор направления движения потока относительно раската (прямоток или противоток). Прямоточная подача охладителя позволяет одновременно использовать и эффект гидротранспортирования, что создает благоприятные условия для беспрепятственного прохождения раскатом зоны охлаждения и стабильной его транспортировки по технологической линии. При противоточной подаче воды длина камеры охлаждения может быть уменьшена до 1-1,5 м. Компактность такого вида устройств позволяет разместить их практически в любом действующем прокатном стане. Однако, вследствие значительного встречного сопротивления при противоточной подаче охлаждающей воды, профили малого сечения и малой продольной жесткости могут терять устойчивость в продольном направлении. Для предотвращения этого явления устройства располагают как можно ближе к клети стана, непосредственно за ним размещают тянущие ролики, на время прохождения переднего конца раската отсечными клапанами отключают подачу охладителя и т.д. Однако указанные меры не во всех случаях обеспечивают удовлетворительную проходимость раската и связаны с размещением дополнительного оборудования, что осложняет обслуживание и ограничивает область применения.
В Институте черной металлургии, МИСиС, Днепропетровском металлургическом институте разработаны устройства, в которых охладитель в камере может двигаться как в направлении движения проката, так и против него. В работе отмечается, что противоточная подача воды при одном и том же ее расходе в 4-5 раз эффективнее прямоточной. Практически достигнутая скорость охлаждения катанки в прямоточных устройствах составляет 1000-1500°С/с, а скорость охлаждения металла в противоточных устройствах 5000°С/с.
В последнее время в совершенствовании технологии ускоренного охлаждения и конструкций устройств камерного типа (трубчатые проводки) наметилась тенденция к созданию камер охлаждения со специальным профилем внутреннего канала. Поток охладителя, перемещаясь в канале такой камеры, омывает ее профиль, благодаря чему на охлаждаемый прокат оказывается дополнительное воздействие в направлениях, отличных от направления его движения. При этом улучшаются условия сброса образующейся вокруг проката «паровой рубашки» и повышается интенсивность процесса.
Для повышения интенсивности охлаждения металла в устройстве, описанном в работе, охлаждающую камеру выполнили с местными сужениями. Устройство (рис.77) состоит из форсунки, подающей воду навстречу движению проката, и камеры охлаждения, которая выполнена в виде повторяющейся по всей длине последовательности элементов: цилиндрический участок, конфузор и диффузор. Местные сужения камеры охлаждения, образованные конфузором и диффузором, способствуют сохранению давления в цилиндрической камере и повышению температуры кипения воды. В результате этого затрудняется образование «паровой рубашки» на поверхности металла и интенсифицируется теплоотдача от горячего проката к охлаждающей жидкости. Интенсификация охлаждения происходит также в результате повышения скорости движения воды в месте сужения камеры охлаждения. Охлаждающее устройство с местными сужениями в камере охлаждения имеет следующие преимущества: меньший расход воды, более высокий коэффициент теплоотдачи в результате турбулизующего действия профиля камеры охлаждения и более устойчивое движение металла за счет центрирования раската местными сужениями в камере охлаждения.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Эффективным способом повышения интенсивности теплообмена является пульсирующая подача охлаждающей воды (рис.78).
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

В этом случае часть воды из камеры охлаждения периодически всасывается и выталкивается через патрубок. При наложении пульсации на охлаждающий поток турбулентность воды в рабочей камере усиливается, снижается вероятность образования «паровой рубашки» вокруг движущегося проката и интенсивность теплоотдачи повышается. Всасывание и выталкивание части воды рекомендуется проводить в начале камеры охлаждения под углом 60-90° к направлению движения проката, так как при этом достигается взаимодействие движущегося проката с пульсирующим потоком воды на максимально возможном участке охлаждения. Объем воды для создания пульсаций должен быть в пределах 5-9% объема среды, проходящей через камеру охлаждения за период между всасыванием и выталкиванием. Увеличение этого объема свыше 9%, как показали исследования, ухудшает процесс гидротранспортировки проката. При этом возможно отклонение раската от прямолинейного движения и возможны случаи трения металла о стенки камеры, в результате чего ухудшается качество поверхности проката. Снижение объема воды для создания пульсаций ниже 5% нецелесообразно, так как ухудшается перемешивание слоев основного потока и снижается эффективность теплоотдачи. Скорость воды при всасывании и выталкивании должна быть в пределах 0,08-0,12 скорости движения основного потока охлаждающей воды в камере охлаждения. При такой скорости обеспечивается максимальная интенсивность охлаждения и надежное гидротранспортирование проката.
Известны устройства для охлаждения проволоки, в которых обрабатываемому изделию придают вибрационные колебания относительно потока охладителя. Однако применение устройств такого типа в условиях производства мелкого сорта и особенно катанки весьма проблематично, так как колебания изделия повышают трение последнего о стенки проводящей трассы стана и способствуют образованию на поверхности царапин и рисок.
Разрабатываются также и другие способы и устройства для ускоренного охлаждения сортового проката (например, с применением горячих водных растворов, содержащих поверхностно-активные вещества, а также вещества, повышающие интенсивность теплоотбора, например, сульфат железа или меди).
С целью устранения неоднородности прочностных свойств по длине раската и повышения пластических и вязкостных свойств предложено применять охлаждение с переменной скоростью по длине раската.
Для низколегированных сталей, не содержащих микродобавок, сильных карбидо- и нитридообразующих элементов, предложены суженный диапазон нагрева заготовки и повышенная скорость охлаждения раскатов, что позволяет улучшить как прочностные, так и вязкостные свойства металла, а также получить экономический эффект за счет исключения микродобавок ниобия и ванадия. Разработаны также стали, позволяющие повысить предел прочности и относительное удлинение за счет регламентации химического состава и улучшающие свариваемость стали за счет введения в химический состав стали кальция и алюминия в определенных пропорциях.
Нами сделан обзор и анализ способов и устройств водовоздушного охлаждения сортового проката в линии стана и выполнены экспериментальные исследования этого процесса. При экспериментах использовали форсунку, показанную на рис. 72, а материалом для исследований послужили образцы из стали марок 09Г2 и ВСтЗсп толщиной 18-25 мм. Температуру образцов в процессе нагрева и охлаждения измеряли термопарами. Для установки термопар просверливали отверстия диаметром 3 мм на глубину до 50 мм в боковой грани образца. Таким образом, рабочие спаи термопар оказывались в центральной части образца и расположены вертикально в плоскости его сечения. Расстояния от крайних термопар до ближайших поверхностей составляло приблизительно одну десятую толщины охлаждаемого металла. Такая установка термопар дает возможность упростить расчет температуры поверхности образца.
В ходе экспериментов при постоянном расходе воздуха на одну форсунку (Vвозд = 100 м3/ч) изменяли расход воды от 0,12 до 0,48 м3/ч и тем самым исследовали влияние соотношения масс компонентов в пределах кус=1-4. При этом расстояние от охлаждаемой поверхности образцов до среза сопла оставалось неизменным и составляло 0,5 м. Затем при постоянном соотношении компонентов смеси (kус=4) изменяли высоту установки форсунки в пределах h=0,5-1 м.
В результате обработки экспериментальных данных получены кривые охлаждения металла в семи точках по сечению образца. Предельная погрешность измерения температуры металла термопарами в комплекте с компенсационными проводами и осциллографом Н-700 составляет +1,03%.
Интенсивность водовоздушного охлаждения металла оценивали по изменению среднемассовой (среднеинтегральной по сечению образца) температуры, температуры поверхности и коэффициента теплоотдачи во времени. Увеличение скорости падения температуры и повышения значения коэффициента теплоотдачи свидетельствует об увеличении интенсивности охлаждения.
Статистический анализ результатов экспериментов, проведенный по стандартным программам на ЭВМ, позволил получить регрессионные уравнения, описывающие изменение среднемассовой температуры, температуры поверхности полос толщиной 18-25 мм и коэффициента теплоотдачи в зависимости от технологических параметров охлаждения (соотношение компонентов в смеси, высота установки форсунки и время охлаждения):
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Коэффициент корреляции полученных уравнений составляет R = 0,946-0,933, что свидетельствует о достаточно точном описании этими выражениями процесса охлаждения.
Анализ полученных зависимостей (рис.79-81) позволяет отметить существенное влияние соотношения компонентов смеси на интенсивность охлаждения.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Увеличение доли воды в смеси интенсифицирует процесс охлаждения. При минимальном расходе воды VВ0Д = 0,12 м3/ч (kус = 1) за 9 секунд среднемассовая температура снижается до 660-670°С, температура поверхности до 550-560°С. Увеличение расхода воды до Vвод = 0,48 м /ч (kус = 4) приводит к более резкому снижению температуры: среднемассовая температура достигает значения 450-500°С за 3 секунды, а температура поверхности - за 1,2-1,5 секунды. Если оценивать интенсивность охлаждения по скорости снижения температуры, то увеличение степени увлажнения в пределах kус=1-4 способствует увеличению скорости снижения температуры поверхности от 20-30 до 120-180°С/с. При этом коэффициент теплоотдачи может принимать значения от 0,5-1 до 18-20 кВт/(м2*-К) (рис.82). Приближение форсунки к охлаждаемой поверхности увеличивает коэффициент теплоотдачи. Однако степень влияния этого фактора на интенсивность охлаждения менее значительна по сравнению с увлажнением смеси.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Для расчета распределения температуры по сечению полосы необходимо знать зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры поверхности охлаждаемого металла. На основании математической обработки результатов исследований получена следующая зависимость для углеродистых и низколегированных сталей:
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Коэффициент корреляции уравнения R = 0,980.
Для приближенных расчетов может быть рекомендована более простая зависимость
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Коэффициент корреляции зависимости R = 0,976, что позволяет применять ее в инженерных расчетах.
Таким образом, для разработки устройств ускоренного охлаждения проката водовоздушной смесью могут быть рекомендованы следующие параметры: расход воды на одну форсунку 0,48-0,5 м ч при давлении 0,1 МПа, расход воздуха 100 м3/ч при давлении 0,2-0,3 МПа.
Для разработки эффективных форсуночных и коллекторных систем охлаждения проката, которые обеспечивают требуемые свойства стали при минимуме затрат энергии и воды, необходима информация о связи между гидродинамическими характеристиками охладителя и интенсивностью процесса его теплообмена с высокотемпературной поверхностью раската.
Основной гидродинамической характеристикой в зоне непосредственного орошения является распределение плотности орошения, а за пределами этой зоны - скорость и толщина пленки растекающейся жидкости. Для случая водовоздушного охлаждения рассмотрено изменение гидродинамических характеристик только в зоне непосредственного орошения, так как при контакте мелкодисперсной смеси с горячей поверхностью раската происходит практически полное испарение и пленки жидкости на поверхности изделия не возникает.
Распределение жидкости по сечению струи характеризуется полем удельных потоков плотностей орошения в различных точках ее сечения. В связи с этим нами проведено экспериментальное исследование распределения плотности орошения в поле орошения круглофакельной водовоздушной форсунки с рассекателем (см. рис.72).
Исследования проводили на экспериментальном стенде (рис.83). Конструкция крепления форсунки предусматривает возможность ее перемещения по вертикальным направляющим, что позволяет изменять расстояние от среза сопла до охлаждаемой поверхности в пределах от 250 до 1000 мм. Для определения неравномерности распределения воды в струе водовоздушной смеси применили мензурочный сборник. В нижней части мензурок расположены сливные краники. Расстояние между центрами мензурок составляло 35 мм, внутренний диаметр мензурки 20 мм. Мензурки расположены по двум взаимно перпендикулярным диаметрам сечения струи. Максимальное удаление крайней мензурки от центра сечения струи составляло 245 мм.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Воду и воздух в форсунку подавали по трубам, на которых устанавливали манометры и регулировочные вентили. В период настройки форсунки и установления необходимого соотношения компонентов смеси струю отсекали от мензурочного сборника с помощью отражателя. После установления заданного соотношения компонентов смеси отражатель смеси отводили в сторону и одновременно включали секундомер. В течение определенного времени струю водовоздушной смеси направляли на мензурочный сборник. По степени заполнения мензурок определяли распределение воды в сечении струи водовоздушной смеси. После отключения форсунки и определения объема воды в каждой мензурке открывали сливные краники и воду сливали в сливной поддон. Таким образом, стенд подготавливали к следующему эксперименту.
В ходе экспериментов варьировали давление воздуха перед форсункой от 0,2 до 0,4 МПа (при постоянном расходе воды), расстояние от охлаждаемой поверхности до среза сопла форсунки в интервале 0,25-0,75 м и диаметр основания рассекателя 2,4 и 8 мм. Для изменения диаметра основания рассекателя (см. рис.72) из корпуса форсунки выкручивали дроссельную иглу 8 с рассекателем 9 и заменяли на другую иглу с рассекателем нужного диаметра. Удельный поток воды (плотность орошения q) определяли как отношение секундного расхода воды (ΔVвод) к площади орошения (J), перпендикулярной направлению движения струи: q = ΔVвод/f.
На рис.84-86 показаны экспериментальные зависимости изменения плотности орошения по сечению водовоздушной струи на поверхности охлаждаемого изделия.
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

При увеличении расстояния от форсунки до охлаждаемой поверхности от 0,25 до 0,75 м плотность орошения по оси струи уменьшается от 3,7*10в-3 до 1,4*10в-3 м3/(м2*с). При этом общая площадь пятна орошения увеличивается почти на порядок от 0,015 до 0,14 м (рис.84). Следовательно, изменением расстояния от форсунки до поверхности металла от 0,25 до 0,75 м можно приблизительно вдвое изменить плотность орошения при постоянном давлении воздуха и диаметре рассекателя.
Сравнение графиков распределения q при постоянном расстоянии от сопла до поверхности (Н=0,5м)и диаметра рассекателя 2 мм, но изменяющемся давлении воздуха перед форсункой от 0,2 до 0,4 МПа, показывает, что увеличение давления воздуха несколько снижает неравномерность распределения смеси по пятну, но мало изменяет общую площадь пятна (рис. 85).
Увеличение диаметра основания рассекателя от 2 до 8 мм способствует перераспределению воды в периферийные слои струи (рис. 86), в результате чего равномерность распределения плотности орошения в струе повышается.
Для ускоренного охлаждения мелкосортного проката и катанки в большинстве случаев используют способ охлаждения металла потоком воды при избыточном гидростатическом давлении в камере охлаждения, через которую движется прокат. На непрерывном проволочном стане 250 исследована прямоточная камера сложного профиля, имеющая по длине ряд местных сужений. Коэффициент теплоотдачи определяли по формуле
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

где λв, vв - теплопроводность и кинематическая вязкость воды, отнесенные к средней температуре воды в камере охлаждения; Vнас - кинематическая вязкость воды в пограничном с металлом слое; dпр, dк - диаметры проката и камеры охлаждения; ωабс, ωптн - абсолютная и относительная скорости движения воды в камере охлаждения.
Под относительной скоростью понимается скорость воды относительно проката
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

где ωпр - скорость движения проката (плюс относится к противоточной подаче воды, минус - к прямоточной).
Коэффициент А для прямоточной камеры сложного профиля может быть определен из выражения
Способы и устройства для охлаждения сортового проката

Анализ уравнения для расчета коэффициента теплопередачи а показывает, что он возрастает с повышением абсолютной и относительной скорости воды, однако эта зависимость для прямоточной камеры с местными сужениями оказалась более сложной, чем для цилиндрической камеры, описанной в работе, где A = 4,2*10в-10 и является постоянной величиной. В противоточных устройствах при прочих равных условиях относительная скорость выше, чем в прямоточных. При этом величина коэффициента теплоотдачи может достигать 100-200 кВт/(м2*К).
Диаметр проката неоднозначно влияет на величину коэффициента теплоотдачи. Если принять постоянным отношение dк/dпр, то с увеличением диаметра проката теплоотдача должна возрастать. Из условий устойчивости движения гибкого прутка рекомендуется иметь dк/dпр = 3,5-4. При постоянном расходе воды увеличение диаметра камеры охлаждения приводит к уменьшению скорости воды и, следовательно, коэффициента теплоотдачи. При повышении давления воды в камере охлаждения а возрастает, что объясняется снижением вязкости воды при температуре кипения (Vнас) и повышением скорости воды в камере охлаждения. На величину α влияет и вязкость общей массы воды (Vв). С повышением температуры всей массы воды Vв уменьшается, а коэффициент теплоотдачи возрастает.
В работе нами представлен алгоритм расчета технологических и конструктивных параметров устройств для ускоренного охлаждения готового проката.