[科普中国]-气--水喷雾冷却

类型及原理

气—水喷嘴有3种类型：

(1)预雾型(预混式或内混式)。空气与水在喷出口前预先进行混合碎化，而后再喷出。混合前的气、水管可直交也可斜交，喷出口设计简单，雾化程度高，水滴直径小于100μm者占80%以上。此类喷嘴体积较大，耗气量多。

(2)外雾型(外混式或后混式)。空气和水各自从喷出口喷出，在嘴外进行雾化。喷出的气流和水流在同一点相交、混合、雾化的喷嘴，耗气量少、水流量可调范围大，适用于强冷和弱冷;此类喷嘴结构复杂、要求加工精度高。以高速气流冲击和破碎水流的外雾型喷嘴，其结构简单，但耗气量大，水流量可调范围小，只适用于弱冷。

(3)套管抽引型。此类喷嘴由中间水管和周围的气管组成，是具有一定压力和流速的水经高速气流的抽引破碎后，在喷出口附近混合、碎化而形成雾化流，其喷出口为圆形，雾化流覆盖面积小、耗气量大且结构复杂、流量调节范围小，只适用于弱冷。气水喷嘴既有单股喷流喷嘴，又有双股、多股喷流喷嘴;既有宽幅喷流喷嘴又有窄幅喷流喷嘴，后者使用得最广泛。2

工艺特点与普通压力喷水相比，采用气—水雾化时水滴直径由200～600μm降至20～60μm，从而使水滴表面积增加，喷流覆盖面积加大，连铸坯表面得以均匀冷却，连铸坯温度回升率由150～200℃/m减为50～80℃/m，铸坯表面质量明显改善，裂纹明显减少。

由于可改变压缩空气和冷却水的压力和流量，故气—水混合物流量调节范围宽，由1：2.5增至1：6.5，调节也较方便;气—水喷嘴孔径较大(比压力水喷嘴约大1～3倍)，不易堵塞，便于维护。

在同一供水密度下，气—水冷却传热系数大，因此为达到相同冷却目的，其耗水量可节省一半左右。压缩空气出口速度越大，冷却效果越好;压缩空气将水雾化的同时还可不断地吹除所产生的蒸汽和滞积在夹辊和铸坯之间三角形楔状区的多余冷却水，提高冷却效率。使用气—水喷雾冷却可改善二冷的冷却效果，铸坯液相穴深度缩短，铸机拉速加快，从而提高生产率。1

冷却影响因素气—水喷雾冷却的效果取决于喷嘴形式、水压、气压等因素，其中喷嘴的水流密度分布决定着射流的冷却能力和铸坯表面的冷却均匀度，是最关键的因素。预雾型气—水喷嘴的水流密度较其他类型好;而其气—水的比值则表征着雾化单位水量所必需的气体量，比值越小，压缩空气量越小，越经济。由于气—水喷雾冷却法需要使用两种介质，因此管路和控制系统要比一般水冷却复杂，要增设空压机、控制设备、加大抽蒸气的能力，故基建费用较高。