Форсунка для водовоздушного охлаждения непрерывнолитых заготовок прямоугольного сечения

 

ФОРСУНКА ДЛЯ ВОДОВОЗДУШНОГО ОХЛАВДЕНИЯ НЕПРБРЫВНОЛИТЬЩ ЗАГОТОВОК ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ, содержащая полую насадку с радиальными выходными каналами и подводяпщм патрубком, отличающая ся тем, что, с целью улучшения качества поверхности непрерывнолитой заготовки прямоугольного сечения и снижения расхода потребляемого воздуха, насадка вьшолнена в виде двух усеченных конусов, сопряженных через цилиндрический поясок большими основаниями , а выходные каналы расположены рядами в параллельных плоскостях, средний из которых проходит через поясок, а остальные - через поверх (Л ности конусов, при этом каналы, выс ходящие через поверхность конусов, вьшолнены коническими с расширением к выходу,а крайние каналы, проходящие через поясок - цилиндрическими. со to О5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g g В 22 D 11/124

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

NàÔßÌÖ Д

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3503970/22-02 (22) 21. 10.82 (46) 07.07.84. Вюл. Ф 25 (72) В.А. Николаев, В.С. Есаулов, И.В. Мураш, В.В. Лисицкий, А.Т. Лебедь, В.И. Семеньков, В.А; Фруль, А.И. Сопочкин, П.А. Нещерет, О.В. Носоченко, В.И. Лебедев, В.Д. Сурженко, Г.А. Николаев и В.В. Емельянов (71) Институт черной металлургии (53) 621.746.27 (088.8) (56) 1. Нисковских В.М. и др, Прямоструйные форсунки для вторичного охлаждения слитка на криволинейных машинах непрерывного литья заготовок. Сб. "Непрерывная разливка", 1978, N- 5, с..83-89.

2. Авторское свидетельство СССР

9 603843, кл. С 21 D 1/62,,1976.

3. Акименко А.А. и др. — "Сталь", 1958, Р 6, с. 509-511.

4. Авторское свидетельство СССР .Р 654295, кл. В 05 В 1/02, 1976.

„„SU„, 1101326 А

l (54) (57) ФОРСУНКА ДЛЯ ВОДОВОЗДУШНОГО

ОХЛАЖДЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ, содержащая полую насадку с радиальными выходными каналами и подводящим патрубком, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества поверхности непрерывнолитой заготовки прямоугольного сечения и снижения расхода потребляемого воздуха, насадка выполнена в виде двух усеченных конусов, сопряженных через цилиндрический поясок большими основаниями, а выходные каналы расположены рядами в параллельных плоскостях, средний из которых проходит через поясок, а остальные — через поверхности конусов, при этом каналы, выходящие через поверхность конусов, выполнены коническими с расширением к выходу,а крайние каналы, проходящие через поясок — цилиндрическими.

11О13

Ф

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к сталеплавильному производству и может быть использовано при непрерывной разливке стали.

В машинах непрерывной разливки стали для вторичного охлаждения заго. товки используют двухфазные газожидкостные среды. Такие охлаждающие среды состоят из охладителя и энергоносителя, при этом энергоноситель (в большинстве случаев воздух., пар или нейтральные газы) применяют для дробления и транспортировки охладителя В качестве о дителя как пра- 1.5 вило., применяют воду.

Использование двухфазных охлаждающих сред позволяет в широких пределах регулировать интенсивность охлаждения заготовки и тем самым существенно расширить сортамент отливаемых сталей и улучшить их качество.

Раздачу охлаждающего потока в зо- . не вторичного охлаждения осуществляют с помощью форсунок, установленных в межроликовых пространствах. С целью упрощения обслуживания МНЛЗ, а также монтажа и демонтажа системы охлаждения при ремонте машины, устанавливают минимально допустимое количество форсунок. При этом факел форсунки должен обеспечивать максимаальную площадь орошения поверхности заготовки в межроликовом пространстве.

Для этого форсунку устанавливают на расстоянии от пбверхности, не превышающем радиус ролика, так как. в противном случае из-за так .называемого теневого эффекта роликов площадь орошения значительно уменьшается.

Для заготовки прямоугольного сечения площадь орошения потоком должна иметь форму вытянутого эллип,са, малая ось которого ограничена

45 расстоянием между роликами, а большая определяется шириной отливаемого сляба., В связи с тем, что температура поверхности снижается от

Оси в сторону узких граней, плотность охлаждаемого потока в факеле (масса жидкости на единицу поверхности) должна плавно уменьшаться от оси факела к его периферии.

Известны форсунки, предназначенные для распыления водяного потока под большим давлением и выполненные путем врезания угловой фрезы в полусферу при раздаче охлаждающей двух2б з фазной среди (вода — воздух) на поверхность заготовки 1 1.

Недостатком их является то, что они не позволяют получить качественного равномерно распределенного потока смеси от центра слитка к узким граням. Частицы воды в двухфазном потоке, проходя через такую форсунку, укрупняются в осевой зоне факела и образуют по центру сплошной водяной поток. Кроме того, при пропускании двухфазной смеси угол раскрытия факела такой форсунки очень сильно зависит от незначительных колебаний давления воздуха в подводящей магистрали. Так, с увеличением давления .угол разлета частиц жидкости в факеле сужается, что приводит к местному переохлаждению поверх-, ности заготовки и развитию на ней продольных трещин. Известно устройство для получения и раздачи двухфазной смеси, в котором поток формируется в смесительной камере, непосредственно соединенной с сопловой (форсуночной) частью. Подвод охладителя и энергоносителя в этом устройстве осуществляют с помощью раздельных трубопроводов P2).

Несмотря на различие конструкций таких устройств, общиМ для них является то, что они требуют установ-. ки большого количества. трубопроводов запорной арматуры и точного расположения форсунок над поверхностью заготовки. Устройства сложны в изготов" ленин, а их применение затрудняют обслуживание и ремонт машин непрерывного литья.

Известна также форсунка для.рас.пыления предварительно сформированной водовоздушной смеси, выходное отверстие в которой выполнено в виде цилиндрического канала,,а подводящий патрубок расположен тангенциально к оси выходного канала 533.

Недостатком форсунки является малая площадь охлаждения поверхности заготовки (преимущественно круглой формы) и трудность установки.,в межроликовом пространстве..

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемой является форсунка для распыления водяного потока или водовоздушной смеси, состоящая иэ конусообразной камеры с патрубком для подачи охладителя и сферической

326

-55 з 1101 полой насадки с круглыми выходными отверстиями (4 1.

В соответствии с описанием известного изобретения, выходные отверстия занимают площадь от 0,8 до 16Х всей площади поверхности сферической насадки. Эти отверстия, в зависимости от назначения, могут быть различным образом расположены на поверхности насадки, т.е. могут быть равномерно 10 расположены по всей площади, собраны в единый пучок или .вытянуты в один или несколько рядов.

Применительно к условиям охлаждения заготовки прямоугольного сечения поток двухфазной смеси, подаваемый из форсунок, должен обеспечивать максимальную площадь орошения поверхности сляба в межроликовом пространстве с определенной плотностью потока в каждой, точке по периметру слитка.

Поэтому для охлаждения поверхности. прямоугольного сечения сечением

250 1600 мм отверстия на поверхности сферической насадки известной форсун-25 ки следует вытянуть в один или несколько рядов..

Недостатком известной форсунки, является то, что она дает факел двухфазного потока, который состоит из отдельных струй. Каждая такая струя вытекает из соответствующего отверстия в насадке ° Проекция каждой такой струи на плоскую поверхность, в зависимости от угла падения, из35 меняется от круга до овала, что не позволяет получить сплошного факела без наложения отдельных струй.

Вследствие. того, что выходные отверстия выполнены цилиндрическими, .угол раскрытия отдельных струй нез-. начителен. Поэтому для получения сплошного факела необходимо выходные отверстия в насадке форсунки располагать между собой на малом расстоя- 45 нии. При этом радиус сферической насадки должен быть как можно больше..

С .уменьшением радиуса насадки угол между отдельными струями увеличивается, усиливая неравномерность

50 плотности воды в факеле форсунки.

Такие форсунки характеризуются большим количеством выходных отверстий, а следовательно, и повышенным, расходом воздуха.

Цель изобретения — улучшение качества поверхности непрерывнолитой заготовки прямоугольного сечения и снижение расхода потребляемого воздуха.

Поставленная цель. достигается тем, что в форсунке для водовоэдушного охлаждения непрерывнолитых заготовок прямоугольного сечения, содержащей полую насадку с радиальными выходными каналами и подводящим патрубком, насадка выполнена в виде двух усеченных конусов, сопряженных через цилиндрический поясок большими основаниями, а выходные каналы расположены рядами в параллельных плоскостях, средний из которых проходит через поясок, а остальные— через поверхности конусов, при этом каналы, выходящие через поверхность конусов, выполнены коническими с расширением к выходу, а крайние каналы, проходящие через поясок— цилиндрическими.

На фиг.1 показана форсунка, общий вид; на фиг.2 — вид по стрелке А на фиг.1, .

Форсунка состоит из корпуса 1, подводящего патрубка 2.. В корпусе выполнены выходные конические каналы

3 и цилиндрические 4. Расширяющиеся конические выходные каналы позволяют, по сравнению с цилиндрическими, увеличить угол раскрытия отдельных струй и сохранить его постоянным при изменении давления подводящей смеси. При повышении давления выше сверхкритического расширяющийся конус начинает работать как сверхзвуковая часть сопла Лаваля. При этом происходит дополнительное ускорение частиц жидкости и их дробление. .I

Расположение отверстий в форсун-. ке на конусных поверхностях позволяет выполнить выходные каналы с различной длиной стенки. Различная длина стенки канала приводит к тому, что часть потока, выходящая.с более короткой части канала, разворачивается от образующей на угол, равный примерно половине угла конуса. При этом часть потока со стороны длинной стенки не отклоняется от образующей канала. В результате на плоской поверхности получается овальное пятно от охлаждающей струи с монотонным понижением плотности . охладителя от длинной образующей. к .-короткой.

Переход от цилиндрических каналов к расширяющимся и расположение

01326 6

5 11 их в плоскостях, проходящих через конусные поверхности, позволяет увеличить при том же количестве выходных каналов площадь орошения, либо при заданной площади орошения уменьшитЬ число каналов форсунки, а следовательно, и уменьшить расход воздуха.

Выполнение крайних каналов цилиндрическими и расположение их в плоскости, проходящей через цилиндрический поясок, позволяет увеличить жесткость крайних струй по сравнению с остальными. Более жесткие струи, выходящие из крайних каналов, стабилизируют форму факела и задерживают унос мелких частиц воды отходящим от горячей поверхности воздухом и паром, улучшая тем самым условия для охлаждения заготовки в периферийной части.

На испытательном стенде была испытана форсунка предлагаемой конструкции.

Диаметр выходных каналов должен быть в пределах 2-5 мм, так как отверстия диаметром менее 2 мм быстро забиваются окалиной, с увеличением диаметра свыше 4 мм заметно, ухудшается качество водовоздушной смеси. Наружный диаметр форсунки по цилиндрическому пояску шириной

2,5 мм составлял 50 мм, внутренний диаметр соответствовал 25 мм, ширина форсунки соответствовала 28 мм, угол наклона конусной поверхности к, основанию -40 .

Как показали исследования, для орошения сплошным факелом, например, площади, равной 2400 см, с расстояния 180 мм форсунка предлагаемой конструкции должна иметь

12 выходных каналов по сравнению с

18-ю в известной форсунке. Из

12-и каналов предлагаемой форсунки 10 были выполнены коническими, расширяющимися к наружной поверхности с 2 5 до 3.5 мм и располагались двумя параллельными рядами по пять каналов в каждом и проходили через противоположные конусные поверхности. Два крайних канала были выполнены цилиндрическими диаметром 2,5 мм и располагались в параллельном им ряду на пояске. Угол между осями каналов в каждой плоскости составлял 26 . Оси каналов, расположенные на одной конусной поверхности, сдвинуты относительно осей каналов на другой конусной

Q поверхности на угол, равнь и 13. Оси каналов на цилиндрическом пояске сдвинуты относительно последних осей каналов на конусных поверхностях на углы 13 и 26 . Расстояние между плоскостями, проходящими через оси каналов на конусных поверх- -.. ностях, составляло 7,5 мм.

Предлагаемая форсунка обеспечивает более равномерное снижение плотности охлаждающего потока от центра к периферии факела. Плотность потока в факеле предлагаемой форсунки изменяется следующим образом. На осевую часть заготовки, соответствующей 20% ее ширины (по 10% от оси), поступает 30% от общего количества воды. На зону, находящуюся на расстоянии 10-30% от оси заготовки, поступает 20% от общего количества воды, а на периферийную зону, расположенную от оси на расстоянии

30-50% - 15% воды. При этом неравномерность плотности воды по факелу не превышает 20%.

Партию форсунок предлагаемой конструкции в количестве 5 шт. испытывали на водовоздушном коллекторе, установленном в 6-й зоне пятой МНЛЗ завода "Азовсталь". При скорости разливки 0,7-0,8 м/мин расход воды составлял 0,8-0,9 м /ч, воздуха

-10 м /ч на одну форсунку.

Проведенные испытания показали, что форсунка обеспечивает эффектив" ное охлаждение по всей ширине заготовки. Снижение неравномерности охлаждения уменьшало величину терми-! ческих напряжений в корковой зоне непрерывнолитых заготовок и ограничивало развитие продольных трещин на ее поверхности.

Оценка качества поверхности заготовки из стали 09Г2ФБ показала, что запороченность поверхности продольными трещинами составляла

0,08-0,1 шт. на 100 см . При этом средний балл трещин соответствовал 0,5.

Таким образом, фсрсунка предлагаемой конструкции позволяет улучшить качество поверхности непрерывнолитой заготовки, снизить расход газового агента для дробления и транспортировки охлаждающей воды, в качестве которого возможно использование сжатого воздуха, пара и инертного газа.

1101326

Составитель В. Балашов

Техред Ж., Кастелевич Корректор Г. Решетник

Редактор Е. Папп

Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4704/8

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Использование предлагаемой водовоздушной форсунки по сравнению с базовой, применяющейся в зоне вторичного охлаждения УНРС ряда западно-германских фирм "Маннесманн".и

"Леклер" имеет следующие преимущества: более низкий расход воздуха, приходящийся на одну форсунку (10 м /ч против 15 м /ч) для получения качественной водовоздушной смеси при эксивалентном расходе воды (4-6 л/мин); простоту в конструкции и установке в зонах вторичного

5 охлаждения, поскольку используется принцип практически вертикальной подачи водовоздушной смеси на поверхности слитка, а не по касательной к поверхности,как в базовом варианте.