Устройство вторичного охлаждения непрерывнолитых заготовок

 

Устройство имеет компактную камеру смешения водовоздушной смеси, за счет чего имеет низкое гидравлическое сопротивление и позволяет работать на относительно низких давлениях энергоносителей (менее 90 кПА). Большая площадь проходного сечения форсунок существенно повышает надежность их работы. 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к металлургии и может быть использовано в системах вторичного охлаждения машин непрерывного литья заготовок.

В настоящее время для охлаждения непрерывнолитой заготовки во вторичной зоне МНЛЗ применяют, как правило, устройства спрейерного типа, в основе которых заложен корпус с подводами и форсунками, для подачи диспергированного охладителя на поверхность заготовки.

Пути усовершенствования этих устройств связаны с повышением качества диспергирования охладителя и расширением диапазона режимов охлаждения. Первый путь уменьшение размеров выходного отверстия форсунок (см. например, распылительную форсунку по авт. СШАN 4869430, МКИ В 05 В 1/26, опублик. 1989, см. также реф. в РЖ Химнефтемаш, 1991, N 2, реф.47.193П) с одновременным повышением избыточного давления перед соплом. Однако такие устройства обладают весьма низкой эксплуатационной надежностью, что, в условиях низкой ремонтопригодности МНЛЗ, делает использование их весьма проблематичным. Альтернативный путь создание устройств вторичного охлаждения водовоздушного типа. Однако большими недостатками таких устройств является усложнение конструкции и высокая энергоемкость водовоздушного охлаждения (см. Развитие способа охлаждения непрерывнолитой заготовки при помощи водяного тумана, М. Маkoto, О. Маsaki, М. Nagao, Т.Jasio "Тэцу то хаганэ" Iron and Steel Janst, Jaр. 1984, 70, N 7, 694-700).

Известно устройство по а.с. СССР N 872011, кл. В 22 D 11/00, опублик. 1981 для вторичного охлаждения заготовки, содержащее корпус с воздушной камерой и соединенный с системой подачи жидкости смесительной камерой, в стенке которой по одной линии установлены форсунки с каналами в виде переходящих друг в друга конфузора и диффузора при отношении диаметра сферы конфузора к диаметру наименьшего сечения канала 5-10.

Недостатками устройства являются: низкая эксплуатационная надежность ввиду большой вероятности засорения выходных отверстий форсунок с малым проходным сечением (1/5 1/10 от диаметра сферы конфузора, размер которого, в свою очередь, существенно меньше размера смесительной камеры); невозможность эксплуатации в режимах малых (менее 100 КПа) давлений энергоносителей (вода и воздух), ввиду большого гидравлического сопротивления устройства за счет больших перепадов проходных сечений каналов по воде и воздуху и наличия перегородки в канале подачи воздуха.

Известно устройство по а.с. СССР N 969440, кл. В 22 D 11/124, опублик. 1982, для вторичного охлаждения непрерывного слитка, содержащее цилиндрический корпус, размещенную в нем трубу с выходными отверстиями, распыляющие насадки, патрубки для подвода воды и воздуха в смесительные камеры, каждая из которых закреплена одним концом в стенке корпуса, а на другом ее конце установлены форсунки, причем соотношение внутреннего диаметра смесительной камеры и диаметра выходного отверстия трубы составляет 2,0-8,0. Кроме того, смесительная камера закреплена в корпусе с возможностью перемещения вдоль ее продольной оси, а на внутренней стенке камеры выполнены спиральные канавки.

Недостатки устройства: сложность изготовления, связанная с высокой точностью стыковки подвижных камер смешения с выходными отверстиями внутренней трубы, так как от соосности отверстий и камер зависит положение факелов диспергированной жидкости на охлаждаемой поверхности; низкая эксплуатационная надежность, обусловленная наличием застойных зон, образующихся в результате размещения трубы внутри корпуса; их зарастание, а также зарастание спиральных канавок приводит к непрогнозируемому изменению гидравлических характеристик устройства в процессе эксплуатации на воде оборотного цикла; невозможность эксплуатации в режимах низких давлений энергоносителей, так как конструкция не предусматривает пределы оптимального соотношения между конструктивными параметрами камеры смешения и размером выходного отверстия форсунки, а рекомендации по эксплуатации устройства в диапазоне 0,5-4,0 для воды и 0,5-5,0 атм для воздуха свидетельствует об использовании форсунок с малым (менее 20 мм²) сечением выходного отверстия, что также свидетельствует о низкой эксплуатационной надежности при работе на воде оборотного цикла.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки содержащее корпус в виде двух параллельных трубопроводов с подводами и камерами смешения с форсунками и входными отверстиями с патрубками, сообщающими ее полость с трубопроводами; корпус каждой камеры смешения выполнен в виде патрубка, имеющего форсунку на фронтальной части (см. авторское свидетельство СССР N 1694333, кл. В 22 D 11/124, 1991 г.).

Недостатки устройства: большое гидравлическое сопротивление, обусловленное наличием патрубков малых сечений, соединяющих камеру смешения с трубопроводами, малым размером отверстия для подачи воздуха (4,3-5,0 мм) и наличием расширения и сужения потоков воды и воздуха, не позволяет эксплуатировать устройство в диапазоне низких 10-90 КПа давлений воды и воздуха; низкая эксплуатационная надежность, ввиду оснащения камеры смещения форсунками с малыми сечениями выходных отверстий.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является обеспечение эффективности диспергирования охладителя в диапазоне низких 10-90 КПа давлений энергоносителей и повышение эксплуатационной надежности устройства.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус в виде двух параллельных трубопроводов с подводами и камеру смешения с форсунками и входными отверстиями с патрубками, сообщающими ее полость с трубопроводами, корпус камеры смешения, пронизывающего одну из трубопроводов, проходное сечение которого в 5-8 раз больше проходного сечения камеры, так, что ось сквозного входного отверстия, выполненного на боковой поверхности камеры, пересекаясь с осями камеры и трубопровода в одной точке, тыльная часть камеры непосредственно соединена с другим трубопроводом, а площадь выходного отверстия которой составляет 12-36% от площади проходного сечения камеры.

Предлагаемое компактное выполнение камеры смещения позволяет за счет ее погружения в полость подводящего трубопровода, исключить потери давления на паразитных соединительных патрубках, а установка входного отверстия с пересечением его оси с осями камеры и трубопровода в одной точке позволяет реализовать наиболее благоприятную схему смещения энергоносителей. В сочетании с выбором достаточно большого диаметра трубопровода, площадь проходного сечения которого в 5-8 раз больше площади проходного сечения камеры, предлагаемая конструкция обладает минимальным гидравлическим сопротивлением, что является необходимым, а, в сочетании с правильным выбором форсунки, достаточным условием для эксплуатации в режимах низких давлений (менее 90 КПа).

Оснащение устройства форсункой, площадь выходного сечения которой составляет 12-36% от площади проходного сечения камеры, позволяет существенно повысить эксплуатационную надежность устройства и обеспечить эффективное диспергирование охладителя в диапазоне давлений 10-90 КПа.

Выполнение трубопровода (содержащего камеру смещения) с площадью проходного сечения меньше чем в 5 раз такового у камеры смещения заметно увеличивает гидравлическое сопротивление устройства, а более чем в 8 раз нецелесообразно по условиям габарита и металлоемкости.

Оснащение устройства форсункой с площадью выходного отверстия меньшей 12 проц. от площади проходного сечения камеры заметно снижает эксплуатационную надежность устройства, а оснащение его форсункой с площадью выходного устройства большей 36 проц. от площади проходного сечения камеры смешения приводит к потерям устойчивости факела диспергированной жидкости при давлении ниже 100 КПа.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства; на фиг.2 вид его поперечного сечения.

Устройство состоит из трубопроводов 1 и 2, камер смешения 3 с входными отверстиями и форсунок 4. Из фиг.1,2 следует, что представлена конструкция устройства обладает достаточной прочностью, так как несущей является труба 2 большого диаметра двойным сварным швом, охватывающая периметр камер смещения. Высокая точность сборки гарантируется тем, что сопряжение деталей происходит в трубе 2 с предварительно просверленными отверстиями под камеры (в этом случае труба 2 с отверстиями под камеры выполняет роль кондуктора).

Устройство работает следующим образом. Энергоносители (вода и воздух) подают одновременно по трубам 1, 2. Через отверстия в камере смещения 3 (боковые и торцовое) вода и воздух попадают непосредственно в камеру смешения, где смешиваются при избыточном давлении 10-90 КПа, под действием которого и происходит процесс диспергирования воды на выходе из форсунки 4. Диспергированный охладитель направляют на поверхность заготовки (на фиг. не показана).

Режим охлаждения регулируется путем дозированной подачи энергоносителей по трубам 1, 2. Грубая регулировка режима осуществляется путем изменения расхода подаваемой воды, а тонкая путем изменения расхода воздуха.

На фиг.3 представлено поле коэффициентов теплоотдачи, реализуемое предлагаемым устройством. Из зависимостей, представленных на фиг.3 следует, что предлагаемое устройство, обеспечивая диапазон коэффициентов теплоотдачи в пределах 140-930 Вт/м²К, способно обслужить все зоны вторичного охлаждения при низких (10-90 КПа) значениях давлений энергоносителей и, учитывая большое сечение выходного отверстия форсунки, при гарантированной высокой эксплуатационной надежности.

Результаты, приведенные на фиг.3, по- лучены в результате испытаний на конкретной конструкции устройства вторичного охлаждения при температуре охлаждаемой поверхности 920-930^оС, расстоянии от форсунок до охлаждаемой поверхности 300 мм, температуре охлаждающей воды 27^оС и следующих конструктивных параметрах устройства: Диаметр трубы 1,2 и 3 соответственно равны 32, 48 и 22 мм. Внутренний диаметр камеры смешения 16 мм. Диаметр входного отверстия на боковой поверхности камеры 6 мм, площадь входного отверстия на боковой поверхности камеры 6 мм, площадь выходного отверстия форсунки 36 мм². Количество отверстий 2. Подачу воды осуществляли через трубу 1, воздуха через трубу 2. Отношение площадей проходного сечения трубопровода 2 и камеры смешения 3 составляет 6,9, а площадь выходного сечения форсунки 4 соответствует 18 проц. от площади проходного сечения камеры смешения.

Технический результат состоит в следующем: использование в качестве охладителя дешевой воды оборотного цикла и получении эффекта за счет сокращения эксплуатационных затрат; эксплуатация устройства с использованием сжатого воздуха не только от цеховой сети низкого давления, но и от отдельной воздуходувки, и за счет этого получение экономического эффекта на капитальных и эксплуатационных затратах;
увеличение производительности (увеличивается серийность и сокращается время на переподготовку системы охлаждения) МНЛЗ и улучшается качество заготовок (практически исключаются нарушения монотонности теплоотводящего поля, обусловленные забиванием форсунок) за счет повышения эксплуатационной надежности устройства.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК, содержащее два параллельных трубопровода с подводами с камерами смешения, корпус каждой из которых выполнен в виде патрубка с форсункой на фронтальной части, имеющими форсунки и входные отверстия с патрубками, сообщающими полости камер смешения с трубопроводами, отличающееся тем, что корпус камеры смешения встроен в один из трубопроводов, проходное сечение которого в 5 8 раз превышает проходное сечение камеры, при этом ось сквозного входного отверстия, выполненного на боковой поверхности корпуса камеры, пересечена с осями камеры и трубопровода в одной точке, тыльная часть корпуса камеры соединена с другим трубопроводом, а площадь выходного отверстия форсунки составляет 12 36% площади проходного сечения камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3