Устройство для вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки
Изобретение относится к области литейного производства. Устройство, выполненное в виде вертикально расположенного коллектора, содержит трубу для подвода воды, трубу для подвода воздуха, подводящие патрубки, закрепленные на них и соединяющие обе трубы, и смесительные патрубки для подачи водовоздушной смеси в установленные на их торцах форсунки. В подводящих патрубках установлены дросселирующие насадки. Нижняя насадка выполнена с соотношением длины к внутреннему диаметру 15…40, а отношение длин насадок к их внутренним диаметрам от насадки к насадке снизу вверх выполнено уменьшающимся на 1,6…8,2. Достигается равномерность охлаждения непрерывнолитой заготовки. 1 ил., 3 табл.
Предложенное техническое решение относится к области металлургии, в частности к вторичному охлаждению непрерывного слитка на МНЛЗ.
Известно устройство для вторичного охлаждения непрерывнолитой заготовки (коллектор), содержащее трубы для подвода воды и воздуха с закрепленными на них соединяющими обе трубы патрубками для подачи водовоздушной смеси и установленные в их торцах форсунки, в корпусах которых выполнен подводящий канал с соплами, при этом подводящий канал форсунки выполнен заканчивающимся полусферой, в которую врезаны сопла, а боковые поверхности сопел выполнены расходящимися с увеличением площади сечения сопла от центра к периферии, при этом отношение глубины вреза сопла к радиусу полусферы составляет 0,4…1,4, а отношение диаметра подводящего канала форсунки к внутреннему диаметру патрубка составляет 0,4…0,9 [1].
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вторичного охлаждения непрерывнолитого слитка, содержащее трубы для подвода воды и воздуха с закрепленными на них соединяющими обе трубы патрубками для подачи водовоздушной смеси в установленные на их торцах форсунки, в корпусе которых выполнен подводящий канал с соплами, причем в жиклерах патрубков установлены дросселирующие насадки с отношением внутренних диаметров к длине насадок 0,1…0,3, при этом внутренний диаметр насадок уменьшается от верхней части коллектора к нижней [2].
Уменьшение диаметров насадок сверху вниз обеспечивает равномерность охлаждения непрерывнолитой заготовки, что улучшает ее качество. Расход воды через форсунки должен уменьшаться в направлении сверху вниз. Такой закон распределения расходов воды несложно задать в рамках зоны вторичного охлаждения в целом, уменьшая расход от коллектора к коллектору. Однако в пределах единичного коллектора наблюдается обратная картина - наибольший расход воды через нижнюю и наименьший через верхнюю форсунки. Эта неравномерность вызывается действием гидростатического давления и наиболее ярко проявляется при малых расходах воды, т.е. при разливке трещиночувствительных марок стали в условиях мягких режимов охлаждения. Небольшие расходы воды определяют ее низкое давление в коллекторе, при этом изменение гидростатического давления по высоте коллектора становится сопоставимым с абсолютным значением давления.
Выравнивание расхода воды по высоте коллектора может быть достигнуто путем диверсификации гидравлических сопротивлений подводящего тракта каждой из форсунок: наибольшим сопротивлением должен обладать тракт нижней, а наименьшим - тракт верхней форсунки. Однако авторы патента [2] не приводят закона изменения дросселирующих диаметров насадок по высоте коллектора, в результате достижение равномерного распределения водовоздушной смеси по высоте устройства-прототипа не гарантировано.
Для достижения равномерного распределения водовоздушной смеси предлагается устройство (см. чертеж), содержащее параллельно расположенные трубы для подвода воды и воздуха (поз.1 и 2) и соединяющие трубы подводящие патрубки (поз.3) с установленными в них дросселирующими насадками (поз.4). В выходные отверстия подводящих патрубков (поз.3) вварены жиклеры (поз.5), вставленные соосно в смесительные патрубки (поз.6). В выходные отверстия смесительных патрубков (поз.6) ввинчены форсунки (поз.7).
Устройство работает следующим образом: вода подается через трубу 1, одновременно через трубу 2 подается сжатый воздух. С помощью насадок 4, установленных в патрубках 3, происходит дросселирование воды с уменьшением ее давления. Вода, вытекая через отверстие в жиклере 5, соударяясь со стенками смесительного патрубка 6, распыляется на капли и смешивается с воздухом, проходящим по смесительному патрубку 6, образуя водовоздушную смесь. Водовоздушная смесь, проходя через форсунку 7, приобретает заданную форму факела и подается на поверхность непрерывнолитой заготовки.
Отношение длины к внутреннему диаметру насадок убывает снизу вверх по высоте коллектора 1 по линейному закону. Благодаря использованию дросселирующих насадок разность гидростатических давлений в верхней и нижней частях коллектора компенсируется разностью гидравлических сопротивлений подводящего тракта форсунок.
Рассмотрим возможные пределы отношения длины к внутреннему диаметру насадок и их изменения от насадки к насадке. В качестве критерия для оценки работы коллектора выбрали равномерность распределения расхода воды по высоте коллектора (отношение расходов воды через соседние форсунки) и величину давления воды перед коллектором. При равномерном распределении расходов воды по высоте коллектора отношение расходов через соседние форсунки должно стремиться к единице. Избыточное давление воды перед коллектором не должно превышать 6 атм.
Проведен эксперимент, в котором установлено влияние отношения длины к внутреннему диаметру насадок и его изменения от насадки к насадке на описанные выше критерии.
Отношение длины к внутреннему диаметру нижней (первой) насадки должно быть не менее 15, т.к. в противном случае отношение длины к внутреннему диаметру последних (верхних) насадок опустится до пределов, при которых их сопротивление будет описываться не законами движения жидкости в длинной трубе, а законами движения жидкости на участке местного сопротивления. Практически это означает, что гидравлические сопротивления насадок разной величины (но с отношением длины к внутреннему диаметру менее 5) мало отличаются друг от друга и выравнивания расходов воды по высоте коллектора не наблюдается (табл.1). При этом интенсивность охлаждения непрерывнолитой заготовки по длине не падает, а нарастает, что приводит к образованию на поверхности заготовки трещин и ухудшению ее макроструктуры.
| Таблица 1. | |||
| № | Отношение длины к внутреннему диаметру первой (нижней) насадки | Отношение длины к внутреннему диаметру последней (верхней) насадки (при изменении относительной длины от насадки к насадке на 2) | Отношение расходов воды через последнюю (верхнюю) и предпоследнюю форсунки |
| 1 | 11 | 1 | 0,50 |
| 2 | 15 | 5 | 0,85 |
| 3 | 32 | 22 | 0,90 |
| 4 | 40 | 30 | 0,90 |
| 5 | 45 | 32 | 0,90 |
При отношении длины к внутреннему диаметру нижней (первой) насадки более 40 ее (и вышележащих насадок) гидравлическое сопротивление настолько велико, что требует применения насосов высокого давления, специализированной запорно-регулирующей аппаратуры и высококачественных сварных швов, что экономически нецелесообразно (табл.2).
| Таблица 2. | ||
| № | Отношение длины к внутреннему диаметру первой (нижней) насадки | Избыточное давление воды перед коллектором, атм |
| 1 | 11 | 1,5 |
| 2 | 15 | 2,2 |
| 3 | 32 | 4,3 |
| 4 | 40 | 5,7 |
| 5 | 45 | 8,2 |
При изменении отношения длины к внутреннему диаметру от насадки к насадке менее чем на 1,6 не наблюдается заметных отличий в гидравлических сопротивлениях подводящих трактов форсунок и не происходит выравнивания расходов воды по высоте коллектора (табл.3).
При изменении отношения длины к внутреннему диаметру от насадки к насадке более чем на 8,2 отличия в гидравлических сопротивлениях подводящих трактов форсунок настолько велики, что наблюдается обратная неравномерность распределения расходов воды по высоте коллектора - в верхней части коллектора наблюдаются большие значения расхода, чем в нижней (табл.3).
| Таблица 3. | ||
| № | Изменение отношения длины к внутреннему диаметру от насадки к насадке | Отношение расходов воды через последнюю (верхнюю) и первую (нижнюю) форсунки |
| 1 | 1,2 | 0,60 |
| 2 | 1,6 | 0,80 |
| 3 | 3,7 | 0,95 |
| 4 | 8,2 | 1,20 |
| 5 | 12,2 | 1,42 |
Источники информации
1. Патент RU №2236325, класс B22D 11/124 от 22.01.2003 г.
2. Патент на полезную модель №53194 Устройство для вторичного охлаждения непрерывнолитого слитка. Патентообладатель ООО «Корад» Куклев А.В., Айзин Ю.М., Лонгинов А.М, Сгибнев Г.В, Гудков А.В., заявка №2005136598 от 25.11.2005 г.
Устройство для вторичного охлаждения непрерывнолитого слитка, выполненное в виде вертикально расположенного коллектора, содержащего трубу для подвода воды, трубу для подвода воздуха, подводящие патрубки, закрепленные на них и соединяющие обе трубы, и смесительные патрубки для подачи водовоздушной смеси в установленные на их торцах форсунки, причем в подводящих патрубках установлены дросселирующие насадки, отличающееся тем, что нижняя из дросселирующих насадок выполнена с соотношением длины к внутреннему диаметру равным 15 - 40, а величина указанного соотношения каждой последующей насадки на 1,6 - 8,2 меньше, чем у ниже расположенной.
