Форсунка для охлаждения металла
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСНРМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических республик гггг981 394 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 26 ° 02 ° 81 (21) 3253180/22-02 р д мв з
С 21 D 1/667 с присоединением заявки NP
Государственный комнтет
СССР по делам нзобретеннй н открытнй (23) ПриоритетОпубликовано 15.12.82 ° Бюллетень HP 46 . Дата опубликования описания 15 . 12. 82 (ЩУК 621.784. .6г621.771. . 09 (088. 8) Л. M. Бобров, С. И. Жигач, О. Н. Засухин, В. Н. Славянинов, А. М. Сизов, В. Н. Усков и В. В. Хорфов
° ° колпинское отделение Всесоюзного научно-и ффовате4ьского и проектно-конструкторского института мет ургического машиностроения Научно-производственного о ъедийения"
"ВНИИИЕТИАИ" и Ленинградский механический,инстйхут;,".: (72) Авторы изобретения (7г) Заявители (54) ФОРСУНКА ДПИ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА
Изобретение относится к металлургическому производству и может быть использовано для ускоренного охлаждения проката или брамсов на установках непрерывной разливки.
Известно устройство для охлаждения проката воздухожидкостной смесью, содержащее корпус, сменное сопло для формирования воздухожидкостного по вгг тока и вентиль для перекрытия кана— лов подачи жидкости и воздуха 1).
Недостатками устройства являготся сложность конструкции, неустойчивый режим работы при снижении давления и расхода жидкости, а также иеэначи» тельная степень дисперсности жидкости в потоке.
Известно устройство, содержащее корпус, распылитель и трн сопла Лаваля, расположенные последовательно 2).
Недостатками этого устройства яе" ляются сложность конструкции и невозможность обеспечения высокой скорости истечения воздухожидкостной струи.
Известно также устройство, содержащее корпус, в котором выполнен конический .суживающийся конфузор, со« единенный с источником сжатого воздуха и переходящий в цилиндрическую каме- ЗО ру смешения охватываемую кольцевой проточкой, связанной с отверстием подвода жидкости 3 .
Недостатком такого устройства является незначительная степень распыления жидкости вследствие подачи ее в узкую часть конфузора, т.е. в зону повьхггенного давления, а также недостаточно высокая скорость истечения струи через расширяющуюся часть камеры смешения, так как разгоняется не воздушный поток, а воэдухожидкостная смесь.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является форсунка для охлаждения металла распыленной жидкостью, содержащая.корпус, в котором выполнены отверстия для подвода жидкости и воздуха и устанавливаемое в него сопло Лаваля.
Сверхзвуковая часть сопла Лаваля соединена наклонными каналами с отверстием для подвода жидкости. Угол раствора соила Лаваля составляет 4 . Форсунка обеспечивает высокую скорость истечения воздухожидкостной смеси прн высокой степени дисперсности жидкости в потоке Для обеспечения равномерного орошения необходима установка значитель30 ного количества распыливающих устройств, что в свою очередь ведет к увелйчению расхода сжатого воздуха и жидкости. При установке на форсунке щелевых патрубков наблюдается нарушение стабильности истечения потока вследствие его прилипания к одной иэ стенок патрубка (так называемого эффекта Коанда). 20 Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения за счет увеличения площади орошения и степени дисперсности жидкости в потоке путем возбуждения поперечных колеба- 25 .ний воздухожидкостной струи. Поставленная цель достигается тем, что в форсунке для охлаждения металла, содержащей сопло Лаваля с отверстиями для подачи воздуха и жидкости 30 в его сверхзвуковую часть, форсунка снабжена профильными отклоняющими пластинами, сверхзвуковая часть сопла Лаваля имеет щелевую форму, а на его боковых расходящих поверхностях вы- 35 полнены продольные С-образные каналы, в которых размещены пластины. На фиг. 1 изображена предлагаемая форсунка, разрез, на фиг. 2 — разрез A-A на фиг. 1. Форсунка содержит трубопровод 1 подачи сжатого воздуха, соединенный с соплом Лаваля 2, имеющим сверхзвуковую часть щелевой формы, на боковых расходящихся поверхностях 3 сверхзвуковой части сопла выполнены продольные С-образные каналы 4 обратной связи, отделенные от полости сопла профильными отклоняющими пластинами 5, через отверстия б и 7 в сопло подается жидкость. Выполнение каналов обратной связи С-образной формы обусловлено необходимостью постепенного плавного разворота отсеченной части потока и формирования направленного усилия 55 для отклонения струи. Как видно иэ фиг. 2, движение и усилие потока при его выходе из канала обратной связи направлено по нормали к основной струе газожидкостиой смеси, вытека- Щ ющей иэ сопла. В каналах другой формы, например треугольной, происходит интенсивное торможение потока беэ эффекта отклонения струи, так как усилие отсечен- 5 ного потока при выходе из канала направлено по касательной к направлению движения основной струи. Отклоняющие пластины, отделяющие С-образные каналы от боковых поверхностей сопла, могут быть плоскими, со скругленными кромками, а также иметь различный профиль, например плосковыпуклый (крыловой), либо выпукло-вогнутый с расположением впа-з дины со стороны движения струи. Как показывают экспериментальные исследования опытной форсунки, применение плоских или плоско-выпуклых отклоняющих пластин дает, примерно, одинаковые результаты. В случае применения выпукло-вогнутых отклоняющих пластин во впадинах образуются завихрения, несколько замедляющие частоту колебаний струи. Форсунка работает следующим образом. Сжатый воздух подается трубопроводом 1 в сопло Лаваля 2, откуда истекает с высокой скоростью. Жидкость, поступающая в сверхзвуковую часть сопла. через отверстия б и 7 распыляется в скоростном воздушном потоке, При движении через сверхзвуковую часть сопла 2 воздухожидкостная струя примыкает к одной иэ его боковых расходящих поверхностей 3 (эффект Коанда). Воздухожидкостный поток, двигаясь вдоль боковой поверхности 3 сопла 2, запирает С-образный канал 4 обратной связи, отделенными от полости сопла 2 профильной отклоняющей пластины 5. Давление в канале 4 повышается и отбрасывает воэдухожидкостную струю к противоположной боковой поверхности 3 сопла 2, запирая тем самым примыкающий к этой поверхности канал 4. Таким образом, струе сообщаются поперечные колебания, частота которых зависит от формы и размеров каналов обратной связи, конфигурации отклоняющих пластин, а также давления истекающего воздуха или жидкости. Лабораторные исследования опытной форсунки показывают, что частота колебаний воздухожидкостной струи может изменяться в пределах от 15-17 до 100-120 Гц. Расход хладоагента (воздухожидкостной меси) определяется в зависимости от размера критического сечения сопла Лаваля, давления воздуха, а также размеров сечения каналов подачи жидкости и ее давления. Укаэанные параметры и их соотношение могут регулироваться в широком,циапазоне в зависимости от условий производства. Охлаждение проката даже при форсированном режиме является относительно длительным процессом, поэтому частота колебаний струи для практи981394 Эффект прилипания струи к одной из стенок сопла получил название "эффекта Коанда". Поток, выходящий из канала обратной связи, взаимодействует со струей, движущейся вдоль стенки сопла и тормозится. При этом давление потока увеличивается, а возникающее усилие отбрасывает струю к противоположной стенке сопла, где процесс повторяется. Угол раскрытия плоского сопла составляет 4-10, в зависимости от требуемой амплитуды колебания струи ° Поперечные размеры критического сечения сопла приняты равными 10х10 мм. Размеры каналов обратной связи зависят от параметров сопла форсунки, требуемой частоты колебания струи, а также давления газожидкостного потока. На фиг. 1 и 2 форсунка изображена в натуральную величину. Для увеличения частоты колебания струи ка- 30 налы обратной связи должны быть минимально короткими, с целью исключения демпфирования потока. С другой стороны, для уменьшения частоты колебания струи каналы следует удли- 35 нять. Практически для форсунки с критическим сечением 10х10 мм длина каналов обратной связи может колебаться от 20 до 50 мм. Частота колебаний 40 воздушной струи при охлаждении проката, особенно средне- и крупно-сортного, не имеет существенного значения ввиду относительной длительности процесса охлаждения и пребывания 45 проката в зоне орошения форсунками. Благодаря сообщению струе поперечных колебаний площадь орошения увеличивается более,.чем в два раза, поэтому число форсунок в системе 0 ускоренного охлаждения может быть сокращено вдвое, Соответственно расход воздуха и жидкости также уменьшается в два раза. П р и и е р. В установке ускорен ного охлаждения проката на холодильнике 55 для стана 550 предусмотрена двухрядная установка форсунок общим количеством 320 шт. Угол раствора факела струй о этих форсунок составляет 18-20 При установке форсунок с колебатель- 60 ным движением струи угол раствора факела увеличивается до 40-50 . Слео довательно, количество форсунок может быть уменьшено вдвое. При давлении в магистрали сжатого воздуха 65 Формула изобретения Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Ф 737474, кл. С 21 D 1/677, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР 9 180213, кл. С 21 П 1/667, 1968. 3. Косько 3. К. и др. ПрименениЕ водовоздушной смеси для охлаждения толстых листов при термическом упрочнении. -Сб. "Металлургическая и горнорудная промышленность". Днепропетровск, Машгиз, 9 4, 1979, с ° 20-21. 4. Авторское свидетельство СССР 9 605843, кл. С 21 D 1/667, 1978. ческих целей может составлять 5060 Гц. При течении сверхзвуковой струи через плоское сопло наблюдается явление ее прилипания к одной из стенок сопла. Это зависит от неодинаковости геометрических параметров, частоты поверхности и т.д., обусловленных качеством обработки сопла. 4 кгс/см и воды — 1,5-2 кгс/см > их расходи у известной форсунки составляют соответственно 0,54 м /ч и 0,57 м /ч. При сокращении количества форсунок.в установке ускоренного охлаждения на 160 шт. снижение расхода сжатого воздуха и воды составляетг 54 м /ч х 160 = 8640 м /ч, и 0,57 м /ч х 160 = 91,2 M3/ч. При годовом фонде рабочего времени металлургических цехов примерно 6000 ч годовая экономия расхода сжатого воздуха и воды составляет: 8640 м /ч х 6000 = 51,8Х10б м 91,2 м /ч х 6000 = 0,55 х 10<м При средней стоимости 1000 мз сжатого воздуха — 1 р. 50 к. и 10003 воды — 8 р. годовая экономия от снижения их расхода составляет: 51,8 х 10з х 1,5 = 77700 р. 0,55 х 10 х 8 = 4400 р. Итого 82.100 руб. Опыт эксплуатации известных форсунок показывает, что вода не успевает полностью испариться на нагретой поверхности металла и покрывает ее водной пленкой. Поэтому распределение того же количества воды на большую поверхность обеспечивает более полное испарение жидкости. Форсунка для охлаждения металла, содержащая сопло Лаваля с отверстиями для подачи воздуха и жидкости в его сверхзвуковую часть, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения за счет увеличения площади орошения и степени дисперсности жидкости в потоке путем возбуждения поперечных колебаний воздухожидкостной струи, форсунка снабжена профильнымиотклоняющими пластинами, сверхзвуковая часть сопла Лаваля имеет щелевую форму, а на его боковых расходящихся поверхностях выполнены продольные С-образные каналы, в которых размещены пластины. 981394 Составитель A. Денисова Редактор A. Гулько ТехредМ.Гергель Корректор Г. Решетник Заказ 9637/38 Тираж 587 - Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
