Устройство для охлаждения чугуноразливочной конвейерной машины Советский патент 1992 года по МПК B22D15/04 

Ј

Предлагаемое устройство содержит 5- 11 смесительных камер, длина которых регулируется с помощью дополнительных насадок. Длина смесительных камер регулируется по закону n, где п-порядковый номер камеры, и возрастает в направлении подачи воды. Труба с патрубками для подачи воздуха размещена на корпусе устройства. Конструкция устройства позволит расширить диапазон регулирования распределения охладителя по форсункам в широком диапазоне расходов 0.7-3,0 м3/ч на форсунку при больших проходных сечениях, обеспечивающих стабильную работу на заизвесткованной воде оборотного цикла. Снизится уровень температурных колебаний, увеличится стойкость мульд и качество чугунных отливок. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано на чугу- норазливочных конвейерных машинах.

Известен спрейер системы охлаждения установок непрерывной разливки металлов, содержащий цилиндрический полый корпус с диффузорными отверстиями, снабженный цилиндрическим патрубком с насадками, установленными соосно с отверстиями корпуса.

К недостаткам конструкции этого спрей- ера относится то, что при горизонтальном расположении спрейера, как это необходимо в чугуноразливочной машине, охладитель неравномерно распределяется по форсункам при низком давлении водовоз- душной эмульсии (0,2-0,5 атм). Переход на уровень более высокого давления за счет пропорционального уменьшения проходных сечений и выходных отверстий форсунок уменьшает надежность работы спрейера при работе на заизвесткованной воде оборотного цикла чугуноразливочной машины.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для охлаждения непрерывнолитого слитка, содержащее цилиндрический корпус с цилиндрическими смесительными камерами, размещенную в нем трубу с отверстиями. При этом каждая смесительная камера закреплена в стенке корпуса с возможностью перемещения в направлении ее продольной оси.

К недостаткам конструкции этого устройства относится низкая надежность при работе на заизвесткованной воде оборотного цикла чугуноразливочной машины, а также узкий диапазон регулирования требуемого по технологии распределения охладителя по форсункам при больших рас

1N3 О

О

ходах охладителя (более 0,7 м3/ч на форсунку).

Цель изобретения - повышение надежности устройства, увеличение стойкости мульд и улучшение качества чугунных отливок. Поставленная цель достигается тем, что устройство для охлаждения чугуноразли- вочной конвейерной машины, содержащее цилиндрический корпус с цилиндрическими смесительными камерами, имеющими средство регулирования их длины, трубу для подачи воздуха с патрубками, расположенными соосно смесительным камерам, распыляющие форсунки и патрубки для подвода воды и воздуха, снабжено составными смесительными камерами с возможностью регулирования их длины посредством цилиндрических насадок. При этом длину камер увеличивают в направлении от патрубка для подачи воды к патрубку для подачи воздуха по зависимости Vn, где п - порядковый номер камеры, а трубку с патрубками для подачи воздуха размещают на корпусе. Количество камер в одном устройстве устанавливают в пределах 5-11.

На фиг,1 изображено устройство, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - кривые распределения воды по форсункам (кривая 1 - для случая одинаковой длины смесительных камер, кривая 2 - для случая с изменяемой по закону YD длиной камер смешения); на фиг.З - зависимости коэффициента надежности устройства К (кривая 1) и равномерности распределения охладителя (кривые 2-4) от количества форсунок на одном автономном коллекторе.

Устройство выполнено в виде коллектора и состоит из корпуса 1, на котором закреплена труба 2 с патрубками 3. Корпус снабжен патрубком 4 для подвода охладителя, а труба 2 - патрубком 5 для подвода сжатого воздуха. В корпусе жестко закреплены смесительные камеры 6 с дополнительными цилиндрическими насадками 7 и форсунками 8.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух под давлением 1,5-4 атм через патрубок 5 подается в трубу 2 и через патрубки 3 поступает в смесительные камеры 6. Вода под давлением 0,5-2,0 атм через патрубок 4 поступает в корпус 1 в направлении, противоположном направлению движения сжатого воздуха в трубе 2, и далее в смесительные камеры - частично струями, частично в виде водовоздушного потока, образующегося вследствие эжекции воды воздухом на входах в смесительные камеры.

Образующаяся в камерах смешения во- довоздушная эмульсия распыляется на выходе из форсунок и в виде сопряженных водовоздушных потоков натекает на поверхность отливок и мульд. Экспериментально установлено, что при удлинении смесительных камер в направлении от патрубка для подачи воды к патрубку для подачи воздуха в коллектор увеличивается гидравлическое

сопротивление по воздуху и уменьшается сопротивление прохождению охладителя, что способствует перераспределению охладителя в ускоренном направлении. При одинаковой длине смесительных камер

распределение охладителя по камерам смешения является существенно неравномерным (фиг.2, кривая 1). Удлинение камер смешения от первой И к последней ln позволяет получить более равномерное распределение охладителя (фиг.2, кривая 2). В первом случае равномерность распределение охладителя тр 0,07, во втором - ц 0,6; равномерность определяется как f Gn/Gi, где Gi - расход охладителя на первой камере смешения, Gn - на последней.

Распределение охладителя по камерам смешения (соответственно по длине конвейера) прямым образом влияет на уровень и равномерность теплосъема от мульды и

чугунной заготовки, а через эти параметры на температурные колебания и следовательно трещинообразование в мульде и заготовке, т.е. на стойкость мульд и качество чугунных заготовок. Это связано с тем, что

плотность теплового потока q для водовоз- душных распылителей нелинейно зависит от расхода охладителя: , где А - коэффициент, значение которого лежит в пределах 3-102-103, b 1. Максимальный

теплообъем при Ь 1 достигается в случае rj и падает с уменьшением /.

Таким образом, удлинение камер смешения от первой И к последней позволяет при сохранении общего расхода охладителя

на коллектор повысить как уровень тепло- съема, так и равномерность теплоотвода от заготовки и мульды, что обеспечивает увеличение стойкости мульд и улучшение качества заготовок.

Выбор длины И осуществляют в пределах 1-4 диаметра выходного отверстия форсунки. Меньшая величина И резко снижает кинематическую энергию потока от первой форсунки, а большая приводит к недопустимому увеличению вертикального размера устройства. Использование зависимости, дающей менее резкое увеличение In (например, IrHiVn), позволяет только на 15-20% увеличить равномерность распределения

охладителя. Использование более сильной зависимости (например, ) резко увеличивает вертикальный размер устройства, что при увеличении равномерности в распределении охладителя приводит к умёнь- шению равномерности в распределении кинетической энергии натекающих на муль- довый конвейер потоков. В результате равномерность теплосъема резко падает, что ведет к снижению стойкости мульд и качел ства заготовок. Распределение ln И П обеспечивает наилучшее в сопоставлении с указанными зависимостями сочетание равномерности распределения охладителя и кинетической энергии потоков.

Как показали эксперименты, размещение трубы с патрубками внутри корпуса приводит к быстрому образованию известковых отложений на выступающих частях, что приводит к нарушению распределения охладителя по камерам смешения и падению надежности работы устройства. Влияние надежности устройства на стойкость мульд и качество заготовок обусловлено тем, что при выходе из строя (забивании отложениями извести) одной или нескольких форсунок устройства, на конвейере образуются неорошаемые зоны, где происходит разогрев поверхности заготовок и сопряженной с ними поверхности мульд. Наряду с этим происходит переохлаждение заготовок и мульд в зоне орошения работающих форсунок, куда перераспределяется охладитель, не прошедший через вышедшие из строя форсун- ки. Это приводит к увеличению амплитуды температурных колебаний в мульде и заготовки и, в соответствии с одним из механизмов трещинообразования, к увеличению трещинообразования в мульде и заготовке. Наличие трещин на поверхности мульд приводит к залипанию чугуна при заливке и потере как чугуна, так и самой мульды. Наличие трещин в заготовке является браком, так как при перегрузках это ведет к потере металла.

Размещение трубы с патрубками вне корпуса увеличивает надежность работы устройства, позволяет уменьшить диаметр цилиндрического корпуса и ремонте- пригодность устройства за счет устранения выступающих частей во внутренней полости устройства.

Выполнение смесительных камер составными позволяет легко изменять их дли- ну при изменении технологических режимов охлаждения, связанных с изменением параметров разливки (масса заготовок, скорость конвейера, температура воды)

и таким образом осуществлять регулирование процесса охлаждения в периоды между разливками.

Ограничение количества форсунок (соответственно камер смешения) в коллекторе пределами обусловлено требованиями к надежной работе на заизвесткованной воде отдельных коллекторов и системы охлаждения в целом и определяемой условиями термической технологии допустимой степенью неравномерности распределения охладителя по длине конвейера.

При наиболее распространенной для чугуноразливочных машин длине конвейера 40-43 м количество точек N распыла в системе охлаждения, обеспечивающей непрерывный водовоздушный поток, равно 60-90.

В таблице представлены варианты компановки системы охлаждения из коллекторов с различными п (М - количество коллекторов в системе).

Как видно из таблицы, при компановке системы охлаждения из коллекторов с 13 количество модулей системы (коллекторов) существенно возрастает при переходе к коллекторам с четырьмя и менее форсунками. Это приводит как к росту стоимости системы, так и существенному падению надежности, так как каждый коллектор оснащается как минимум двумя вентилями (для воды и для воздуха), а также прочей запор- но-измерительной арматурой. Последнее иллюстрируется на фиг.З ходом кривой 1, из которого видно, что уменьшение коэффициента надежности К, определяемого по величине 1/М, становится существенным при п 5 (излом на кривой 1).

Установлено, что при п 5 диаметр сечения водяного потока в подводящих охладитель к коллектору патрубках становится меньше диаметра патрубков ( мм). Вследствие этого воздушный поток проникает в водяной патрубок и запорно-измери- тельную арматуру, нарушая ее работу. Определено, что при d 25 мм происходит быстрое зарастание патрубков известью. Для форсунок, которые можно подвергать периодической прочистке, диаметр выходного отверстия больше 10 мм. Таким образом, при п 5 существенно падает как надежность работы отдельных коллекторов с запорно-измерительной арматурой, так и надежность системы в целом при работе на заизвесткованной воде и заметно растет стоимость системы.

На фиг.З представлены экспериментальные кривые 2-4, отражающие равномерность распределения охладителя на

коллекторах с различными п при расходах, соответствующих технологии разливки чугуна на конвейерной машине (0,7-3,0 м /ч на форсунку). Как видно из хода кривых 2-4, равномерность существенно падает при и для коллекторов, оснащенных форсунками с мм и мм ц 0,5, что недопустимо по условиям технологии охлаждения. Такое же существенное падение наблюдается и для коллекторов с мм. При этом необходимо отметить, что форсунки с мм зарастают в 1,7-2 раза быстрее, чем форсунки с 10 мм.

Таким образом, экспериментальные и расчетные данные по надежности коллекто- ров и системы охлаждения, а также равномерности распределения охладителя по форсункам свидетельствуют о существенном ухудшении этих характеристик при 11 п 5.Выбор варианта из пределов определяется конкретными требованиями к надежности, стоимости и теплофизическим характеристикам системы охлаждения чугу- норазливочной машины.

Предлагаемое устройство обеспечивает стабильную работу чугу+юразливочной машины на заизвесткованной воде оборотного цикла. За счет снижения уровня температурных колебаний существенно

Примечание. Цифры в скобках указывают на избыточное (+) или недостаточное (-) количество точек распыла N в системе. В этом случае применяется комбинация коллекторов с разным п.

увеличивается стойкость мульд и улучшается качество чугунных отливок.

Формула изобретения

г и з ю

помер форсунки, п Фиг.2

tl

V