Форсунка для охлаждения металла Советский патент 1982 года по МПК C21D1/667 

(54) ФОРСУНКА ДЯЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к металлургическому производству и может Оать использовано для ускоренного охлаждения проката или брамсов на установках непрерывной разливки.

Известно устройство для охлаждения проката воздухоАидкостной смесью, содержащее корпус, сменное сопло дпя формирования воздухожидкостного потока и вентиль для перекрытия кана лов подачи жидкости и воздуха С1|.

Недостатками устройства сложность конструкции, неустойчивый режим работы при снижении давления и расхода жидкости, а также незначительная степень дисперсности жидкое ти в потоке.

. Известно устройство, содержащее корпус, распылитель и три сопла , расположенные последовательно 2

Недостатками этого устройства являются сложйость конструкции и невозможность обеспечения высокой скорости истечения воздухожидкостной струи.

Известно также устройство, содержащее корпус, в котором выполнен конический -суживающийся конфузор, соединенный с источником сжатого воздуха и переходящий в цилиндрическую камеру смешения, охватываемую кольцевой Проточкой, связанной с отверстием подвода жидкости СЗ.

Недостатком такого устройства является незначительная степень распыления жидкости вследствие подачи ее в узкую часть конфузора, т.е. в зону повьвоенного давления, а также недостаточно высокая скорость истечения

to струи через расширяющуюся часть камеры смешения, так как разгоняется на воэдушшой поток, а воздухожйдкостная смесь.

йгшболее близким по технической

15 с пцности к предлагаемому является форсунка дпя охлаждения металла распаленной жидкостью, содержащая корпус, в которсм выполнены отверстия для подвода жидкости и воздуха и ус20танавливаемое в него сопло Лаваля. Сверхзвуковая часть сопла Лаваля соединена наклонными каналами с отверстием для подвода жидкости. Угол раствора сопла Лаваля составляет 4. Фор25сунка обеспечивает высокую скорость истечения воздухожидкостной смеси при высокой степени дисперсности жидкости в потоке 1С4. Недостатком известной форсунки также, как и всех

30 указанных устройств, является ограничейная площадь орошения, обусловленная углом раствора конуса струи и удалением сопла их охлаждаемой поверхности, что вызывает неравномерно охлаждение проката (в частности листового) и, как следствие, неравномер ное распределение механических свойств по площади и раэн9Родную стртуру.

Для обеспечения равномерного орошения необходима установка значителького количества распыливаюпих устройств, что в свою очередь ведет к увеличению расхода сжатого воздуха и жидкости.

При установке на форсунке щелевых патрубковнаблюдается нарушение стабильности истечения потока вследствие его прилипания к одной из стенок патрубка (так называемого эффекта Коанда).

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения за счет увеличения площади орошения и степени дисперсности жидкости в потоке путем возбуждения поперечных колебаНИИ воздухожидкостной струи.

Поставленная цель достигается тем что в форсунке для охлаждения металла, содержащей сопло Лаваля с отверстиями для подачи воздуха и жидкости в его сверхзвуковую часть, форсунка снабжена профильными отклоняющими пластинами, сверхзвуковая часть сопл Лаваля имеет щелевую форму, а на его боковых расходящих поверхностях выполнены продольные С-образные каналы, в которых размещены пластины.

На фиг. 1 изображена предлагаемая форсунка, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Форсунка содержит трубопровод 1 подачи сжатого воздуха, соединенный с соплом Лаваля 2, имеющим сверхзвуковую часть щелевой , на боковых расходящихся поверхностях 3 сверзвуковой 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 для отклонения струи. Как видно из фиг. 2, движение и усилие потока при его выходе из канала обратной связи направлено по нормали к основной струе газожидкостной смеси, вытекающей из сопла.

В каналах другой формы, например треугольной, происходит интенсивное торможение потока без эффекта отклонения струи, так как усилие отсеченного 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- 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 в,о впадинах образуются завихрения, несколько замедляющие частоту колебаний струи.

Форсунка работает следующим образом. .

Сжатый воздух подается трубопроводом 1 в сопло Лаваля 2, откуда истекает с высркой скоростью. Жидкость, поступающая в сверхзвуковую часть сопла.чер отверстия 6 и 7 распыляется в скоростно воздумном потоке. При движении через сверхзвуковую часть сопла 2 воздухожидкостная струя примыкает к одной из его боковых расходяршх поверхностей 3 (эффект Коанда).

Возлухожидкостный 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 воздухожидкостную струю к противоположной боковой поверхности 3 сопла 2, запирая тем самым примкающий к этой поверхности канал 4.

Таким образом, струе сообщаются поперечные колебания, частота которы 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 смеси) определяется в зависимости от размера критического сечения сопла Лаваля, давления воздуха, а также размеров сечения каналов подачи жидкости и ее давления. Указанные параметры и их соотношение могут регулироваться в широком диапазоне в зависимости от условий производства.

Охлаждение проката даже при форсированном режиме является относительно длительным процессом, поэтому частота колебаний струи для практических 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., обусловлен ных качес.твом обработки сопла.

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 10x10 мм

Размеры каналов обратной связи зависят от параметров сопла форсунки, требуемой частоты колебания стру а также давления газожидкостного потока. На фиг. 1 и 2 форсунка изображена в натуральную величину. Для увеличения частоты колебания струи каналы обратной связи должны быть минимально короткими, с целью исключения демпфирования потока. С другой стороны, для уменьшения частоты колебания струи каналы следует удлинять.

Практически для форсунки с критическим сечением 10x10 мм длина каналов обратной связи может колебаться от 20 до 50 мм. Частота колебаний воздушной струи при охлаждении проката, особенно средне- и крупно-сортного, не имеет существенного значения ввиду относительной длительности процесса охлаждения и пребывания проката в зоне орошения форсунками.

Благодаря сообщению струе поперечных колебаний площадь орошения увеличивается более,.чем в два раза, поэтому число форсунок в системе ускоренного охлаждения может быть сокращено вдвое. Соответственно расход воздуха и жидкости также уменьшается в два раза.

П р и м е р. В установке ускоренного охлаж,цения проката на холодильник для стана 550 предусмотрена двухрядная установка форсунок общим количеством 320 шт. Угол раствора факела струй этих форсунок составляет 18-20 . При установке форсунок с колебательным движением струи угол раствора факела увеличивается до 40-50°. Следовательно, количество форсунок может быть уменьшено вдвое. При давлении в магистрали сжатого воздуха

4 кгс/см - и воды - 1,5-2 кгс/см i их расходы у известной форсунки составляют соответственно 0,54 и 0,57 MV4.

При сокращении количества форсунок, в установке ускоренного охлаждения на 160 шт. снижение расхода сжа.того воздуха и воды составляет: 54 X 160 8640 , и 0,57 м/ч X 160 91,2 .

0

При годовом фонде рабочего времени металлургических цехов примерно 6000 ч годовая экономия расхода сжатого воздуха и воды составляет:

8640 MV4 X 6000 51,8X10 м,

91,2 X 6000 0,55 х .

5

При средней стоимости 1000 м сжатого воздуха - 1 р. 50 к. и lOOO воды - О р. годовая экономия от снижения их расхода составляет: , 51,8 X Ю X 1,5 77700 р.

0,55 X 10 X 8 4400 р. Итого 82.100 руб.

Опыт эксплуатации известных форсунок показывает, что вода не успева5ет 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.

0

Формула изобретения

Форсунка для охлаждения металла, содержащая сопло Лаваля с отверстиями для подачи воздуха и жидкости в его сверхзвуковую часть, отличающаяся 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 проф шьными отклоняющими пластинами, сверхзвуковая часть соцла Лаваля имеет щелевую форму , а на его боковых расходящихся поверхностях выполнены продольные С-образные каналы, в которых размещены пластины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 737474, кл. С 21 D 1/677, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР 180213, кл. С 21 1) 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, 4, 1979, с. 20-21.

4.Авторское свидетельство СССР 605843, кл. С 21 D 1/667, 1978.

.1