УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
INSTALLATION FOR SECONDARY COOLING OF CONTINUOUS CAST BILLET

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.