СПОСОБ ПОДАЧИ ВОДОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ НА ЗАГОТОВКУ В ЗОНЕ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НА УСТАНОВКАХ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ
DELIVERY METHOD OF AIR-WATER MIXTURE ON BLANK IN AREA OF SECONDARY COOLING ON CONTINUOUS-CASTING MACHINE

Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к системам вторичного охлаждения заготовок на установках непрерывной разливки.
Чтобы обеспечить непрерывность процесса вытягивания заготовки, важно предотвратить возникновение разрывов затвердевшей корочки. На прочность затвердевшей корочки влияют условия отвода тепла от стенок кристаллизатора, движения кристаллизатора, контакт отливаемого металла с кристаллизатором и межповерхностные сопротивления теплопередачи, температура заливаемого металла, его химический состав и размеры сечения отливаемых заготовок.
Созданием надлежащих условий охлаждения непрерывнолитой заготовки можно исключить образование внутренних и наружных трещин и других дефектов.
Известен способ подачи водовоздушной смеси на заготовку (авторское свидетельство №1455489, кл. B22D 11/124, 1987), направленный на повышение качества заготовок за счет увеличения площади орошения и равномерности распределения водовоздушной смеси по поверхности непрерывнолитых заготовок.
Однако данное техническое решение не обеспечивает условий образования объемного факела с полным охватом охладителем поверхности заготовок.
Неравномерный отвод тепла в области вторичного охлаждения, особенно плоской заготовки, может вызвать ее коробления, а недостаточное охлаждение может привести к вздутию заготовки, а также к образованию наружных и внутренних трещин.
В связи с этим одной из наиболее сложных проблем при вторичном охлаждении непрерывнолитых заготовок является создание объемного водовоздушного факела, обеспечивающего мягкое объемное охлаждение.
Раскрыть же водовоздушный факел во второй плоскости с помощью червячной вставки, как это делается для случая водяного факела, нельзя, так как водовоздушная смесь имеет меньшую плотность и не раскручивается за счет центробежных сил. Экспериментально установлено, что объемный водовоздушный факел может возникать при прохождении водовоздушной смеси определенной плотности (с определенным соотношением воды-воздуха) через, как минимум, пару щелевых сопел, расположенных под расходящимся углом друг к другу с определенными параметрами истечения (скорость истечения воздуха), определяемой его давлением перед входом в форсунку.
На приведенном чертеже, при определенных соотношениях вода-воздух и давлении воздуха перед входом его в форсунку, при выходе из сопел форсунки водовоздушной смеси возникает разряжение, стягивающее оба факела, истекающие из сопел, в один объемный. Создание объемного факела позволяет увеличить площадь потока поперечного сечения факела, а следовательно, обеспечивает более равномерное и эффективное охлаждение заготовки.
Как показали эксперименты (см. табл.1), для создания объемного водовоздушного факела при истечении смеси, как минимум, через пару щелевых сопел, образующих расходящийся угол по отношению друг к другу, необходимо соблюдение двух условий:
1. соблюдение соотношения расходов воды и воздуха 1:30-1:150;
2. строго определенные параметры скорости (давления) истечения воздуха, которое создает разряжение на выходе из сопел, создавая тем самым объемный водовоздушный факел.
Таблица 1
Соотношение вода - воздух
Вид факела
1:30
Два водяных факела
1:50
Единый объемный водовоздушный факел
1:100
Единый объемный водовоздушный факел
1:150
Единый объемный водовоздушный факел
1:200
Единый объемный водовоздушный факел, но избыточный расход воздуха не дает дополнительного эффекта.
Из таблицы 1 видно, что при соотношении вода-воздух менее 1:50 объемный факел не образуется, а увеличение соотношения вода-воздух более 1:150 приводит к избыточному расходу воздуха, не дающему дополнительного положительного эффекта в отношении образования объемного факела.
Таблица 2
Давление воздуха, МПа
Расход воздуха, нм<sup>3</sup>/ч
Коэффициент теплоотдачи, Вт/м<sup>2</sup>К
Вид факела
0,05
10
250
два факела
0,1…0,15
15
300
единый факел
0,2…0,25
20
500
единый факел
0,3
30
700
единый факел*
* жесткий режим охлаждения
В таблице 2 представлены результаты экспериментов, при которых изменяли давление воздуха и расход воды на форсунках при различных давлениях воздуха и при условии соблюдения соотношения воды-воздуха 1:50-1:150.
2
Как видно из таблицы 2, для обеспечения оптимального режима охлаждения с коэффициентом теплоотдачи α=300÷600 Вт/мК и сведения водовоздушной смеси в единый объемный факел давление воздуха на выходе из форсунки должно быть в пределах 0,1-0,25 МПа.
При давлении воздуха ниже 0,1 МПа единый объемный факел не образуется, а при давлении воздуха выше 0,25 МПа получается жесткий режим охлаждения, что отрицательно сказывается на качестве заготовки.