УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПЫЛЕНИЯ ВОДЫ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением, в частности, к охлаждению рулонов горячекатаной металлической полосы.
Известны распылительные устройства, форсуночного типа, создающие водовоздушные струи для охлаждения непрерывнолитого слитка, например [1]. В известных устройствах создаваемая водовоздушная смесь, из-за отсутствия в конструкции технических средств формирования струи, выбрасывается из устройства и распространяется на ограниченном расстоянии от него. Это не позволяет использовать известные устройства для охлаждения внутренней полости стопы горячих рулонов, достигающей в высоту трех и более метров.
Наиболее близким к заявленному устройству, по конструктивному исполнению, является струйный насос - инжектор [2], в котором вода вовлекается в движение струей сжатого воздуха и ею же может распыляется. Известное техническое решение содержит сопло переменного сечения с входным конфузором, цилиндрической камерой смешения и выходным диффузором, с патрубком для инжектирующего воздуха, направленным во входной конфузор. Приведенная в [2] конструкция струйного насоса, обеспечивает подачу инжектируемой жидкости на значительное расстояние, но при этом небольшая дисперсность струи делает ее достаточно компактной по диаметру, что не позволяет заполнить водовоздушной смесью весь объем внутренней полости стопы охлаждаемых рулонов.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в сокращении времени охлаждения горячекатаной полосы в рулоне с возможностью выравнивания значений физико-механических свойств металла по длине.
Указанный технический результат достигают тем, что в известном техническом решении для распыления воды сжатым воздухом, включающем сопло переменного сечения с входным конфузором, цилиндрической камерой смешения и выходным диффузором, с патрубком для инжектирующего воздуха, направленным во входной конфузор, для создания оптимальной формы водовоздушной охлаждающей струи во внутренней полости стопы горячих рулонов, подбирают диаметры воздушного инжектирующего патрубка и камеры смешения таким образом, чтобы соотношение значений площади сечения патрубка и камеры смешения находилось в пределах 0,55...0,75.
На фиг.1 представлено устройство, состоящее из сопла 1, переменного сечения с входным конфузором для инжекции воды; цилиндрической камеры смешения 2, для образования водовоздушной охлаждающей смеси;
выходного диффузора 3, направляющего водовоздушную смесь во внутреннюю полость стопы горячих рулонов; патрубка 4, для ввода инжектирующего воздуха.
На фиг.2 приведены схемы формирования результирующего факела струи, в границах внутренней полости стопы из трех рулонов, устройствами различной конструкции: по техническому решению [1] - позиция 1, по техническому решению [2] - позиция 2, по предложенной полезной модели - позиции 3, 4, 5, а также за пределами ее параметров - позиция 6.
1
2
Устройство работает следующим образом. Через патрубок 4, фиг.1, диаметром d подают воздух под давлением, который, проходя сопло 1, через входной конфузор инжектирует воду и далее с ней поступает в цилиндрическую камеру смешения 2, диаметром d, где и происходит образование водовоздушной смеси с частицами воды определенного среднего диаметра. Полученная таким образом водовоздушная смесь, поступающим непрерывным потоком воды и воздуха, выталкивается в выходной диффузор 3, где окончательно формируется струя водовоздушной смеси, подаваемая для охлаждения во внутреннюю полость стопы горячих рулонов.
1
2
Теплотехнические параметры выходящей водовоздушной струи во многом определяются ее формой (высота и диаметр - «дальнобойность») и содержанием (среднее значение дисперсности капель воды), которые, в свою очередь находятся в сложной функциональной зависимости от площади поперечного сечения патрубка сжатого воздуха, подводимого к устройству, с диаметром d и площади поперечного сечения камеры смешения с диаметром d.
Заявляемая полезная модель предназначена для охлаждения стопы горячих рулонов путем создания во внутренней полости стопы водовоздушной струи, омывающей внутренние и, частично, торцовые поверхности рулонов, благодаря зазорам между ними.
Особенностью охлаждения стопы рулонов с одинаковыми параметрами является то, что время окончания охлаждения всей стопы определяется по, наиболее медленно охлаждающемуся, верхнему рулону. Поэтому к устройству для охлаждения стопы рулонов предъявляются определенные требования. Оно должно обеспечить достаточный расход охлаждающей воды (около 200 кг/ч), «дальнобойную» струю (для стопы из трех рулонов, с высотой около 2 м каждый) с диаметром ее, равным или несколько превышающим диаметр внутренней полости стопы (0,85...1,0 м) и со средним размером капель в струе в пределах 70...100 мкм. Последнее требование объясняется тем, что более крупнодисперсная водовоздушная смесь склонна к расслоению. В результате большая часть воды так и не достигнет рулонов верхнего яруса, а более мелкое раздробление водяной струи лишает ее «дальнобойности».
При использовании заявленного устройства в центре отверстия под стопой в установке ускоренного охлаждения рулонов горячекатаной
2
1
1
2
полосы, опробовали камеру смешения с диаметром d=8 мм, с вариантами диаметра воздушного патрубка d=7,2; 6,0; 5,2; 4,4 мм. Для опробования рекомендованного в [2] этого же соотношения со значением 0,2 были выбраны диаметры: d=4 мм, a d=20 мм. Результаты испытаний различных технических решений для охлаждения стопы горячих рулонов приведены в таблице.
Таблица.
№№ на Фиг.2
Вариант
Соотношение F<sub>воз. патр.</sub>/F<sub>камеры </sub>(d<sub>1</sub>/d<sub>2</sub>)
«Дальнобойность», длина струи, м / диаметр пятна орошения, м
Расход воды, кг/ч (при давлен. воздуха 2,0 ати)
Средний диаметр капли, мкм
Время охлаждения стопы рулонов*), час
1
Устройство по [1]
Отсутствует
до 0,8/0,5
до 500
50...110
48
2
Устройство по [2]
0,2
7,2/0,65
250
220
34
3
Предлагаемая полезная модель
0,55
6,8/0,85
230
140
31
4
0,65
6,3/0,9
212
95
29
5
0,75
5,8/1,0
162
70
33
6
За пределами полезной модели
0,9
4,5/2,1
153
60
38
*) Время охлаждения стопы из трех рулонов массой 22 т, с внутренним диаметром 850 мм, из полосы шириной 1620 мм, толщиной 4 мм от начальной температуры 450°С до температуры 100°С в самой горячей точке стопы (верхний рулон).
Эксперименты с устройствами различной конструкции, изготовленными согласно указанным соотношениям размеров, при определении времени окончания охлаждения стопы рулонов, показали (см.таблицу) наличие некоторого оптимального интервала соотношения площадей поперечного сечения воздушного патрубка и камеры смешения, при прочих одинаковых условиях охлаждения: 0,5...0,75.
Источники информации.
1. А.с. СССР №1455489, кл. В 22 D 11/124, по заявке 4173852/23-02 от 04.01.1987 г. Устройство для подачи водовоздушной смеси.
2. Мастрюков Б.С. «Теплотехнические расчеты промышленных печей», т.2, М.: Металлургия, 1978. Стр.17-19 и рис.7.