Форсунка для охлаждения металла

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСНРМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихреспублик ггп 981394(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 26, 02. 81 (21) 3253180/22-02 р 11 М. Ка.з С 21 П 1/667 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий. 09 (088. 8) Л. М. Бобров, С. И. Жигач, О. Н. Засухин, В. Н. Славянинов,А. М. Сизов, В, Н. Усков и В. В. ХорфовКолпинское отделение Всесоюзного науЧно-и ффоватЕ 4 ьСкогои проектно-конструкторского института мет ургическогомашиностроения Научно-производственного о ъедийения"(54) ФОРСУНКА ДПИ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА Изобретение относится к металлургическому производству и может быть использовано для ускоренного охлаждения проката или брамсов на установках непрерывной разливки.Известно устройство для охлаждения проката воздухожидкостной смесью, содержащее корпус, сменное сопло для формирования воздухожидкостного потока и вентиль для перекрытия кана - лов подачи жидкости и воздуха 1).Недостатками устройства являготся сложность конструкции, неустойчивый режим работы при снижении давления и расхода жидкости, а также незначительная степень дисперсности жидкости в потоке.Известно устройство, содержащее корпус, распылитель и трн сопла Лаваля, расположенные последовательно2.Недостатками этого устройства яе" ляются сложность конструкции и невозможность обеспечения высокой скорости истечения воздухожидкостной струи.Известно также устройство, содержащее корпус, в котором выполнен конический суживающийся конфузор, со единенный с источником сжатого воздуха и переходящий в цилиндрическую каме- ЗО ру смешения, охватываемую кольцевой проточкой, связанной с отверстием подвода жидкости 33.Недостатком такого устройства является незначительная степень распыления жидкости вследствие подачи ее в узкую часть конфузора, т.е. в зону повьвгенного давления, а также недостаточно высокая скорость истечения струи через расширяющуюся часть каме" ры смешения, так как разгоняется не воздушный поток, а воэдухожидкостная смесь.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является форсунка для охлаждения металла распыленной жидкостью,.содержащая.корпус, в котором выполнены отверстия для подвода жидкости и воздуха и устанавливаемое в него сопло Лаваля, Сверхзвуковая часть сопла Лаваля соединена наклонными каналами с отверстием для подвода жидкости. Угол раствора соила Лаваля составляет 4 о. Фор" сунка обеспечивает высокую скорость истечения воздухожидкостной смеси прн высокой степени дисперсности жидкости в потоке 41. Недостатком известной форсунки также, как и всех указанных устройств, является ограниченная площадь орошения, обусловленная углом раствора конуса струии удалением сопла их охлаждаемой поверхности, что вызывает неравномерноеохлаждение проката (в частности листового) и, как следствие, неравномерное распределение механическихсвойств по площади и разнородную структуру. Для обеспечения равномерного орошения необходима установка значитель 10ного количества распыливающих устройств, что в свою очередь ведет кувелйчению расхода сжатого воздухаи жидкости.При установке на форсунке щелевыхпатрубков наблюдается нарушение стабильности истечения потока вследствие его прилипания к одной иэ стенокпатрубка (так называемого эффектаКоанда). 20Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения за счетувеличения площади орошения и степени дисперсности жидкости в потокепутем возбуждения поперечных колеба.ний воздухожидкостной струи.Поставленная цель достигается тем,что в форсунке для охлаждения металла, содержащей сопло Лаваля с отверстиями для подачи воздуха и жидкости 30в его сверхзвуковую часть, Форсункаснабжена профильными отклоняющимипластинами, сверхзвуковая часть соплаЛаваля имеет щелевую Форму, а на егобоковых расходящих поверхностях выполнены продольные С-образные каналы, в которых размещены пластины.На Фиг. 1 изображена предлагаемаяФорсунка, разрез на Фиг, 2 - разрезА-А на фиг. 1.40Форсунка содержит трубопровод 1подачи сжатого воздуха, соединенныйс соплом Лаваля 2, имеющим сверхзвуковую часть щелевой Формы, на боковых расходящихся поверхностях 3 сверхзвуковой части сопла выполнены продольные С-образные каналы 4 обратнойсвязи, отделенные от полости соплапрофильными отклоняющими пластинами5, через отверстия б и 7 в сопло подается жидкость,Выполнение каналов обратной связи С-образной Формы обусловлено необходимостью постепенного плавногоразворота отсеченной части потокаи формирования направленного усилия 55для отклонения струи. Как видно иэфиг. 2, движение и усилие потока приего выходе из канала обратной связинаправлено по нормали к основнойструе газожидкостиой смеси, вытека- Щющей иэ сопла.В каналах другой Формы, напримертреугольной, происходит интенсивноеторможение потока беэ эффекта отклонения струи, так как усилие отсечен ного потока при выходе из канала направлено по касательной к направлению движения основной струи.Отклоняющие пластины, отделяющиеС-образныеканалы от боковых поверхностей сопла, могут быть плоскими,со скругленными кромками, а такжеиметь различный профиль, напРимерплосковыпуклый (крыловой), либо вы-пукло-вогнутый с расположением впа-дины со стороны движения струи.Как показывают экспериментальныеисследования опытной Форсунки, применение плоских или плоско-выпуклыхотклоняющих пластин дает, примерно,одинаковые результаты.В случае применения выпукло-вогнутых отклоняющих пластин во впадинахобразуются завихрения, несколько замедляющие частоту колебаний струи.Форсунка работает следующим образом.Сжатый воздух подается трубопроводом 1 в сопло Лаваля 2, откуда истекаетс высркой скоростью. Жидкость, поступающая в сверхзвуковую часть сопла. черезотверстия б и 7 распыляется в скоростномвоздушном потоке, При движении черезсверхзвуковую часть сопла 2 воздухожидкостная струя примыкает к одной иэ егобоковых расходящих поверхностей 3(эффект Коанда),Воздухожидкостный поток, двигаясьвдоль боковой поверхности 3 сопла 2,запирает С-образный канал 4 обратнойсвязи, отделенными от полости сопла2 профильной отклоняющей пластины 5.Давление в канале 4 повышается и отбрасывает воэдухожидкостную струюк противоположной боковой поверхности 3 сопла 2, запирая тем самым примыкающий к этой поверхности канал 4,Таким образом, струе сообщаютсяпоперечные колебания, частота которыхзависит от Формы и размеров каналовобратной связи, конфигурации отклоняющих пластин, а также давления истекающего воздуха или жидкости.Лабораторные исследования опытнойФорсунки показывают, что частотаколебаний воздухожидкостной струиможет изменяться в пределах от 15-17до 100-120 Гц.Расход хладоагента (воздухожидкостной смеси) определяется в зависимости от размера критического сечения сопла Лаваля, давления воздуха, а также размеров сечения каналовподачи жидкости и ее давления. Укаэанные параметры и их соотношениемогут регулироваться в широком,циапазоне в зависимости от условий производства. Охлаждение проката даже при форсированном режиме является относительно длительным процессом, поэтому частота колебаний струи для практиЭффект 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 ф, в зависимости от 20 требуемой амплитуды колебания струиПоперечные размеры критического сечения сопла приняты равными 10 х 10 мм.Размеры каналов обратной связи зависят от параметров сопла Форсун ки, требуемой частоты колебания струи, а также давления газожидкостного потока. На фиг. 1 и 2 Форсунка изображена в натуральную величину, Для увеличения частоты колебания струи ка налы обратной связи должны быть минимально короткими, с целью исключения демпфирования потокаС другой стороны, для уменьшения частоты колебания струи каналы следует удли нять.Практически для Форсунки с критическим сечением 10 х 10 мм длина каналов обратной связи может колебаться от 20 до 50 мм. Частота колебаний 40 воздушной струи при охлаждении проката, особенно средне- и крупно-сорт- ного, не имеет существенного значения ввиду относительной длительности процесса охлаждения и пребывания 45 проката в зоне орошения форсунками.Благодаря сообщению струе поперечных колебаний площадь орошения увеличивается более,.чем в два раза, поэтому число форсунок в системе50 ускоренного охлаждения может быть сокращено вдвое, Соответственно расход воздуха и жидкости также уменьшается в два раза.П р и и е р. В установке ускоренного охлаждения проката на холодильнике 55 для стана 550 предусмотрена двухрядная установка Форсунок общим количеством 320 шт. Угол раствора Факела струйо этих форсунок составляет 18-20 При установке форсунок с колебатель ным движением струи угол раствора факела увеличивается до 40-50 . Слео довательно, количество форсунок может быть уменьшено вдвое. При давлении в магистрали сжатого воздуха65 Формула изобретения Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР 9 737474, кл. С 21 Н 1/677, 1977.2. Авторское свидетельство СССР Р 180213, кл. С 21 П 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, 9 4, 1979, с20-21.4. Авторское свидетельство СССР Р 605843, кл. С 21 П 1/667, 1978. ческих целей может составлять 50- 60 Рц.При течении сверхзвуковой струи через плоское сопло наблюдается явление ее прилипания к одной из стенок сопла. Это зависит от неодинаковости геометрических параметров, час. тоты поверхности и т.д., обусловленных качеством обработки сопла. 4 кгс/см и воды - 1,5-2 кгс/см 2 их расходи у известной форсунки составляют соответственно 0,54 м З/ч и 0,57 м/ч.При сокращении количества форсунок.в установке ускоренного охлаждения на 160 шт. снижение расхода сжатого воздуха и воды составляет: 54 м /ч х 160 = 8640 м/ч, и 0,57 м/ч х 160 = 91,2 м 3/ч.При годовом фонде рабочего времени металлургических цехов примерно 6000 ч годовая экономия расхода сжатого воздуха и воды составляет:8640 м/ч х 6000 = 51,8 Х 10 ф м 391,2 м /ч х 6000 = 0,55 х 10 мПри средней стоимости 1000 мз сжатого воздуха - 1 р. 50 к. и 10003 воды - 8 р. годовая экономия от снижения их расхода составляет:51,8 х 10 з х 1,5 = 77700 р.0,55 х 10 х 8 = 4400 р. Итого 82,100 руб.Опыт эксплуатации известных форсунок показывает, что вода не успевает 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,форсунка для охлаждения металла, содержащая сопло Лаваля с отверстиями для подачи воздуха и жидкости в его сверхзвуковую часть, о т л ич а ю щ а я с я 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 профильнымиотклоняющими пластинами, сверхзвуковая часть сопла Лаваля имеет щелевую Форму, а на его боковых расходящихся поверхностях выполнены продольные С-образные каналы, в которых размещены пластины.981394 Составитель А, Денисоваор А. Гулько ТехредМ.Гергель Корректор Г. Решетник ное нлиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 9637/38ВНИИПИпо дел113035, М Тираж 58 сударствен ам изобрете ква, Ж, Пого комитета СССРй и открытийаушская наб., д.