ITMI20000748A1 - Metodo e dispositivo per distribuire un liquido finemente nebulizzato - Google Patents

Metodo e dispositivo per distribuire un liquido finemente nebulizzato Download PDF

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Description

Descrizione del trovato
Il trovato riguarda un metodo, nonché un dispositivo per la sua realizzazione, per distribuire un liquido finemente nebulizzato nel quale il liquido viene miscelato, in una camera di miscelazione, con un gas e viene convogliato ad un ugello da cui fuoriesce sotto forma di miscela a due componenti.
In una colata continua la superficie del prodotto colato viene raffreddata con acqua. L'acqua viene spruzzata sulla barra con pressione. Per ottenere la distribuzione dell'acqua sulla superficie, la più uniforme possibile, vengono impiegati ugelli che nebulizzano l'acqua. A seconda della larghezza di colata vengono installati, lungo la larghezza, uno o diversi ugelli. Per una migliore regolazione diverse file di questi ugelli vengono raggruppate a formare una zona. Ognuna di queste zone può venire regolata individualmente ottenendo quindi una certa regolarità di raffreddamento.
Per distribuire finemente un liquido ha dato buona prova di sé il metodo di spruzzo cosiddetto a due componenti nel quale, attraverso un ugello, viene spruzzato liquido miscelato ad un gas.
È noto (DE 3529337 A1, DE 3207 668 A1, DE 30 04864 C2 e DE 28 16 441 Al), per raffreddare la superficie di una barra, premiscelare con aria, in una camera di miscelazione, il liquido di raffreddamento, per cui la camera di miscelazione è costituita da un tubo di miscelazione nel quale il liquido di raffreddamento penetra attraverso un restringimento a forma di anello (DE 35 29 337 Al) previsto nel tubo, mentre aria viene aspirata, attraverso un'apertura laterale del tubo di miscelazione, tramite la depressione che viene generata all'interno del tubo di miscelazione dal sottile e concentrato getto di liquido. L'aria aspirata e il fluido refrigerante vengono convogliati, attraverso il tubo di miscelazione, ad un unico ugello che presenta una piastra d'urto nella quale si verifica un'intensa miscelazione dell'aria con il liquido refrigerante e quindi si forma la miscela a due componenti. In questo metodo è svantaggioso il fatto che per ogni ugello è necessaria una propria camera di miscelazione che non può venire installata troppo distante dall'ugello. Così, per esempio, secondo il documento DE 3004 864 C2, è indicata una distanza massima dell'ugello dall'imbocco del getto d'acqua nella camera di miscelazione, di 150 mm. Conseguentemente la camera di miscelazione è assoggettata essa stessa all'irraggiamento del calore irradiato dalla superficie da raffreddare della barra metallica secondo il documento DE 3004 864 C2. È inoltre necessario portare fin nei pressi dell'ugello tubazioni separate per il liquido refrigerante e per il gas (aria), per cui anche queste tubazioni di alimentazione sono assoggettate al calore d'irraggiamento. Un altro svantaggio conseguente è da vedersi nel fatto che, a causa del gran numero di tubazioni di alimentazione, il dispositivo è costoso e può essere installato soltanto con difficoltà in zone limitate in ogni caso spazialmente come, ad esempio, fra rulli di guida della barra situati di solito molto vicini uno all'altro. Secondo il documento DE 28 16 441 Al da una camera di miscelazione di forma tubolare sono alimentati sì due ugelli che però sono disposti uno immediatamente adiacente all'altro e inoltre nella camera di miscelazione sboccano due tubazioni di alimentazione. Fra la camera di miscelazione e gli ugelli non c'è pressoché distanza e anche qui le tubazioni di alimentazione sia per il liquido refrigerante che per il gas e cioè per l'aria debbono essere portati fino nelle immediate adiacenze degli ugelli e sono pertanto anch'essi sottoposti al calore emesso dalla barra.
Il trovato ha lo scopo di evitare questi svantaggi e difficoltà e si pone il compito di realizzare un metodo e un dispositivo per la sua realizzazione che permettano di disporre la camera di miscelazione, e quindi le tubazioni di alimentazione separate per il gas e per i liquidi, a una distanza maggiore dagli ugelli rendendo così possibile, per prima cosa, una costruzione più economica e, secondariamente, durante l'impiego per il raffreddamento, la camera di miscelazione e le tubazioni di alimentazione non sono assoggettate ad alcuna sollecitazione termica. Inoltre con un'unica camera di miscelazione si deve poter alimentare con liquido nebulizzato una zona più ampia, ad esempio una zona superficiale più ampia di un corpo metallico caldo deve poter venire alimentata uniformemente con liquido refrigerante finemente nebulizzato.
Il compito viene risolto, per un metodo del tipo descritto all'inizio, in quanto nella camera di miscelazione viene realizzata un'intensa miscelazione del liquido con il gas a formare una miscela a due componenti e in quanto la miscela a due componenti, attraverso una tubazione di alimentazione, preferibilmente unica, che si diparte dalla camera di miscelazione, viene portata, sotto forma di un flusso a due componenti e conservando una corrente turbolenta, ad un sistema di distribuzione nel quale una unica tubazione di alimentazione alimenta con la miscela a due componenti almeno due ugelli.
L'essenza del trovato consiste nel convogliare tramite tubazioni una miscela a due componenti conservandone la elevata turbolenza creata nella camera di miscelazione. E importante, a questo proposito, conservare la turbolenza nelle tubazioni a valle della camera di miscelazione, cosa che è possibile tuttavia soltanto prendendo in carico perdite di pressione. Finora si è cercato di mantenere a un basso livello le perdite di pressione e cioè di impiegare tubi di grande spessore per correnti turbolente. In tali casi, tuttavia, la corrente viene demiscelata e quindi si viene ad avere una distribuzione irregolare della quantità di fluido refrigerante. Per questo motivo finora per una camera di miscelazione è stato previsto sempre e soltanto un unico ugello o al massimo due ugelli installati nelle immediate vicinanze della camera di miscelazione. Secondo il trovato, invece, nel sistema di distribuzione a valle della camera di miscelazione vengono utilizzate tubazioni con piccolo diametro per assicurare un elevato numero di Reynolds per cui la corrente a due componenti può venire conservata, pressoché come una corrente ad un unico componente, per lunghi percorsi. Le tubazioni derivate hanno, preferibilmente, diametri minori delle tubazioni da cui essi si dipartono a meno che il numero di Reynolds nella tubazione antecedente la tubazione derivata non sia molto elevato, e sia, ad esempio, uguale o superiore a 15.000.
Il documento DE 2444 794 Al riguarda il raffreddamento di una barra mediante vapore umido, nel quale vapore saturo viene condotto ad un compressore e, una volta compresso, viene miscelato in un miscelatore con acqua formando così vapore umido. Questo vapore umido viene addotto a ugelli tramite un sistema di distribuzione.
Nel caso del vapore umido esso costituisce un sistema a due fasi nel quale piccole gocce d'acqua sono finemente distribuite in vapore costituito da molecole. Qui è svantaggiosa la dipendenza della parte liquida dalla temperatura del sistema a due fasi che si potrebbe eliminare soltanto tramite una dispendiosa regolazione della temperatura dell'impianto. È inoltre svantaggiosa la mancanza della possibilità di regolazione e cioè della possibilità di formare negli ugelli getti di tipo differente in quanto, per ottenere una determinata azione refrigerante, la temperatura e la pressione del sistema a due fasi debbono essere compresi in un campo ben determinato. A causa del gradiente di pressione e di temperatura fra la camera di miscelazione e l'ugello che determina una variazione della pressione di saturazione, si hanno svantaggi nel raffreddare la barra.
Preferibilmente la regolazione del rapporto di miscelazione fra il liquido e il gas avviene attraverso la pressione del liquido e/oppure del gas.
Secondo una variante esecutiva preferita il rapporto di miscelazione fra il liquido e il gas viene regolato tramite la quantità di liquido e/oppure di gas.
Qualora il rapporto di miscelazione del gas con il liquido venga regolato attraverso la pressione, opportunamente la pressione del gas viene mantenuta costante per l'intero campo di regolazione del rapporto di miscelazione.
È anche possibile regolare la pressione del gas tramite una funzione prefissata.
Preferibilmente il liquido finemente nebulizzato distribuito in base al metodo conforme al trovato viene impiegato per raffreddare un corpo metallico, in particolare una barra, colata in un impianto per colata continua.
Un dispositivo per realizzare il metodo conforme al trovato avente una camera di miscelazione dotata di tubazioni per i gas per il liquido e un ugello collegato ad essa mediante tubazioni è caratterizzato dal fatto che dalla camera di miscelazione si diparte una, preferibilmente un'unica, tubazione di alimentazione dalla quale due o diverse tubazioni derivate portano ognuna ad un ugello.
Per poter conservare dopo la camera di miscelazione un'elevata turbolenza e quindi una miscela a due componenti, nella camera di miscelazione è previsto, opportunamente, un diaframma per il liquido dimensionato in modo da conservare un numero di Reynolds per l'aria >1.800, preferibilmente >4.000, in particolare >10.000 (velocità a tubo vuoto) e inoltre la tubazione di alimentazione, nonché le tubazioni derivate, sono di diametro tale da conservare un numero di Reynolds per l'aria >1.800, preferibilmente >4.000, in particolare >10.000.
Per colare in continuo un dispositivo è caratterizzato dal fatto che, per raffreddare una barra in un impianto per colata continua, da una tubazione di alimentazione si dipartono due o diverse tubazioni derivate e la camera di miscelazione è prevista in una zona protetta termicamente. Il trovato è illustrato più in dettaglio nel seguito con l'ausilio di diversi esempi di esecuzione e le figure da 1 a 4 mostrano, in rappresentazione schematica, una configurazione del dispositivo conforme al trovato per un impianto per colata continua in prospettiva. La figura 5 rappresenta una camera di miscelazione parzialmente sezionata.
Nelle figure da 1 a 4 sono illustrate configurazioni del dispositivo conforme al trovato per l'impiego, in una colata continua, allo scopo di raffreddare una barra colata calda. Con 1 sono indicate camere di miscelazione a ognuna delle quali arrivano due tubazioni 2, 3 e precisamente una tubazione 2 per il gas e una tubazione 3 per il liquido. Queste si diramano da tubazioni di alimentazione 4, 5 centrali. Come gas viene impiegata aria compressa, come liquido refrigerante acqua.
Nelle camere di miscelazione 1 avviene la formazione della miscela a due componenti costituita da aria compressa e acqua in presenza di una forte turbolenza. Preferibilmente viene mantenuto un numero di Reynolds >4.000. La miscela a due componenti così formata viene convogliata, attraverso una tubazione di alimentazione 6 che si diparte da ognuna delle camere di miscelazione 1, ad un sistema di distribuzione. Secondo le figure 1 e 2 da ogni tubazione di alimentazione 6 si dipartono tubazioni derivate 7 che conducono ognuna ad un ugello 8. Gli ugelli 8 sono caratterizzati da una punta di freccia. Dall'ugello 8 fuoriesce il liquido e cioè l'acqua finemente nebulizzata che forma uno spruzzo 9 a ventaglio. Dal momento che ogni ugello 8 deve essere alimentato soltanto con un'unica tubazione derivata 7, è sufficiente impiegare ugelli in un unico materiale.
La disposizione degli ugelli 8 è scelta in modo che fra i due rulli adiacenti vengano a trovarsi tre ugelli 8 alimentati da una tubazione di alimentazione 6 e che raffreddano la barra 10 per la sua intera larghezza. La disposizione dei rulli di guida della barra e indicati nel disegno soltanto con i loro assi centrali 11, è scelta in modo che gli assi centrali 11 siano paralleli alle tubazioni di alimentazione 6 ma più prossimi alla superficie 12 della barra e cioè in modo che le tubazioni di alimentazione siano allontanate, dalla superficie 12 della barra, di una distanza pari almeno al diametro dei rulli.
Si può vedere che le tubazioni di adduzione 2, 3 dell'aria e dell'acqua e le camere di miscelazione 1 nonché le tubazioni di alimentazione 4, 5 centrali possono venire installate distanti dalla superficie 12 della barra risparmiando così notevolmente in tubazioni. In effetti finora era necessario portare sia la tubazione di alimentazione 2 dell'acqua che la tubazione di alimentazione 3 dell'aria separatamente fino all'ugello 8 o nelle sue immediate vicinanze. Secondo il trovato, ad ognuno degli ugelli viene portata soltanto un'unica tubazione derivata 7 nella quale la miscela a due componenti viene condotta dalla camera di miscelazione 1 fino all'ugello 8. Per poter convogliare la miscela a due componenti fino all'ugello 8, è necessario garantire un elevato numero di Reynolds fra la camera di miscelazione 1 e l'ugello 8 e ciò può ottenersi in due modi: da un lato ottenendo un numero di Reynolds molto elevato soltanto nella camera di miscelazione 1 oppure, dall'altro lato, riducendo il diametro interno della tubazione derivata 7 rispetto alle tubazioni di alimentazione 6.
La regolazione o il controllo della refrigerazione può avvenire, in un dispositivo conforme al trovato e impiegando il metodo conforme al trovato, semplicemente comandando o regolando la pressione o la quantità dei singoli componenti e cioè dell'acqua o dell'aria compressa, per cui nelle tubazioni di alimentazione sono previste valvole 13 proprie. Il rapporto di miscelazione tra l'aria e l'acqua viene regolato, tipicamente, attraverso la pressione. Esempi di curve di regolazione sono:
- la pressione dell'aria viene mantenuta costante per l'intero campo di regolazione;
- la regolazione della pressione dell'aria avviene tramite funzioni prefissate.
Secondo le forme di esecuzione rappresentate nelle figure 3 e 4 diversi gruppi I, II, III di ugelli, ognuno dei quali è disposto fra rulli di guida della barra adiacenti, vengono alimentati da un'unica camera di miscelazione 1, il che è possibile, facilmente, mantenendo un elevatissimo numero di Reynolds superiore, ad esempio, a 15.000.
L'impiego del metodo conforme al trovato permette di installare anche con geometria asimmetrica le tubazioni derivate 7 che si dipartono dalla tubazione di alimentazione 6. Il numero di ugelli associati ad una camera di miscelazione 1 può variare entro ampi limiti. Nella camera di miscelazione 1 i due flussi ad un componente (acqua, aria compressa) vengono trasformati in un flusso a due componenti. Nella camera di miscelazione 1 è previsto un diaframma 14 per il liquido che assicura una sufficiente turbolenza per ottenere un elevato numero di Reynolds.

Claims (10)

  1. Rivendicazioni 1. Metodo per distribuire un liquido finemente nebulizzato nel quale il liquido viene miscelato con un gas in una camera di miscelazione (1) e portato ad un ugello (8) da cui fuoriesce sotto forma di miscela a due componenti, caratterizzato dal fatto che nella camera di miscelazione (1) viene realizzata un'intensa miscelazione del liquido con il gas a formare una miscela a due componenti e la miscela a due componenti attraverso una tubazione di alimentazione (6) che si diparte, preferibilmente da sola, dalla camera di miscelazione (1), viene portata, sotto forma di un flusso a due componenti e mantenendo un flusso turbolento, ad un sistema di distribuzione (7), laddove un'unica tubazione di alimentazione (6) alimenta con la miscela a due componenti, almeno due ugelli (8).
  2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rapporto di miscelazione fra il liquido e il gas viene regolato tramite la pressione del liquido e/oppure del gas.
  3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che il rapporto di miscelazione fra il liquido e il gas viene regolato attraverso la quantità di liquido e/oppure di qas.
  4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 2 oppure 3, caratterizzato dal fatto che la pressione del gas viene mantenuta costante per l'intero campo di regolazione del rapporto di miscelazione.
  5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 2 oppure 3, caratterizzato dal fatto che la pressione del gas viene regolata tramite una funzione prefissata.
  6. 6. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che liquido finemente nebulizzato per raffreddare un corpo metallico caldo, in particolare una barra fusa (10), viene distribuito in un impianto di colata continua.
  7. 7. Dispositivo per realizzare il metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 6 avente una camera di miscelazione (1) dotata di tubazioni di alimentazione (2, 3, 4, 5) per un gas e per un liquido e un ugello (8) ad essa collegato tramite tubazioni, caratterizzato dal fatto che dalla camera di miscelazione (1) si diparte una tubazione di alimentazione (6), preferibilmente una sola, dalla quale due o più tubazioni derivate (7) conducono ognuna ad un ugello (8).
  8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che nella camera di miscelazione (1) è previsto un diaframma (14) per il liquido dimensionato in modo da mantenere un numero di Reynolds per l'ària >1.800, preferibilmente >4.000, in particolare >10.000 (velocità nel tubo vuoto).
  9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 7 oppure 8, caratterizzato dal fatto che sia la tubazione di alimentazione (6) che le tubazioni derivate (7) sono dimensionate, nel diametro, in modo da mantenere un numero di Reynolds per l'aria >1.800, preferibilmente >4.000, in particolare >10.000.
  10. 10. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto che, per il raffreddamento di una barra (10) in un impianto di colata continua, due o diverse tubazioni (7) si dipartono da una tubazione di alimentazione (6) e che la camera di miscelazione (1) è prevista in una zona protetta termicamente.
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DE2444794A1 (de) * 1974-09-19 1976-04-01 Demag Ag Verfahren zum kuehlen des in einer stahlstranggiessanlage erzeugten stranges

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