PL194516B1 - Dysza rozpylająca do zraszania płynem chłodzącym produktu odlewanego w sposób ciągły - Google Patents

Abstract

1. Dysza rozpylajaca do zraszania plynem chlodzacym produktu odlewanego w sposób ciagly, z komora mieszajaca, do której przez dwa otwory wlotowe wplywa ciecz, z utworze- niem pierwszego i drugiego strumienia cieczy i z umieszczona wspólpradowo szczelina wylo- towa dla rozpylanego strumienia, przy czym przynajmniej jedna scianka komory mieszajacej stanowi powierzchnie prowadzaca dla strumieni cieczy, znamienna tym, ze przynajmniej jedna scianka komory mieszajacej (15) jest uksztal- towana jako powierzchnia prowadzaca dla strumieni cieczy (12, 13), przy czym jest tak uksztaltowana przy szczelinie wylotowej (30), ze strumienie cieczy (12, 13) trafiaja na siebie, z utworzeniem rozpylonego strumienia cieczy (40) w szczelinie wylotowej (30) pod katem (a), który miesci sie pomiedzy 60° i 130°, korzystnie pomiedzy 60° i 100°. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest dysza rozpylająca do zraszania płynem chłodzącym produktu odlewanego w sposób ciągły, z komorą mieszającą, do której przez dwa otwory wlotowe wpływa ciecz, z utworzeniem pierwszego i drugiego strumienia cieczy i z umieszczoną współprądowo szczeliną wylotową dla rozpylanego strumienia, przy czym przynajmniej jedna ścianka komory mieszającej stanowi powierzchnię prowadzącą dla strumieni cieczy.

Jak wiadomo, w procesie odlewania ciągłego, zwłaszcza w przypadku ciągłego odlewania stali, chłodzenie metalu roztopionego w formie do ciągłego odlewania powoduje powstanie ciągłego produktu odlewanego, który jest w sposób ciągły wyciągany z formy w postaci żyły, której powierzchnię stanowi zestalona skorupa, oraz która posiada jeszcze ciekły rdzeń ze stopionego metalu. Po opuszczeniu formy żyła przechodzi przez drugorzędową strefę chłodzenia, w której jest ona zraszana chłodziwem, generalnie wodą, w celu kontynuacji usuwania z niej ciepła do czasu, aż zostanie ona całkowicie zestalona i doprowadzona do temperatury pożądanej do dalszej obróbki.

Ponieważ chłodzenie drugorzędowe bezpośrednio powoduje zestalenie żyły albo wpływa na jej zestalanie, to proces chłodzenia drugorzędowego i urządzenia wymagane do jego przeprowadzania mają decydujący wpływ na jakość wyrobów końcowych. Składniki używane do rozpylania chłodziwa a zwłaszcza dysze rozpylające, są szczególnie ważne.

Różne parametry, które charakteryzują proces chłodzenia drugorzędowego, wpływają na zestalenie żyły na różne sposoby oraz - w zależności od praktyki muszą być optymalizowane zgodnie z różnymi kryteriami.

Szczególnie ważnymi czynnikami są intensywność chłodzenia drugorzędowego, która determinuje prędkość narastania skorupy żyły, oraz która jest nastawiana jako bardziej albo mniej surowa lub łagodna, w zależności od praktyki, oraz rozkład przestrzenny gęstości stosowania chłodziwa, który powinien być tak równomierny jak to jest możliwe, w celu zapewnienia, że narastanie skorupy żyły jest równomierne w jak najbardziej możliwym stopniu.

Dysze rozpylające stosowane w sekcji chłodzenia drugorzędowego do rozpylania chłodziwa są zwykle optymalizowane pod względem wymaganych standardów intensywności chłodzenia drugorzędowego i równomierności nakładania chłodziwa. Energia kinetyczna kropel płynu chłodzącego nakładanych poprzez rozpylanie, a zwłaszcza gęstość nakładania chłodziwa, są pod tym względem czynnikami decydującymi dla intensywności chłodzenia drugorzędowego. Równomierność gęstości nakładania chłodziwa nie jest zdeterminowana tylko równomiernością rozpraszania kropel w strumieniu rozpylonej cieczy wytwarzanym przez indywidualną dyszę rozpylającą. Rozkład kątowy torów kropel także jest powiązany z równomiernością gęstości nakładania chłodziwa. Jest to spowodowane tym, że rozkład kątowy determinuje kształt i rozmiar obszaru na żyle, który może być zraszany strumieniem rozpylonej cieczy. Jednak w celu pokrycia chłodziwem całego obszaru żyły, który ma być ochłodzony, wymagana jest duża ilość dysz w strefie chłodzenia drugorzędowego. Strumienie rozpylonej cieczy z indywidualnych dysz są więc odpowiednio nakładane na siebie. Rozkład kątowy torów kropel indywidualnego strumienia rozpylonej cieczy jest decydującym czynnikiem dla równomierności gęstości nakładania chłodziwa, kiedy nakłada się dużą ilość strumieni rozpylonej cieczy.

Znane dysze o kształcie stożka pełnego dostarczają strumienie rozpylonej cieczy o stożkowym rozkładzie kątowym torów kropel. Z powodu ich stożkowego kształtu, strumienie rozpylonej cieczy z wielu dysz o kształcie stożka pełnego nie mogą idealnie pokryć dużych zraszanych obszarów; nakładanie się wielu strumieni rozpylonej cieczy powoduje bardzo nierównomierną gęstość nakładania chłodziwa.

Z US-3 072 346 znana jest dysza rozpylająca posiadająca korpus dyszy z komorą mieszającą, która jest symetryczna obrotowo dookoła osi wzdłużnej korpusu dyszy, do której to komory może napływać ciecz, tworząca pierwszy i drugi strumień cieczy, przez dwa otwory wlotowe, oraz która jest wyposażona w otwór wylotowy, znajdujący się na końcu, dla strumienia rozpylonej cieczy. Poza ukształtowaniem otworu wylotowego dysza ta posiada zasadniczo cechy znanego typu dyszy o kształcie pełnego stożka: dwa otwory wlotowe są zintegrowane w ukształtowanie prowadzące dla strumieni cieczy wchodzących do komory mieszającej tak, że strumieniom cieczy wchodzącym do komory mieszającej jest nadawana składowa prędkości styczna do ścianki komory mieszającej, dodatkowo do składowej prędkości w kierunku otworu wylotowego. Ta styczna składowa prędkości powoduje, że dwa strumienie cieczy łączą się po wejściu do komory mieszającej w celu utworzenia jednego strumienia cieczy, który jest skierowany do otworu wylotowego, oraz który charakteryzuje się wirem dookoPL 194 516 B1 ła osi wzdłużnej korpusu dyszy. Chociaż dysza rozpylająca, która jest opisana w US-3 072 346, posiada okrągły otwór wylotowy - podobnie do tradycyjnej dyszy o kształcie stożka pełnego - to ten otwór wylotowy jest poszerzony po stronie wylotowej podobnie do lejka tak, że wychodzący strumień rozpylonej cieczy jest odkształcony w kierunku przekątnych kwadratu. Ponieważ otwór wylotowy jest ukształtowany w taki sposób, to dysza dostarcza strumień rozpylonej cieczy o w przybliżeniu kwadratowym rozproszeniu kropel - odnosząc się do płaszczyzny prostopadłej do osi wzdłużnej korpusu dyszy.

Jedną z wad tej dyszy rozpylającej jest to, że z powodu wiru, który jest wytwarzany, kształt rozproszenia kropel strumienia rozpylonej cieczy jest zniekształcany do coraz większego stopnia wraz ze wzrostem ciśnienia zasilania. Przy dyszy tego rodzaju nie jest więc możliwe dostosowanie się do wymaganych standardów dotyczących równomierności gęstości nakładania chłodziwa w sekcji chłodzenia drugorzędowego.

Dalszą wadą tej dyszy jest fakt, że wychodzący z niej strumień rozpylonej cieczy posiada tylko w przybliżeniu kwadratowe rozproszenie kropel na płaszczyźnie natryskiwania, która nie może się znajdować bardzo daleko od otworu wylotowego, na ogół nie więcej niż 20 cm. Z powodu małej odległości działania, do zraszania dużych obszarów przy wystarczającym stopniu równomierności jest wymagana duża ilość dysz rozpylających tego rodzaju.

Dysza o płaskim strumieniu jest opisana w US-4 988 043. Zawiera ona kanał dla cieczy, która ma być rozpylona, ze szczeliną wylotową dla strumienia rozpylonej cieczy. Strumień rozpylonej cieczy jest wyrzucany w szerokim zakresie kątowym w kierunku szczeliny, podczas gdy prawie się nie rozszerza poprzecznie do kierunku wzdłużnego szczeliny wraz ze wzrostem odległości od szczeliny wylotowej. Prawie jednowymiarowy wyrzut powoduje powstanie płaskiego strumienia rozpylonej cieczy. Z powodu małej rozciągłości strumienia rozpylonej cieczy poprzecznie do szczeliny wylotowej, proces zraszania względnie dużych prostokątnych obszarów powoduje komplikacje, zarówno z powodu dużej ilości tych płaskich dysz rozpylających, które muszą być zastosowane, jak również dlatego, że pojedyncza płaska dysza rozpylająca musi być przemieszczana w celu pokrycia stosunkowo dużego obszaru strumieniem rozpylonej cieczy.

Nieodpowiednia do zastosowania przy zraszaniu płynem chłodzącym produktu odlewanego w sposób ciągły jest dysza znana z US 3 759 448 o podobnej konstrukcji, stosowana w palnikach olejowych, posiadająca komorę w kształcie kulistej czaszy i otwór dopływowy oleju do komory nastawny za pomocą pierścienia dystansowego. Ta dysza musi charakteryzować się zwartą, korzystną cenowo budową i wysokim stopniem atomizacji paliwa mieszanego z powietrzem pod dużym ciśnieniem.

Biorąc wady znanych dysz rozpylających za punkt wyjścia, celem wynalazku jest dostarczenie dyszy rozpylającej, która jest odpowiednia do stosowania w sekcji chłodzenia drugorzędowego instalacji do ciągłego odlewania i w tym celu umożliwia zraszanie największego możliwego obszaru tak równomiernie jak to jest możliwe kroplami cieczy o największej możliwej energii kinetycznej z największej możliwej odległości.

Dysza rozpylająca do zraszania płynem chłodzącym produktu odlewanego w sposób ciągły, z komorą mieszającą, do której przez dwa otwory wlotowe wpływa ciecz, z utworzeniem pierwszego i drugiego strumienia cieczy i z umieszczoną współprądowo szczeliną wylotową dla rozpylanego strumienia, przy czym przynajmniej jedna ścianka komory mieszającej stanowi powierzchnię prowadzącą dla strumieni cieczy, charakteryzuje się według wynalazku tym, że przynajmniej jedna ścianka komory mieszającej jest ukształtowana jako powierzchnia prowadząca dla strumieni cieczy, przy czym jest tak ukształtowana przy szczelinie wylotowej, że strumienie cieczy trafiają na siebie, z utworzeniem rozpylonego strumienia cieczy w szczelinie wylotowej pod kątem, leżącym pomiędzy 60° i 130°, korzystnie pomiędzy 80° i 100°.

Korzystnie, komora mieszająca posiada zwężenie w szczelinie wylotowej, przy czym kąt otwarcia w szczelinie wylotowej mieści się pomiędzy 60° i 130°, korzystnie pomiędzy 80° i 100°, a zwężenie stanowi część powierzchni prowadzącej.

Pomiędzy zwężeniem i otworami wlotowymi komora mieszająca może posiadać odcinek cylindryczny.

Korzystnie, równolegle do kierunku wymiaru wzdłużnego szczeliny wylotowej otwory wlotowe posiadają każdorazowo powierzchnię przekroju poprzecznego o wydłużonym w kierunku wzdłużnym kształcie a szczelina wylotowa i komora mieszająca mają wspólną płaszczyznę symetrii.

PL 194 516 B1

Korzystnie, komora mieszająca posiada boczną ściankę, ograniczającą z boku strumienie cieczy, a każdy z otworów wlotowych jest otwarty do komory mieszającej przy tej bocznej ściance, przy czym zwłaszcza otwory wlotowe są ukształtowane pomiędzy boczną ścianką i poprzeczką.

Korzystnie, kierunek wzdłużny szczeliny wylotowej leży w płaszczyźnie symetrii dyszy rozpylającej, a otwory wlotowe znajdują się po różnych stronach tej płaszczyzny symetrii.

Przekrój otworów wlotowych może mieć postać wycinka koła a obszar przekroju szczeliny wylotowej posiada poszerzenie przy zwężających się końcach, w kierunku rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy.

Przekrój szczeliny wylotowej może też posiadać poszerzenie w środku dłuższych boków szczeliny wylotowej w kierunku rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy.

Korzystnie, w kierunku wymiaru wzdłużnego szczeliny wylotowej dysza ma ścianki prowadzące, do ograniczania strumienia rozpylonej cieczy wychodzącego ze szczeliny wylotowej.

Korzystnie, stosunek sumy dwóch obszarów przekroju otworów wlotowych do obszaru przekroju szczeliny wylotowej mieści się pomiędzy 1,5 i 2, a korzystnie pomiędzy 1,6 i 1,8 a stosunek średnicy odcinka cylindrycznego bocznej ścianki do długości odcinka cylindrycznego bocznej ścianki mieści się pomiędzy 2 i 3.

Korzystnie, otwory wlotowe mają różne obszary przekroju a ścianki prowadzące znajdują się po przeciwnych stronach szczeliny wylotowej w różnej odległości od szczeliny wylotowej.

Korzystnie, otwór wlotowy o mniejszym obszarze przekroju znajduje się po tej samej stronie płaszczyzny symetrii co ta ścianka prowadząca ze ścianek prowadzących, która znajduje się w większej odległości od płaszczyzny symetrii.

Dysza rozpylająca według wynalazku zawiera komorę mieszającą, do której może napływać przez dwa otwory wlotowe ciecz, tworząca pierwszy i drugi strumień cieczy, przy czym, znajdujący się na końcu, otwór wylotowy dla strumienia rozpylonej cieczy, w której przynajmniej jedna ścianka komory mieszającej jest ukształtowana tak, że strumienie cieczy spotykają się pod kątem w albo tuż przed otworem wylotowym, a następnie tworzą strumień rozpylonej cieczy. Ponieważ dwa strumienie cieczy są kierowane do otworu wylotowego i zderzają się w otworze wylotowym, to wytwarzane są względnie duże krople cieczy, które - w powiązaniu z ciśnieniem zasilania w otworach wylotowych - mogą opuszczać otwór wylotowy ze względnie wysokim poziomem energii kinetycznej. W dużej części zapobiega się stratom energii z powodu tworzenia się wiru w komorze mieszającej. Wysoki poziom energii kinetycznej umożliwia zraszanie obszaru ze znacznej odległości operacyjnej. Rozpylanie dwóch strumieni cieczy umożliwia duży rozrzut kierunków rozchodzenia się kropel i stąd szeroki wyrzut strumienia rozpylonej cieczy wychodzącego z otworu wylotowego. Pod tym względem krople, które są rozpraszane poprzecznie do kierunku rozchodzenia się strumienia cieczy, pełnią szczególnie ważną rolę w wyrzucaniu strumienia rozpylonej cieczy. Ponieważ rozchodzenie się strumieni cieczy w komorze mieszającej jest zasadniczo zdeterminowane geometrią komory mieszającej, to ciśnienie zasilania może się zmieniać we względnie szerokim zakresie bez żadnej zasadniczej zmiany wyrzucania strumienia rozpylonej cieczy.

W związku z tym przekrój otworu wlotowego może być zasadniczo uważany za przekrój poprzeczny do odpowiedniego strumienia cieczy w otworze wlotowym, a przekrój otworu wylotowego za przekrój poprzeczny do strumienia rozpylonej cieczy.

Właściwości strumienia rozpylonej cieczy wytwarzanego za pomocą dyszy rozpylającej według wynalazku zależą zasadniczo od kąta zderzenia, pod którym strumienie cieczy spotykają się w albo tuż przed otworem wylotowym. Kąt zderzenia mieszczący się w zakresie pomiędzy 60° i 130°, a korzystnie pomiędzy 80° i 100°, wytwarza warunki do wytwarzania kropel cieczy, które opuszczają otwór wylotowy ze szczególnie wysokim poziomem energii kinetycznej, oraz tworzą strumień rozpylonej cieczy, który wyróżnia się tym, że krople rozpraszają się w szczególnie równomierny sposób pod szczególnie dużym kątem pełnym dookoła środkowego kierunku rozchodzenia.

Zwężenie w otworze wylotowym, z kątem rozwarcia w otworze wylotowym mieszczącym się pomiędzy 60° i 130°, a korzystnie pomiędzy 80° i 100° tworzy część powierzchni prowadzącej dla strumieni cieczy, która determinuje kąt uderzenia. Zwężenie doprowadza do siebie dwa strumienie cieczy w otworze wylotowym pod kątem zderzenia, który odpowiada kątowi otwarcia zwężenia. Krople wytworzone w otworze wylotowym kiedy dwa strumienie cieczy ze sobą oddziałują mają szczególnie duży składnik prędkości w kierunku dwusiecznej kąta otwarcia zwężenia. Kierunek ten odpowiada środkowemu kierunkowi rozchodzenia się kropel, które mogą opuszczać otwór wylotowy. W zależności od jego kształtu, otwór wylotowy zapewnia także wyjście dla kropel, których tory są rozproszone

PL 194 516 B1 pod dużym kątem dookoła średniego kierunku rozchodzenia. Zwężenie to może być na przykład stożkowe.

Jeśli obszar przekroju szczeliny wylotowej poprzeczny do kierunku rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy jest odpowiednio ukształtowany, to szczelina wylotowa zapewnia na przykład możliwość zraszania obszaru prostokątnego. Dłuższe boki obszaru prostokątnego do zraszania są w tym przypadku zasadniczo równoległe do kierunku wzdłużnego wymiaru szczeliny. Zasięg kątowy, w którym strumień rozpylonej cieczy jest wyrzucany w kierunku wymiaru wzdłużnego szczeliny wylotowej, zwiększa się wraz z długością szczeliny. Efekt ten jest spowodowany faktem, że zasięg kątowy, pod którym krople mogą opuszczać strefę wzajemnego oddziaływania dwóch strumieni cieczy w otworze wylotowym, przez szczelinę wylotową zwiększa się w kierunku wymiaru wzdłużnego szczeliny wraz z długością szczeliny wylotowej.

Dysza rozpylająca według wynalazku posiada cechy, które, zarówno same jak i/lub w połączeniu ze sobą nawzajem, umożliwiają osiągnięcie stanu równomiernego rozpraszania na zraszanym obszarze. W celu osiągnięcia równomiernego rozpraszania kropel korzystne jest, aby otwór wylotowy i komora mieszająca posiadały wspólną płaszczyznę symetrii. Mogą więc być wytwarzane krople, których tory rozciągają się symetrycznie do płaszczyzny symetrii. Dysza rozpylająca, której otwór wylotowy jest ukształtowany jako szczelina, będzie zapewniała szczególnie równomierne rozpraszanie kropel jeśli otwory wlotowe w każdym przypadku posiadają obszar przekroju o wydłużonym kształcie, a kierunki ich wymiaru wzdłużnego są w każdym przypadku zasadniczo równoległe do kierunku wymiaru wzdłużnego szczeliny wylotowej. W tym przypadku dwa strumienie cieczy są w pewnym sensie wstępnie ukształtowane i dostosowane do szczeliny wylotowej w otworach wlotowych tak, że nawet w otworach wlotowych linie o równej prędkości przepływu - odnoszone do płaszczyzny poprzecznej do odpowiedniego strumienia cieczy - mają taki sam albo w przybliżeniu taki sam kształt jak obszar przekroju otworu wylotowego (poprzecznie do kierunku środkowego rozchodzenia się kropel cieczy).

W postaci wykonania, w której szczelina wylotowa jest ukształtowana w taki sposób, że komora mieszająca i szczelina wylotowa posiadają wspólną płaszczyznę symetrii, przy czym kierunek wzdłużny szczeliny wylotowej leży na płaszczyźnie symetrii, a otwory wlotowe są umieszczone po różnych stronach płaszczyzny symetrii, strumień rozpylonej cieczy jest wyrzucany szczególnie szeroko na płaszczyźnie symetrii, to znaczy w kierunku wzdłużnym szczeliny wylotowej. Rozpraszanie kropel staje się dodatkowo szczególnie równomierne, jeśli - tak jak w omówionej poprzednio postaci wykonania - otwory wlotowe posiadają obszar przekroju o wydłużonym kształcie, a kierunki ich wymiarów wzdłużnych są zasadniczo równoległe do płaszczyzny symetrii. Szczególnie równomierne rozpraszanie kropel jest osiągane, jeśli stosunek sumy dwóch obszarów przekroju otworów wlotowych do obszaru przekroju otworu wylotowego mieści się pomiędzy 1,5 i 2, a korzystnie pomiędzy 1,6 i 8.

Jeżeli komora mieszająca posiada w otworze wylotowym zwężenie oraz odcinek cylindryczny pomiędzy zwężeniem i otworami wlotowymi to odcinek cylindryczny działa jako ścianka boczna, która otacza strumienie cieczy. Długość odcinka cylindrycznego wpływa na sposób, w jaki dwa strumienie cieczy mieszają się ze sobą w otworze wylotowym, oraz na wydajność z jaką strumienie cieczy są przekształcane na krople, które opuszczają bez przeszkód otwór wylotowy. Długość odcinka cylindrycznego może być odpowiednio zoptymalizowana. Jeśli otwory wlotowe otwierają się w ściance bocznej komory mieszającej, to straty energii z powodu niepożądanego tworzenia się wiru w komorze mieszającej są szczególnie niskie, a wytwarzanie strumienia rozpylonej cieczy jest szczególnie sprawne.

Dysza rozpylająca z komorą mieszającą o szczególnie prostym ukształtowaniu jest uzyskiwana jeśli otwory wlotowe są ukształtowane pomiędzy poprzeczką, która łączy przeciwległe części bocznej granicy strumieni cieczy, a bocznym ograniczeniem. Jeśli ścianka boczna jest obrotowo symetryczna dookoła osi, a poprzeczka jest prostopadłościanem, to przekroje otworów wlotowych będą ukształtowane jako wycinki koła. Według wynalazku takie otwory wlotowe mogą być połączone ze szczeliną wylotową, której kierunek wzdłużny jest zasadniczo równoległy do cięciw wycinków koła.

Na rozpraszanie kropel w strumieniu rozpylonej cieczy mogą wpływać określone poszerzenia przekroju otworu wylotowego w kierunku rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy. Dzięki szczelinie wylotowej, której obszar przekroju jest poszerzony na zwężających się końcach w kierunku rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy, osiągany jest szczególnie duży wyrzut strumienia rozpylonej cieczy w kierunku wzdłużnym szczeliny wylotowej.

PL 194 516 B1

Jeżeli przekrój szczeliny wylotowej jest poszerzony w środku dłuższych boków szczeliny wylotowej w kierunku rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy to umożliwia to zwiększenie stosunku kropel rozchodzących się w kierunku średniego kierunku rozchodzenia się.

Ewentualna asymetria po stronie wlotowej i/lub wylotowej dyszy rozpylającej, ma wpływ na rozpraszanie kropel w strumieniu rozpylonej cieczy - nawet jeśli komora mieszająca jest poza tym symetryczna. Jeśli asymetria ta jest odpowiednio korzystna w znaczeniach ilościowych, to możliwe jest, w porównaniu z dyszą symetryczną, przemieszczenie środka strefy rozpraszania kropel o określoną odległość, wpływ na równomierność rozpraszania kropel i zmiana kształtu obszaru do zraszania. Możliwe jest, między innymi, ukształtowanie obszarów do zraszania z bardziej albo mniej zakrzywionymi liniami obwodowymi - zamiast prostokątnego obszaru zraszanego. Dysza rozpylająca, której komora mieszająca zawiera płaszczyznę symetrii, będzie zapewniała szczególnie równomierne rozpraszanie kropel na prostokątnym obszarze zraszanym ze środkiem strefy, który jest przesunięty względem płaszczyzny symetrii, jeśli dysza jest ukształtowana asymetrycznie po stronie wlotowej i wylotowej tak, że otwór wlotowy o mniejszym obszarze przekroju jest umieszczony po tej samej stronie płaszczyzny symetrii co ścianka prowadząca, która jest umieszczona w większej odległości od płaszczyzny symetrii. W celu osiągnięcia optymalnych rezultatów odległości ścianek prowadzących od płaszczyzny symetrii mogą być dostosowane do asymetrii dyszy po stronie wlotowej, która charakteryzuje się, na przykład, różnicą w wymiarach obszarów przekroju otworów wlotowych.

Dysza rozpylająca według wynalazku, która jest wyposażona w odpowiednią szczelinę wylotową, umożliwia na przykład równomierne zraszanie prostokątnego obszaru o szerokości 10 cm i długości 50 cm z odległości około 45 cm. Dysze rozpylające tego rodzaju mogą korzystnie być zastosowane w sekcji chłodzenia drugorzędowego w instalacji do odlewania ciągłego do chłodzenia żył formatu kęsa albo kęsiska kwadratowego, w którym to przypadku jedna z dysz rozpylających zastępowałaby 4-6 tradycyjnych dysz o kształcie stożka pełnego, a dodatkowo umożliwiała bardziej równomierne nakładanie chłodziwa. Dysza według wynalazku może być ukształtowana ze szczeliną wylotową o długości przewyższającej 10 mm i szerokości przewyższającej 5 mm. Otwory tego rozmiaru powodują niewielkie ryzyko zatkania szczeliny wylotowej dyszy rozpylającej według wynalazku z powodu zabrudzenia podczas pracy, co jest przeciwieństwem w stosunku do tradycyjnych dysz rozpylających. To samo stosuje się do otworów wlotowych, które mogą mieć w przybliżeniu ten sam rozmiar co otwory wylotowe.

Asymetryczne postacie wykonania dyszy rozpylającej według wynalazku są stosowane na różne sposoby w instalacjach do odlewania ciągłego. Na przykład w instalacji do odlewania ciągłego z krystalizatorem łukowym łukowe żyły o prostokątnym przekroju są chłodzone po różnych stronach rejonu strefy chłodzenia drugorzędowego przez nałożenie obszarów zraszanych w postaci prostokątów i odcinków pierścieni kołowych. Obszary takie mogą być wytwarzane za pomocą dyszy rozpylającej według wynalazku poprzez odpowiednie zwymiarowanie jej składników. Ponadto normalne jest zmienianie przekroju wytwarzanych żył, przy następującym kolejno odlewaniu części. Powoduje to powstanie takiego problemu, że po zmianie przekroju we wzdłużnej części toru żyły, już nie tylko rozmiar obszaru do zraszania musi być przystosowany do zmienionej geometrii żyły, ale także często środek tego obszaru. Kiedy stosuje się tradycyjne dysze rozpylające, to po zmianie przekroju muszą one być wszystkie zastąpione innymi dyszami o innym obszarze zraszanym, w którym to przypadku także położenie dysz rozpylających musi być odpowiednio przystosowane. Ten sam cel może być osiągnięty za pomocą dyszy rozpylającej według wynalazku poprzez ustawienie dysz rozpylających w określonym punkcie i opcjonalne zastosowanie dysz rozpylających o zmiennej asymetrii, które uwzględniają zmianę środka strefy obszarów zraszanych. Procedura ta eliminuje złożony etap ponownego nastawiania dyszy rozpylającej za każdym razem kiedy zmieniany jest przekrój.

Przykłady wykonania dyszy rozpylającej według wynalazku są przedstawione poniżej w oparciu o rysunek, na którym: fig. 1A przedstawia przekrój wzdłużny przez dyszę rozpylającą; fig. 1B - przekrój wzdłużny przez dyszę rozpylającą z fig. 1A wykonany wzdłuż linii B-B; fig. 2A - przekrój przez dyszę rozpylającą z fig. 1A wykonany wzdłuż linii A-A; fig. 2B - widok z przodu dyszy rozpylającej z fig. 1A, patrząc wzdłuż strzałki C z fig. 1B; oraz fig. 2C odpowiada fig. 2B, chociaż przedstawia inny przykład wykonania; fig. 3A odpowiada fig. 2A, chociaż posiada otwory wlotowe o różnych wymiarach; fig. 3B odpowiada fig. 2B, chociaż posiada powierzchnie prowadzące po stronie wylotowej, które znajdują się w różnej odległości od otworu wylotowego; fig. 3C odpowiada fig. 1A, chociaż jest zmodyfikowana zgodnie z fig. 3A i 3B.

PL 194 516 B1

Dwie dysze rozpylające przedstawione na fig. 1A, 1B i 2A, 2B, 2C są przeznaczone do zraszania prostokątnego obszaru kroplami cieczy·

Dysza rozpylająca 5 przedstawiona na fig. 1A, 1B i 2A, 2B jest symetryczna względem płaszczyzny symetrii 35· Dysza rozpylająca 5 zawiera korpus dyszy 4, który posiada zagłębienie składające się z części cylindrycznej 16 ścianki i części stożkowej 17. Część cylindryczna 16 posiada otwór 6, przez który ciecz, która ma być rozpylana, może być wpuszczana pod pewnym ciśnieniem p, oraz jest symetryczna obrotowo względem osi wzdłużnej 38. Część stożkowa 17 zwęża się w kierunku osi wzdłużnej 38 zgodnie z kątem otwarcia a oraz posiada szczelinę wylotową 30 dla strumienia rozpylonej cieczy 40 na wierzchołku stożka. Szczelina wylotowa 30 jest symetryczna względem płaszczyzny symetrii 35, a kierunek wzdłużny obszaru przekroju szczeliny wylotowej 30 leży w płaszczyźnie symetrii 35.

Jak widać na fig. 2A i 1A, 1B, poprzeczka 8 w części cylindrycznej 16 oddziela komorę mieszającą 15 składającą się z fragmentu części cylindrycznej 16 i części stożkowej 17, oraz zostawia dwa wolne otwory wlotowe 9 i 10 w ściance części cylindrycznej 16. Obszary przekroju otworów wlotowych 9 i 10 mają kształt wycinka koła i leżą symetrycznie po różnych stronach płaszczyzny symetrii 35. Obszary przekroju otworów wlotowych 9 i 10 mają wydłużony kształt, a kierunki ich wymiaru wzdłużnego albo cięciwy wycinków koła są równoległe do płaszczyzny symetrii 35.

Podczas działania ciecz, która ma być rozpylana, jest dostarczana do dyszy rozpylającej 5 wzdłuż linii przepływu 7 pod ciśnieniem p przez otwór 6 oraz jest kierowana do komory mieszającej 15 przez otwory wlotowe 9 i 10, tworząc pierwszy strumień cieczy 12 i drugi strumień cieczy 13. Mając dane odpowiednio wybrany kąt otwarcia a części stożkowej 17, średnicę D i długość L fragmentu części cylindrycznej 16, który ogranicza komorę mieszającą 15 (fig. 1B), dwa strumienie cieczy 12 i 13 są prowadzone wzdłuż ścianek części cylindrycznej 16 albo części stożkowej 17 tak, aby spotkać się w otworze wylotowym 30, a następnie utworzyć strumień rozpylonej cieczy 40.

Na fig. 1B 0_L oznacza kąt, który wyrzucany strumień rozpylonej cieczy opisuje na płaszczyźnie symetrii, to znaczy charakteryzuje zakres kątowy, na którym krople opuszczające otwór wylotowy 30 są rozpraszane na płaszczyźnie symetrii 35. Podobnie θ na fig. 1A oznacza zakres kątowy na który krople są rozpraszane prostopadle do płaszczyzny symetrii 35. Jak pokazano na fig. 1A i 1B, w przypadku dyszy rozpylającej 5 według wynalazku kąt θ|_ jest znacznie większy niż θ. W celu umożliwienia przejścia jak największej możliwej ilości kropel przez szczelinę wylotową 30 w zwężających się końcach szczeliny wylotowej 30, zastosowano poszerzenie 31 obszaru przekroju szczeliny wylotowej 30 w kierunku 39 rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy 40 w zwężających się końcach szczeliny wylotowej 30.

Figura 2C pokazuje alternatywne ukształtowanie szczeliny wylotowej 30. Przekrój szczeliny wylotowej 30 na fig. 2C posiada rozszerzenia 32 w kierunku 39 rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy 40 w środku dłuższych boków. Rozszerzenia powodują gromadzenie się kropel w obrębie płaszczyzny symetrii 35 w kierunku osi wzdłużnej 38.

Ścianki prowadzące 45, 46 są ustawione zasadniczo równolegle do płaszczyzny symetrii 35. W zależności od odległości od płaszczyzny symetrii 35, ścianki prowadzące działają jako ograniczenie dla strumienia rozpylonej cieczy 40 wychodzącego z otworu wylotowego 30 i/lub chronią strumień rozpylonej cieczy 40 przed zakłóceniami zewnętrznymi, na przykład ruchami powietrza otaczającego.

W przykładzie z fig. 1A i 1B został wybrany kąt otwarcia a = 90°. a = 90° jest wartością preferowaną pod względem równomierności rozpraszania kropel w strumieniu rozpylonej cieczy 40, szerokości wyrzutu strumienia rozpylonej cieczy 40 i sprawności wytwarzania kropel. Jednak dysza rozpylająca według wynalazku pracuje także przy 60° < a < 130°, przy czym zakresem preferowanym jest 80° < a < 100°.

Dysza rozpylająca według wynalazku taka jak pokazana na fig. 1A albo 1B umożliwia na przykład równomierne zraszanie prostokątnego obszaru o wymiarach 120 mm x 500 mm z odległości 450 mm od otworu wylotowego. Rozkład kątowy torów kropel charakteryzuje się więc θ|_ = 58° i θ = 16°. Dla tego zakresu zraszania osiągane jest równomierne rozpraszanie 5 kropel dla pewnego rozmiaru komory mieszającej 15 i pewnego obszaru przekroju otworów wlotowych 9, 10 - w zależności od rozmiaru szczeliny wylotowej 30. Na przykład szczelina wylotowa 30 o długości l = 13,8 mm i szerokości b = 7 mm będzie wytwarzała równomierne rozpraszanie kropel dla komory mieszającej 15 o D = 26 mm i L = 11 mm. Optymalny stosunek sumy dwóch obszarów przekroju otworów wlotowych 9, 10 do obszaru przekroju otworu wylotowego 30 ma w tym samym czasie wartość 1,7 ± 0,1. Z powodu wysoce efektywnego wytwarzania kropel, strumień rozpylonej cieczy 40 wytwarza wysokie ciśnienie spiętrze8

PL 194 516 B1 nia na zraszanej powierzchni wynoszące 30 kg/m z odległości 450 mm przy ciśnieniu p = 9 barów na wejściu 6 do dyszy rozpylającej. Ciśnienie robocze p mieści się w zakresie pomiędzy 1 bar i przynajmniej 10 barów.

Jeśli obszar przekroju szczeliny wylotowej 30 jest mniejszy albo większy, to L i D muszą być odpowiednio zmniejszane albo zwiększane. Pod tym względem optymalny stosunek sumy obszarów przekroju otworów wlotowych do obszaru przekroju otworu wylotowego mieści się pomiędzy 1,5 i 2, korzystnie pomiędzy 1,6 i 1,8, a optymalny stosunek średnicy D odcinka cylindrycznego 16 do długości L odcinka cylindrycznego 16 w komorze mieszania 15 mieści się pomiędzy 2 i 3. Ciśnienie spiętrzenia w tej samej odległości odniesienia staje się odpowiednio niższe albo wyższe.

Figury 3A, 3B, 3C przedstawiają asymetryczną dyszę rozpylającą 50, która może być uważana za modyfikację dyszy rozpylającej 5 wyróżniającej się płaszczyzną symetrii 35. Asymetryczna dysza rozpylająca 50 różni się od symetrycznej dyszy rozpylającej 5 tym, że poprzeczka 8 jest przesunięta względem płaszczyzny symetrii 35, otwory wlotowe 9 i 10 tworzą w rezultacie wycinki koła o różnych obszarach A₁ i A₂, a powierzchnie prowadzące 45 i 46 znajdują się w różnych odległościach t₁ i t₂ od środka szczeliny wylotowej 30. Kiedy rozważamy asymetryczną dyszę rozpylającą 50, A₁ < A₂ i t₁ > t₂, to znaczy z otworami wlotowymi 9 i 10, z których ten o mniejszym obszarze przekroju znajduje się po tej samej stronie płaszczyzny symetrii 35 co ścianka prowadząca, jedna z dwóch ścianek prowadzących 45 i 46, która znajduje się najdalej od płaszczyzny symetrii 35. Z powodu różnego ukształtowania albo zwymiarowania otworów wlotowych 9 i 10 strumienie cieczy 12 i 13 przenoszą różne ilości cieczy (pokazane na fig. 3C strzałkami o grubościach linii odpowiadających ilości cieczy). Ponieważ strumienie cieczy 12 i 13 nie są w tym ukształtowaniu symetryczne względem płaszczyzny symetrii 35, a w rezultacie po spotkaniu się strumieni cieczy wytwarzane są krople o asymetrycznym rozkładzie pędu, w zależności od odległości x od płaszczyzny symetrii 35, to strumień rozpylonej cieczy 40 charakteryzuje się rozpraszaniem kropel P(x), którego maksimum znajduje się w odległości x_M od płaszczyzny symetrii 35 po stronie przeciwnej do otworu wlotowego 10. Odległość x_M może być zmieniana poprzez odpowiednie ustawienie szerokości w1 i w2 otworów wlotowych 9 i 10. Prostokątny obszar zraszania o równomiernym rozkładzie kropel P(x) na płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny symetrii 35 będzie powstawał jeśli odległości t₁ i t₂ ścianek prowadzących 45 i 46 są odpowiednio przystosowane. Jeśli odległości t₁ i t₂ nie są optymalnie dostosowane do w₁ i w₂, to może to powodować powstanie obszaru zraszanego, który nie jest prostokątny, a zamiast tego ma na przykład kształt wycinka pierścienia kołowego.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dysza rozpylająca do zraszania płynem chłodzącym produktu odlewanego w sposób ciągły, z komorą mieszającą, do której przez dwa otwory wlotowe wpływa ciecz, z utworzeniem pierwszego i drugiego strumienia cieczy i z umieszczoną współprądowo szczeliną wylotową dla rozpylanego strumienia, przy czym przynajmniej jedna ścianka komory mieszającej stanowi powierzchnię prowadzącą dla strumieni cieczy, znamienna tym, że przynajmniej jedna ścianka komory mieszającej (15) jest ukształtowana jako powierzchnia prowadząca dla strumieni cieczy (12, 13), przy czym jest tak ukształtowana przy szczelinie wylotowej (30), że strumienie cieczy (12, 13) trafiają na siebie, z utworzeniem rozpylonego strumienia cieczy (40) w szczelinie wylotowej (30) pod kątem (a), który mieści się pomiędzy 60° i 130°, korzystnie pomiędzy 60° i 100°.
2. 2. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że komora mieszająca (15) posiada zwężenie (17) w szczelinie wylotowej (30), przy czym kąt otwarcia (a) w szczelinie wylotowej (30) mieści się pomiędzy 60° i 130°, korzystnie pomiędzy 80° i 100°, a zwężenie stanowi część powierzchni prowadzącej.
3. 3. Dysza rozpylająca według zastrz. 2, znamienna tym, że komora mieszająca (15) posiada pomiędzy zwężeniem (17) i otworami wlotowymi (9, 10) odcinek cylindryczny (16).
4. 4. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że równolegle do kierunku wymiaru wzdłużnego szczeliny wylotowej (30) otwory wlotowe (9, 10) posiadają każdorazowo powierzchnię przekroju poprzecznego o wydłużonym w kierunku wzdłużnym kształcie.
5. 5. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że szczelina wylotowa (30) i komora mieszająca (15) mają wspólną płaszczyznę symetrii (35).

   PL 194 516 B1
6. 6. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że komora mieszająca (15) posiada boczną ściankę, ograniczającą z boku strumienie cieczy (12, 13), a każdy z otworów wlotowych (9, 10) jest otwarty do komory mieszającej (15) przy tej bocznej ściance.
7. 7. Dysza rozpylająca według zastrz. 6, znamienna tym, że otwory wlotowe (9, 10) są ukształtowane pomiędzy boczną ścianką i poprzeczką (8).
8. 8. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że kierunek wzdłużny szczeliny wylotowej (30) leży w płaszczyźnie symetrii (35) dyszy rozpylającej (5), a otwory wlotowe (9, 10) znajdują się po różnych stronach tej płaszczyzny symetrii (35).
9. 9. Dysza rozpylająca według zastrz. 4, znamienna tym, że przekrój otworów wlotowych (9, 10) ma postać wycinka koła.
10. 10. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że obszar przekroju szczeliny wylotowej (30) posiada poszerzenie (31) przy zwężających się końcach, w kierunku (39) rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy (40).
11. 11. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że przekrój szczeliny wylotowej (30) posiada poszerzenie (32) w środku dłuższych boków szczeliny wylotowej w kierunku (39) rozchodzenia się strumienia rozpylonej cieczy (40).
12. 12. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że w kierunku wymiaru wzdłużnego szczeliny wylotowej (30) ma ścianki prowadzące (45, 46), do ograniczania strumienia rozpylonej cieczy (40) wychodzącego ze szczeliny wylotowej (30).
13. 13. Dysza rozpylająca według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek sumy dwóch obszarów przekroju otworów wlotowych (9, 10) do obszaru przekroju szczeliny wylotowej (30) mieści się pomiędzy 1,5 i 2, a korzystnie pomiędzy 1,6 i 1,8.
14. 14. Dysza rozpylająca według zastrz. 3, znamienna tym, że stosunek średnicy (D) odcinka cylindrycznego ścianki (16) do długości (L) odcinka cylindrycznego (16) ścianki mieści się pomiędzy 2 i 3.
15. 15. Dysza rozpylająca według zastrz. 4, znamienna tym, że otwory wlotowe (9, 10) mają różne obszary przekroju (A₁, A₂).
16. 16. Dysza rozpylająca według zastrz. 12 albo 15, znamienna tym, że ścianki prowadzące (45, 46) znajdują się po przeciwnych stronach szczeliny wylotowej (30) w różnej odległości od szczeliny wylotowej (30).
17. 17. Dysza rozpylająca według zastrz. 4 albo 15 albo 16, znamienna tym, że otwór wlotowy (9) o mniejszym obszarze przekroju (A₁) znajduje się po tej samej stronie płaszczyzny symetrii (35) co ta ścianka prowadząca (45), ze ścianek prowadzących (45, 46), która znajduje się w większej odległości (t₁) od płaszczyzny symetrii (35).