RU2070473C1 - Способ охлаждения кристаллизатора - Google Patents
Способ охлаждения кристаллизатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2070473C1 RU2070473C1 SU5065204A RU2070473C1 RU 2070473 C1 RU2070473 C1 RU 2070473C1 SU 5065204 A SU5065204 A SU 5065204A RU 2070473 C1 RU2070473 C1 RU 2070473C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- air
- cooled
- mold
- sec
- Prior art date
Links
Landscapes
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
(57) Изобретение относится к непрерывной разливке металлов и сплавов, конкретнее к способу охлаждения кристаллизаторов, преимущественно гильзовых и составных кристаллизаторов для разливки сортовых заготовок и блюмов. В способе охлаждения кристаллизатора, включающем подачу в охлаждаемую полость кристаллизатора охлаждаемого агента, в качестве агента используют водовоздушную эмульсию, получаемую предварительно в струйном насосе. Подают эмульсию непрерывным потоком вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора с коэффициентом инжекции расходом воды на кристаллизатор 9,4...16,7 кг/с и пределах отношений и где Gт и Gp - массовые расходы воды и воздуха на одну охлаждаемую стенку кристаллизатора, кг/с; Рн и Рр - начальные давления воды и воздуха перед струйным аппаратом, ; Рc - давление в камере смешения струйного аппарата, ; М - число Маха; ωa - изоэнтропная скорость газа, м/с; а - скорость звука в данной среде, м/с. 1 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к непрерывной разливке металлов и сплавов, конкретнее к способу охлаждения кристаллизаторов, преимущественно гильзовых и составных кристаллизаторов для разливки сортовых заготовок и блюмов.
Известен способ охлаждения рабочей стенки кристаллизатора путем разбрызгивания воды, позволяющий вести высокоскоростную разливку на МНЛЗ при контролировании однородности кристаллизующейся корочки слитка. При этом расход воды при скорости непрерывной разливки Уc 2,0 и 2,7 м/мин составляет соответственно 900 и 1140 л/мин (Разработка кристаллизатора УНРС со струйным охлаждением. Sasaki K. Дзайре то пуросэсу. Сигг. Аоу. Маter and Porecess, 1988, 1, N 4, c. 1257).
Недостатком этого способа является возможность засорения форсунок. Это приводит к неравномерности охлаждения, выбору большего выходного сечения форсунок, к ухудшению качества заготовок и уменьшению стойкости кристаллизатора.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ охлаждения, заключающийся в подаче в охлаждаемую полость кристаллизатора предварительно полученной в смесительной камере водовоздушной смеси, которую подают непрерывным потоком вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора с определенными значениями расходов воды и воздуха, что обеспечивает устранение пленочного эффекта охлаждения, повышение интенсивности теплообмена и коэффициента теплоотдачи и, как следствие, повышение качества слитков за счет стабилизации скорости охлаждения (авт.св. СССР N 1039641, кл. В 22 D 11/0,4, 1983).
Недостатками предложенного прототипа являются:
невозможность получения в смесительной камере и после него требуемой температуры водовоздушной смеси из-за предварительного разогрева воздуха у охлаждаемой стенки кристаллизатора, отсутствия регулируемого адиабатического сжатия и расширения воздуха в рабочем сопле для создания требуемых отрицательных температур воздуха;
снижение скорости потока водовоздушной смеси за счет противодавления воды, а следовательно, это приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи;
возможность попадания воздуха в каналы подачи воды и образование "пробок".
невозможность получения в смесительной камере и после него требуемой температуры водовоздушной смеси из-за предварительного разогрева воздуха у охлаждаемой стенки кристаллизатора, отсутствия регулируемого адиабатического сжатия и расширения воздуха в рабочем сопле для создания требуемых отрицательных температур воздуха;
снижение скорости потока водовоздушной смеси за счет противодавления воды, а следовательно, это приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи;
возможность попадания воздуха в каналы подачи воды и образование "пробок".
Предлагаемый способ охлаждения позволяет устранить дополнительное охлаждение воды после кристаллизатора и водоподготовку, получить требуемую температуру водовоздушной смеси перед кристаллизатором, за счет более низких температур водовоздушной смеси повысить коэффициент теплоотдачи, исключить противодавление воды и воздуха, эффект пленочного кипения у охлаждаемой стенки, что позволяет устранить неравномерные условия теплоотвода и повысить коэффициент теплоотдачи, что в дальнейшем, как следствие, обеспечивает повышение качества заготовок, стойкости кристаллизатора и повышение производительности МНЛЗ, исключает строительство цеха водоподготовки.
Для этого способа, заключающегося в подаче в охлаждаемую полость кристаллизатора предварительно полученной в смесительной камере водовоздушной смеси, которую подают непрерывным потоком вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора с определенными значениями расходов воды и воздуха, водовоздушную смесь получают в струйном насосе и подают с коэффициентом инжекции:
где: Ст и Ср массовые расходы воды и воздуха на одну охлаждаемую стенку кристаллизатора, кг/с, а также с расходом воды на кристаллизатор в пределах 9,4.16,7 кг/с и пределами отношений
где Рн Рp начальные давления воды и воздуха перед струйным насосом, Н/м2;
Рc давление водовоздушной смеси на выходе из камеры смешения струйного насоса, Н/м2; М число Маха;
ωa изоэнтропная скорость воздуха в выходном сечении рабочего сопла струйного насоса, м/с;
a скорость звука в данной среде, равная скорости воздуха в критическом сечении сопла, м/с.
где: Ст и Ср массовые расходы воды и воздуха на одну охлаждаемую стенку кристаллизатора, кг/с, а также с расходом воды на кристаллизатор в пределах 9,4.16,7 кг/с и пределами отношений
где Рн Рp начальные давления воды и воздуха перед струйным насосом, Н/м2;
Рc давление водовоздушной смеси на выходе из камеры смешения струйного насоса, Н/м2; М число Маха;
ωa изоэнтропная скорость воздуха в выходном сечении рабочего сопла струйного насоса, м/с;
a скорость звука в данной среде, равная скорости воздуха в критическом сечении сопла, м/с.
Для достижения требуемого технического эффекта необходимы следующие факторы:
а) предварительное охлаждение воздуха в струйном насосе до минусовых температур и получение требуемой температуры воздуховоздушной смеси перед кристаллизатоpом в камере смешения, что повышает эффект охлаждения и исключает последующее охлаждение воды;
б) получение вдоль охлаждаемой стенки высокоскоростного потока водовоздушной смеси с высокой кинетической энергией для срыва с охлаждаемой поверхности зон пленочного кипения;
в) высокая однородность водовоздушной смеси и дисперсность, что обеспечивает равномерность охлаждения по всей поверхности стенки кристаллизатора.
а) предварительное охлаждение воздуха в струйном насосе до минусовых температур и получение требуемой температуры воздуховоздушной смеси перед кристаллизатоpом в камере смешения, что повышает эффект охлаждения и исключает последующее охлаждение воды;
б) получение вдоль охлаждаемой стенки высокоскоростного потока водовоздушной смеси с высокой кинетической энергией для срыва с охлаждаемой поверхности зон пленочного кипения;
в) высокая однородность водовоздушной смеси и дисперсность, что обеспечивает равномерность охлаждения по всей поверхности стенки кристаллизатора.
Все это вместе взятое исключает температурную деформацию стенки кристаллизатора и формирующейся корочки металла, а следовательно, исключается износ стенки, насыщение поверхности заготовки медью, образование трещин, устраняется ромбичность, частично сглаживаются следы качания, повышается скорость разливки за счет высокого эффекта охлаждения, уменьшается расход воды в 2-3 раза.
Все эти факторы выполнимы при соблюдении указанных соотношений параметров воды и воздуха в струйном насосе, где воздух подают в рабочее сопло с начальным давлением Рp, а вода поступает в приемную камеру с начальным давлением Рн и массовыми расходами воды и воздуха на охлаждаемую стенку Сн и Сp, а далее вода и воздух смешиваются в камере смешения насоса и с давлением водовоздушной смеси Рc поступает вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора.
Согласно прототипу все указанные факторы практически невыполнимы, т.к. воздух вместо охлаждения нагревается от охлаждаемой стенки и к тому же плохо охлаждает стенку кристаллизатора на самом горячем участке, отсутствует регулируемое адиабатическое сжатие воздуха и расширение в рабочем сопле для получения требуемой минусовой температуры воздуха и, следовательно, низкой результирующей температуры водовоздушной смеси, скорость водовоздушной смеси падает за счет создания противодавления воды, а поэтому невозможно получение тонкодисперсной высокоскоростной водовоздушной смеси.
Согласно предлагаемому способу водовоздушную смесь предварительно получают в струйном насосе, который позволяет произвести высокоэффективное смещение двух потоков: рабочего воздуха и инжектируемого воды, где кинетическая энергия рабочего потока частично передается инжектируемому потоку. При этом при протекании по струйному насосу происходит выравнивание скоростей смешиваемых потоков и обратное преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную.
Согласно прототипу в камере смешения вместо выравнивания скоростей потоков и получения высоких скоростей происходит торможение потоков за счет противодавления поступающей воды и возможно образование "пробок" в водной магистрали, что уже испытано на практике, а снижение скорости потока водовоздушной смеси не способствует срыву зон пленочного кипения.
Согласно предлагаемому способу воздух выходит из сопла со скоростью ωa,, обеспечивающей соотношение
(теоретически можно достичь М 2,4) при одновременно адиабатическом сжатии и с расширением в рабочем сопле, т.к. скорость воздуха на выход из рабочего сопла в 1,9.2,1 раза превышает скорость звука в критическом сечении этого сопла, что позволяет предварительно снизить температуру воздуха перед камерой смешения до требуемых минусовых значений.
(теоретически можно достичь М 2,4) при одновременно адиабатическом сжатии и с расширением в рабочем сопле, т.к. скорость воздуха на выход из рабочего сопла в 1,9.2,1 раза превышает скорость звука в критическом сечении этого сопла, что позволяет предварительно снизить температуру воздуха перед камерой смешения до требуемых минусовых значений.
При этом, если соотношение меньше 1,9, то температура воды на выходе из кристаллизатора получается выше температуры воды на входе в кристаллизатор, а при более 2,1 температура воды на выходе равна температуре воды на входе и дальнейшего понижения не происходит, т.е. 2,1 является точкой этого соотношения в рабочих пределах коэффициента инжекции.
В результате исследований, проведенных в лабораторных и цеховых условиях, установлено, что при соотношении или значении коэффициента инжекции равного менее 3,0 коэффициент теплоотдачи начинает резко снижаться и составляет менее 23570 Вт/м2•oС, что приводит к ухудшению охлаждения и уменьшению производительности МНЛЗ.
При коэффициенте инжекции И более 18,0 коэффициент теплоотдачи выравнивается и мало отличается от значения α 28000 Вт/м2•oС, а дальнейшее увеличение коэффициента инжекции приводит к увеличению расхода воды, что экономически не выгодно.
В отличие от кристаллизатора с охлаждением только водой, где расход воды составляет 16,7. 33,3 кг/с и коэффициент a 23570.26700 Вт/м2•oC, водовоздушное охлаждение при значениях a 23570.28000 Вт/м2•oС позволяет снизить расход воды до 9,4.16,7 кг/с.
При значениях расхода воды менее 9,4 кг/с коэффициент инжекции снизится менее 3,0, что приведет к резкому падению коэффициента теплоотдачи, а при значении расхода воды более 14,1 кг/с коэффициент инжекции возрастет более 18,0, что экономически не выгодно, т.к. это требует повышения дополнительного давления воды в сети при относительно постоянном расходе воздуха 500 м3/ч и давлении 490,5•103.686,7•103 H/м2. Однако дальнейшее повышение коэффициента инжекции до 21,0 позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи до 23578 Вт/м2•oC при расходе воды 19,4 кг/с, если исходить из соображения эффективности охлаждения, а не экономии.
Согласно закону сохранения количества движения приведенные соотношения Рp/Pн 1,4.2,1; Рc/Pн 1,03.1,1 и M=ωa/a=1,9 ... 2,1 позволяет получить требуемую результирующую скорость потока водовоздушной смеси вдоль охлаждаемой стенки с указанными коэффициентами теплоотдачи.
В струйных насосах степень сжатия Рc/Pн, как правило берется менее 1,2. Для получения требуемой результирующей скорости потока вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора оптимальным является соотношение Рc/Pн 1,03.1,1, что позволяет достаточно эффективно снимать с охлаждаемой поверхности зоны пленочного кипения.
При увеличении Рc/Pн более 1,1 коэффициент теплоотдачи будет менее 23570 Вт/м2•oС и коэффициент инжекции составит менее 3,0.
При уменьшении Рc/Pн менее 1,03 коэффициент инжекции достигнет оптимального значения И 18,0 и α 28000 Вт/м2•oC и дальнейшее уменьшение этого соотношения экономически не выгодно, т.к. коэффициент теплоотдачи входит в полосу, где прирост не значителен.
Отношение Рp/Pн 1,4.2,1 характеризует степень запаса кинетической энергии потока и влияет на коэффициент инжекции, с которым связан соотношением
где К1, К3 коэффициенты, Кp показатель адиабаты, Рp, Pн начальные давления воздуха и воды, H/м2, ΔPc=Pc-Pн Рc-Pн разность между результирующим давлением в камере смещения и начальным давлением воды, Н/м2.
где К1, К3 коэффициенты, Кp показатель адиабаты, Рp, Pн начальные давления воздуха и воды, H/м2, ΔPc=Pc-Pн Рc-Pн разность между результирующим давлением в камере смещения и начальным давлением воды, Н/м2.
При значении Рp/Pн менее 1,4 коэффициент инжекции будет более И 18,0, что экономически не выгодно, т.к. коэффициент теплоотдачи выравнивается и мало отличается от значения α 28000 Вт/м2•oС, при значении Рp/Pн более 2,1 коэффициент инжекции становится менее 3,0 и коэффициент теплоотдачи резко падает.
На фиг.1 приведена зависимость коэффициента теплоотдачи от коэффициента инжекции И и расхода воды на кристаллизатор 0, кг/с, где линия 1 зависимость f(Q) при водяном охлаждении кристаллизатора; линия 2 зависимость f(U,Q) при водовоздушном охлаждении кристаллизатора.
Оптимальная скорость водовоздушной смеси вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора является предметом НОУ-ХАУ.
Примеры осуществления предлагаемого способа.
Опыты проводили на сортовом кристаллизаторе сечением 125х125 мм при скорости разливки 1,8 м/мин на 6-ручьевом МНЛЗ.
Пример 1 (по прототипу). Проводили разливку стали с расходом воды на кристаллизатор 22,2; 16,7; 11,2 кг/с. Расход воды определяли по приборам, замеряли температуру воды на входе и выходе из кристаллизатора, рассчитывали коэффициент теплоотдачи a от охлаждаемой стенки кристаллизатора. Были получены следующие значения коэффициента теплоотдачи a, приведенные в таблице 1.
При испытуемых значениях расхода воды на всех 6 ручьях имелась ромбичность заготовок 4,0-12,0 мм, имелись случаи прорывов металла под кристаллизатором из-за ромбичности и по трещинам заготовок. Стойкость гильзы кристаллизатора без покрытия составляет 20.30 плавок.
Пример 2 (предлагаемый способ). Разливку на МНЛЗ провели с использованием того же кристаллизатора, но с применением системы водовоздушного охлаждения. При расходе воздуха 500 м3/ч и давлении 490,5•103.686,7•103 расход воды составил 16,7; 11,1; 9,4 кг/с. При этом замерялись расходы воды, температура воды и воздуха перед входом в струйный насос, расход воздуха и давление, давление воды перед струйным насосом, контролировали температуру ручья, вводили после окончания разливки серу в жидкий металл в кристаллизаторе.
По предлагаемому способу было отлито 45 плавок с одной установки. Были получены следующие данные по коэффициенту теплоотдачи в зависимости от расхода воды, приведенные в таблице 2.
Таким образом, при одних и тех же расходах воды коэффициент теплоотдачи α при водовоздушном охлаждении значительно выше.
По качеству заготовок были получены следующие результаты:
ромбичность отсутствует на всех плавках;
трещины отсутствуют на всех плавках;
следы качания кристаллизатора сглажены;
трещины (внутренние и поверхностные) отсутствуют;
стойкость кристаллизатора 45 плавок и более;
фронт кристаллизации с серным отпечатком более ровный, чем при обычном охлаждении водой.
ромбичность отсутствует на всех плавках;
трещины отсутствуют на всех плавках;
следы качания кристаллизатора сглажены;
трещины (внутренние и поверхностные) отсутствуют;
стойкость кристаллизатора 45 плавок и более;
фронт кристаллизации с серным отпечатком более ровный, чем при обычном охлаждении водой.
Таким образом, освоение предлагаемого способа охлаждения кристаллизатора позволит исключить охлаждение воды после кристаллизатора и специальную водоподготовку, устранить эффект пленочного кипения у охлаждаемой стенки, что позволит устранить неравномерные условия теплоотвода, улучшить качество непрерывнолитых заготовок, повысить стойкость кристаллизаторов и производительность МНЛЗ.
Claims (1)
- Способ охлаждения кристаллизатора, включающий подачу непрерывным потоком вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора предварительно полученной в смесительной камере водовоздушной смеси, отличающийся тем, что водовоздушную смесь получают в струйном насосе, а подают с коэффициентом инжекции И Gт/Gp (3-18), расходом воды на кристаллизатор 9,4-16,7 кг/с и соотношениями Рн/Рр 1,4-2,1, Рс/Рн 1,03-1,1,
M = ωa/a = 1,9 - 2,1,
где Gт и Gp массовые расходы воды и воздуха на одну охлаждаемую стенку кристаллизатора, кг/с;
Рн и Рр начальные давления воды и воздуха перед струйным насосом, Н/м2;
Рс давление водовоздушной смеси на выходе из камеры смешения, н/м2;
М число Маха;
ωa изоэнтропная скорость воздуха в выходном сечении рабочего сопла струйного насоса, м/с;
a скорость звука в данной среде, равная скорости воздуха в критическом сечении сопла, м/с.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5065204 RU2070473C1 (ru) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | Способ охлаждения кристаллизатора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5065204 RU2070473C1 (ru) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | Способ охлаждения кристаллизатора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2070473C1 true RU2070473C1 (ru) | 1996-12-20 |
Family
ID=21614681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5065204 RU2070473C1 (ru) | 1992-10-12 | 1992-10-12 | Способ охлаждения кристаллизатора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2070473C1 (ru) |
-
1992
- 1992-10-12 RU SU5065204 patent/RU2070473C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1039641, кл. B 22 D 11/04, 1983. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4424855A (en) | Method for cooling continuous casting | |
KR20050059111A (ko) | 마그네슘 및 마그네슘 합금의 트윈 롤 캐스팅 | |
US6543519B2 (en) | Method and device for thermal control of a continuous casting mold | |
KR20100016381A (ko) | 비혼합성 금속의 스트립 주조 | |
CN113231611B (zh) | 一种低过热度等温共熔法确定连铸喂钢带工艺参数的方法 | |
RU2070473C1 (ru) | Способ охлаждения кристаллизатора | |
JPS6137024B2 (ru) | ||
JP2005349468A (ja) | 砂型の冷却バラシ装置 | |
CN1062793C (zh) | 半固态金属射出成形的方法和装置 | |
RU2436654C1 (ru) | Способ вторичного охлаждения заготовок круглого сечения | |
RU2082541C1 (ru) | Многоручьевой кристаллизатор для горизонтального непрерывного литья прутковых заготовок | |
US20130112363A1 (en) | Temperature control device for a die casting device and corresponding die casting device | |
CA1045781A (en) | Casting method and a casting mold, particularly for use in the continuous casting of elongated metallic articles | |
SU971562A1 (ru) | Способ непрерывной разливки металлов | |
RU2100132C1 (ru) | Способ непрерывной разливки металлов | |
CN109175284A (zh) | 一种高效、节能的连铸二次冷却方法 | |
JPH05220550A (ja) | 連続鋳造用2次冷却装置 | |
CN114555260B (zh) | 连铸模具 | |
RU2043843C1 (ru) | Способ охлаждения непрерывнолитого слитка | |
RU2422242C2 (ru) | Способ охлаждения заготовок на машинах непрерывного литья | |
RU2000167C1 (ru) | Способ вторичного охлаждени непрерывнолитого слитка | |
SU1044414A1 (ru) | Способ охлаждени непрерывно-литого слитка | |
SU703228A1 (ru) | Способ непрерывной разливки металлов | |
JPH04309438A (ja) | 非鉄金属用鋳造装置 | |
Alexa et al. | Nozzle arrangement effects and cooling water pressure study for the improvement of the thermal transfer coefficient, in the secondary cooling of continuous steel casting |