SU981394A1

SU981394A1 - Nozzle for metal cooling

Info

Publication number: SU981394A1
Application number: SU813253180A
Authority: SU
Inventors: Леонид Михайлович Бобров; Станислав Иванович Жигач; Отто Николаевич Засухин; Виктор Николаевич Славянинов; Анатолий Михайлович Сизов; Владимир Николаевич Усков; Валерий Борисович Хорьков
Original assignee: Ленинградский механический институт
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1982-12-15

Description

(54) ФОРСУНКА ДЯЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛА(54) NOZZLE FOR COOLING METAL

Изобретение относитс к металлургическому производству и может Оать использовано дл ускоренного охлаждени проката или брамсов на установках непрерывной разливки.The invention relates to metallurgical production and may be used to accelerate the cooling of steel or brahms in continuous casting plants.

Известно устройство дл охлаждени проката воздухоАидкостной смесью, содержащее корпус, сменное сопло дп формировани воздухожидкостного потока и вентиль дл перекрыти кана лов подачи жидкости и воздуха С1|.A device for cooling a rental air-fluid mixture is known, comprising a housing, a replaceable nozzle dp forming an air-liquid flow and a valve for shutting off the fluid and air supply channels C1 |.

Недостатками устройства сложность конструкции, неустойчивый режим работы при снижении давлени и расхода жидкости, а также незначительна степень дисперсности жидкое ти в потоке.The drawbacks of the device are the design complexity, the unstable mode of operation with decreasing pressure and fluid flow, as well as the insignificant degree of dispersion of the liquid in the flow.

. Известно устройство, содержащее корпус, распылитель и три сопла , расположенные последовательно 2. A device comprising a housing, a sprayer and three nozzles arranged in series 2 is known.

Недостатками этого устройства вл ютс сложйость конструкции и невозможность обеспечени высокой скорости истечени воздухожидкостной струи.The disadvantages of this device are the complexity of the design and the impossibility of ensuring a high flow rate of the air of a liquid-jet stream.

Известно также устройство, содержащее корпус, в котором выполнен конический -суживающийс конфузор, соединенный с источником сжатого воздуха и переход щий в цилиндрическую камеру смешени , охватываемую кольцевой Проточкой, св занной с отверстием подвода жидкости СЗ.It is also known a device comprising a housing in which a conic-tapering confuser is made, which is connected to a source of compressed air and passes into a cylindrical mixing chamber covered by an annular flow-through connected to an opening for supplying a liquid NW.

Недостатком такого устройства вл етс незначительна степень распылени жидкости вследствие подачи ее в узкую часть конфузора, т.е. в зону повьвоенного давлени , а также недостаточно высока скорость истечени The disadvantage of such a device is an insignificant degree of spraying of the liquid due to its supply to a narrow part of the confuser, i.e. to the zone of military pressure, as well as the flow rate is not high enough

to струи через расшир ющуюс часть камеры смешени , так как разгон етс на воэдушшой поток, а воздухожйдкостна смесь.To jet through the expanding part of the mixing chamber, since it is accelerated to the air flow, and the air-velocity mixture.

йгшболее близким по технической shorter closer to technical

15 с пцности к предлагаемому вл етс форсунка дп охлаждени металла распаленной жидкостью, содержаща корпус , в которсм выполнены отверсти дл подвода жидкости и воздуха и ус20 танавливаемое в него сопло Лавал . Сверхзвукова часть сопла Лавал соединена наклонными каналами с отверстием дл подвода жидкости. Угол раствора сопла Лавал составл ет 4. Фор25 сунка обеспечивает высокую скорость истечени воздухожидкостной смеси при высокой степени дисперсности жидкости в потоке 1С4. Недостатком известной форсунки также, как и всех 15 from the point of view of the present invention is a nozzle dp of metal cooling with a burnt liquid, comprising a housing, in which holes are made for supplying fluid and air and a Laval nozzle installed in it. The supersonic part of the Lawal nozzle is connected by inclined channels with an opening for supplying a liquid. The angle of the Laval nozzle solution is 4. The for25 bottle provides a high rate of outflow of the air-liquid mixture with a high degree of dispersion of the liquid in the flow 1C4. The disadvantage of the well-known nozzle as well as all

30 указанных устройств, вл етс ограничейна площадь орошени , обусловленна углом раствора конуса струи и удалением сопла их охлаждаемой поверхности , что вызывает неравномерно охлаждение проката (в частности листового ) и, как следствие, неравномер ное распределение механических свойств по площади и раэн9Родную стртуру .30 of these devices is limited irrigation area due to the angle of the jet cone solution and the nozzle removal of their cooled surface, which causes uneven cooling of the rolled product (in particular, sheet metal) and, as a result, uneven distribution of mechanical properties over the area and equal size.

Дл обеспечени равномерного орошени необходима установка значителького количества распыливаюпих устройств , что в свою очередь ведет к увеличению расхода сжатого воздуха и жидкости.To ensure uniform irrigation, it is necessary to install a significant amount of sprayed devices, which in turn leads to an increase in the consumption of compressed air and liquid.

При установке на форсунке щелевых патрубковнаблюдаетс нарушение стабильности истечени потока вследствие его прилипани к одной из стенок патрубка (так называемого эффекта Коанда).When slot nozzles are installed on the nozzle, there is a violation of the stability of the outflow of the flow due to its adherence to one of the walls of the nozzle (the so-called Coanda effect).

Целью изобретени вл етс повышение эффективности охлаждени за счет увеличени площади орошени и степени дисперсности жидкости в потоке путем возбуждени поперечных колебаНИИ воздухожидкостной струи.The aim of the invention is to increase the cooling efficiency by increasing the irrigation area and the degree of dispersion of the liquid in the stream by initiating transverse oscillations of the air-liquid jet.

Поставленна цель достигаетс тем что в форсунке дл охлаждени металла , содержащей сопло Лавал с отверсти ми дл подачи воздуха и жидкости в его сверхзвуковую часть, форсунка снабжена профильными отклон ющими пластинами, сверхзвукова часть сопл Лавал имеет щелевую форму, а на его боковых расход щих поверхност х выполнены продольные С-образные каналы , в которых размещены пластины.This goal is achieved by the fact that in a nozzle for cooling a metal containing a Laval nozzle with openings for supplying air and liquid to its supersonic part, the nozzle is equipped with shaped deflecting plates, the supersonic part of Laval nozzles has a slit shape, and on its lateral diverging surfaces longitudinal C-shaped channels in which plates are placed are made.

На фиг. 1 изображена предлагаема форсунка, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.FIG. 1 depicts the proposed nozzle section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one.

Форсунка содержит трубопровод 1 подачи сжатого воздуха, соединенный с соплом Лавал 2, имеющим сверхзвуковую часть щелевой , на боковых расход щихс поверхност х 3 сверзвуковой Части сопла выполнены продольные С-образные каналы 4 обратной св зи, отделенные от полости сопла профильными отклон ющими пластинами 5, через отверсти б и 7 в сопло подаетс жидкость.The nozzle contains a compressed air supply pipe 1 connected to a Laval nozzle 2 having a supersonic slit part, on lateral diverging surfaces 3 of the supersonic part of the nozzle, longitudinal C-shaped feedback channels 4 are made, separated from the nozzle cavity by shaped deflecting plates 5, Through the holes b and 7, liquid is supplied to the nozzle.

Выполнение каналов обратной св зи С-образной формы обусловлено необходимостью постепенного плавного разворота отсеченной части потока и формировани направленного усили дл отклонени струи. Как видно из фиг. 2, движение и усилие потока при его выходе из канала обратной св зи направлено по нормали к основной струе газожидкостной смеси, вытекающей из сопла.The performance of C-shaped feedback channels is due to the need for a gradual smooth reversal of the cut-off part of the flow and the formation of a directional force to deflect the jet. As can be seen from FIG. 2, the movement and flow force at its exit from the feedback channel is directed along the normal to the main stream of the gas-liquid mixture flowing from the nozzle.

В каналах другой формы, например треугольной, происходит интенсивное торможение потока без эффекта отклонени струи, так как усилие отсеченного потока при выходе из канала направлено по касательной к направлению движени основной струи.In channels of another shape, for example, triangular, there is an intensive deceleration of the flow without the effect of jet deflection, since the force of the cut-off flow when exiting the channel is directed tangentially to the direction of motion of the main jet.

Отклон ющие пластины, отдел ющие С-образные каналы от боковых поверхностей сопла, могут быть плоскими, со скругленными кромками, а также иметь различный профиль, например плосковыпуклый (крыловой), либо выпукло-вогнутый с расположением впа- дины со стороны движени струи.The deflecting plates separating the C-shaped channels from the side surfaces of the nozzle can be flat, with rounded edges, and also have a different profile, for example, convex (winged) or convex-concave with the location of a hollow on the side of the jet.

Как показывают экспериментальные исследовани опытной форсунки, применение плоских или плоско-выпуклых отклон ющих пластин дает, примерно, одинаковые результаты.As shown by experimental studies of an experimental nozzle, the use of flat or flat convex deflecting plates gives approximately the same results.

В случае применени выпукло-вогнутых отклон ющих пластин в,о впадинах образуютс завихрени , несколько замедл ющие частоту колебаний струи.In the case of the use of convex-concave deflecting plates, vortices are formed in the depressions, somewhat slowing down the jet oscillation frequency.

Форсунка работает следующим образом . .The nozzle works as follows. .

Сжатый воздух подаетс трубопроводом 1 в сопло Лавал 2, откуда истекает с высркой скоростью. Жидкость, поступающа в сверхзвуковую часть сопла.чер отверсти 6 и 7 распыл етс в скоростно воздумном потоке. При движении через сверхзвуковую часть сопла 2 воздухожидкостна стру примыкает к одной из его боковых расход ршх поверхностей 3 (эффект Коанда).Compressed air is supplied by conduit 1 to the Lawal 2 nozzle, from where it expires with a high speed. Fluid entering the supersonic part of the nozzle. Circuit holes 6 and 7 are sprayed in a high-velocity flow. When moving through the supersonic part of the nozzle 2, an air-liquid jet is adjacent to one of its lateral consumption of ρx surfaces 3 (Coanda effect).

Возлухожидкостный поток, двига сь вдоль боковой поверхности 3 сопла 2, запирает С-образный канал 4 обратной св зи, отделенными от полости сопла 2 профильной отклон ющей пластины 5. Давление в канале 4 повышаетс и отбрасывает воздухожидкостную струю к противоположной боковой поверхности 3 сопла 2, запира тем самым примкающий к этой поверхности канал 4.The fluid-liquid flow, moving along the side surface 3 of the nozzle 2, blocks the C-shaped feedback channel 4, separated from the cavity of the nozzle 2 of the profile deflecting plate 5. The pressure in channel 4 rises and throws the air-liquid jet towards the opposite side surface 3 of the nozzle 2, thereby closing the channel 4 adjacent to this surface.

Таким образом, струе сообщаютс поперечные колебани , частота которы зависит от формы и размеров каналов обратной св зи, конфигурации отклон ющих пластин, а также давлени истекающего воздуха или жидкости.Thus, transverse oscillations are reported to the jet, the frequency of which depends on the shape and size of the feedback channels, the configuration of the deflecting plates, and the pressure of the outflowing air or liquid.

Лабораторные исследовани опытной форсунки показывают, что частота колебаний воздухожидкостной струи может измен тьс в пределах от 15-17 до 100-120 Гц.Laboratory studies of an experimental nozzle show that the oscillation frequency of an air-liquid jet can vary from 15-17 to 100-120 Hz.

Расход хладоагента (воздухожидкостной смеси) определ етс в зависимости от размера критического сечени сопла Лавал , давлени воздуха , а также размеров сечени каналов подачи жидкости и ее давлени . Указанные параметры и их соотношение могут регулироватьс в широком диапазоне в зависимости от условий производства .The flow rate of the refrigerant (air-liquid mixture) is determined depending on the size of the critical section of the Laval nozzle, air pressure, as well as the size of the cross section of the fluid supply channels and its pressure. These parameters and their ratio can be adjusted in a wide range depending on the production conditions.

Охлаждение проката даже при форсированном режиме вл етс относительно длительным процессом, поэтому частота колебаний струи дл практических целей может составл ть 5060 Гц.Rolling cooling, even in the forced mode, is a relatively long process, so the frequency of oscillation of the jet for practical purposes can be 5060 Hz.

При течении сверхзвуковой струи через плоское сопло наблюдаетс вление ее прилипани к одной из стенок сопла. Это зависит от неодинаковости геометрических параметров, частоты поверхности и т.д., обусловлен ных качес.твом обработки сопла.When a supersonic jet flows through a flat nozzle, it appears to adhere to one of the nozzle walls. This depends on the differences in geometry, surface frequency, etc., due to the quality of the nozzle treatment.

Эффект прилипани струи к одной из стенок сопла получил название эффекта Коанда.The effect of a jet sticking to one of the nozzle walls is called the Coanda effect.

Поток, выход щий из канала обратной св зи, взаимодействует со струей движущейс вдоль стенки сопла и тормозитс . При этом давление потока увеличиваетс , а возникающее усилие отбрасывает струю к противоположной стенке сопла, где процесс повтор етс . Угол раскрыти плоского сопла составл ет 4-10, в зависимости от требуемой амплитуды колебани струи. Поперечные размеры критического сечени сопла прин ты равными 10x10 ммThe flow exiting the feedback channel interacts with the jet moving along the wall of the nozzle and is inhibited. In this case, the pressure of the flow increases, and the force generated throws the jet towards the opposite wall of the nozzle, where the process is repeated. The opening angle of the flat nozzle is 4-10, depending on the desired amplitude of oscillation of the jet. The transverse dimensions of the critical section of the nozzle are assumed to be 10x10 mm

Размеры каналов обратной св зи завис т от параметров сопла форсунки , требуемой частоты колебани стру а также давлени газожидкостного потока . На фиг. 1 и 2 форсунка изображена в натуральную величину. Дл увеличени частоты колебани струи каналы обратной св зи должны быть минимально короткими, с целью исключени демпфировани потока. С другой стороны, дл уменьшени частоты колебани струи каналы следует удлин ть .The size of the feedback channels depends on the parameters of the nozzle of the nozzle, the required frequency of jet oscillations and the pressure of the gas-liquid flow. FIG. 1 and 2 nozzle is depicted in full size. In order to increase the frequency of the oscillation of the jet, the feedback channels should be as short as possible in order to avoid flow damping. On the other hand, to reduce the frequency of oscillation of the jet, the channels should be lengthened.

Практически дл форсунки с критическим сечением 10x10 мм длина каналов обратной св зи может колебатьс от 20 до 50 мм. Частота колебаний воздушной струи при охлаждении проката , особенно средне- и крупно-сортного , не имеет существенного значени ввиду относительной длительности процесса охлаждени и пребывани проката в зоне орошени форсунками.Practically for a nozzle with a critical section of 10x10 mm, the length of the feedback channels can vary from 20 to 50 mm. The frequency of oscillation of the air jet during cooling of the rolled product, especially of medium and large-grade, is not significant due to the relative duration of the cooling process and the stay of rolled metal in the nozzle irrigation zone.

Благодар сообщению струе поперечных колебаний площадь орошени увеличиваетс более,.чем в два раза, поэтому число форсунок в системе ускоренного охлаждени может быть сокращено вдвое. Соответственно расход воздуха и жидкости также уменьшаетс в два раза.Due to the transverse oscillation jet, the irrigation area is more than doubled, so the number of nozzles in the accelerated cooling system can be halved. Accordingly, the flow rate of air and fluid is also halved.

П р и м е р. В установке ускоренного охлаж,цени проката на холодильник дл стана 550 предусмотрена двухр дна установка форсунок общим количеством 320 шт. Угол раствора факела струй этих форсунок составл ет 18-20 . При установке форсунок с колебательным движением струи угол раствора факела увеличиваетс до 40-50°. Следовательно , количество форсунок может быть уменьшено вдвое. При давлении в магистрали сжатого воздухаPRI me R. In the installation of accelerated cooling, the cost of renting a refrigerator for the mill 550 is provided for two-way installation of nozzles for a total of 320 pieces. The angle of the jet solution of the jets of these nozzles is 18-20. When installing nozzles with oscillating motion of the jet, the angle of the flame solution increases to 40-50 °. Consequently, the number of nozzles can be halved. With pressure in the compressed air line

4 кгс/см - и воды - 1,5-2 кгс/см i их расходы у известной форсунки составл ют соответственно 0,54 и 0,57 MV4.4 kgf / cm - and water - 1.5-2 kgf / cm i, their costs at the known nozzle are 0.54 and 0.57 MV4, respectively.

При сокращении количества форсунок , в установке ускоренного охлаждени на 160 шт. снижение расхода сжа .того воздуха и воды составл ет: 54 X 160 8640 , и 0,57 м/ч X 160 91,2 .When reducing the number of nozzles, in the installation of accelerated cooling of 160 pcs. The reduction in the consumption of compressed air and water is: 54 X 160 8640, and 0.57 m / h X 160 91.2.

00

При годовом фонде рабочего времени металлургических цехов примерно 6000 ч годова экономи расхода сжатого воздуха и воды составл ет: With an annual fund of working time for metallurgical plants of approximately 6000 hours, the annual saving of compressed air and water consumption is:

8640 MV4 X 6000 51,8X10 м,8640 MV4 X 6000 51.8X10 m,

91,2 X 6000 0,55 х .91.2 X 6000 0.55 x.

5five

При средней стоимости 1000 м сжатого воздуха - 1 р. 50 к. и lOOO воды - О р. годова экономи от снижени их расхода составл ет: , 51,8 X Ю X 1,5 77700 р.With an average cost of 1000 m compressed air - 1 p. 50 K. and lOOO water - About p. the annual savings from reducing their consumption is: 51.8 X Yu X 1.5 77700 r.

0,55 X 10 X 8 4400 р. Итого 82.100 руб.0.55 X 10 X 8 4400 p. Total 82.100 rubles.

Опыт эксплуатации известных форсунок показывает, что вода не успева5 ет полностью испаритьс на нагретой поверхности металла и покрывает ее водной пленкой. Поэтому распределение того же количества воды на большую поверхность обеспечивает более полное испарение жидкости.Operating experience of the known nozzles shows that the water did not have time to completely evaporate on the heated metal surface and covers it with a water film. Therefore, the distribution of the same amount of water on a large surface provides a more complete evaporation of the liquid.

00

Claims

1. Authors certificate of USSR 737474, cl. C 21 D 1/677, 1977.

2. Authors certificate of the USSR 180213, cl. From 21 1) 1/667, 1968.

3. Kosko 3. K. et al. Use of a water-air mixture to cool thick sheets during thermal hardening. -Sat. Metallurgical and mining industry. Dnipropetrovsk, Mashgiz, 4, 1979, p. 20-21.

4. USSR author's certificate 605843, cl. C 21 D 1/667, 1978.

.one