Водовоздушное охлаждение непрерывнолитой заготовки

Водовоздушное охлаждение осуществляется частицами воды, которые распыляются воздухом. Распыление воды происходит в основном в результате соударения двух потоков (водяного и воздушного) внутри форсунки. Распылитель представляет собой как бы две независимые форсунки для воды и для воздуха, струи от которых пересекаются. Оба потока выходят из распылителя в направлении непрерывнолитой заготовки и встречаются один с другим, образуя факел мелкодисперсных капель воды. Воздух при этом способе охлаждения играет двоякую роль: он обеспечивает распыление воды и сообщает каплям необходимую высокую кинетическую энергию. Характер распыления воды определяется расходом и давлением воздуха и поддается регулированию в широком диапазоне параметров.

Форсунки располагаются как непосредственно между опорными роликами, так и за ними (рисунок 3.69). При расположении форсунок между роликами увеличивается эффективный угол распыления охладителя, что обеспечивает более равномерный отвод тепла с поверхности заготовки. Расположение форсунок за опорными роликами позволяет направить часть охладителя на их поверхность, тем самым улучшая условия их работы. На практике, такая схема расположения форсунок применяется в последних секциях ЗВО.

Рисунок 3.69 – Схемы расположения форсунок при водовоздушном охлаждении

Все основные способы водовоздушного охлаждения можно с определенной степенью условности объединить в две большие группы.

1. Образование водовоздушной смеси в специальных, отдельно расположенных смесителях с последующим транспортированием смеси к слитку. Достоинством такой системы является сравнительная простота подачи готовой смеси на слиток с помощью несложных по конструкции форсунок. Но в целом вся система достаточно громоздка, и главным ее недостатком является расслаивание смеси при ее транспортировке и неоднородность от форсунки к форсунке.
2. Образование водовоздушной смеси непосредственно перед подачей ее на слиток путем раздельной подачи из коллектора воды и воздуха. При пересечении струй под определенными углами происходит их соударение, дробление струи воды и образование направленного водовоздушного факела. Система достаточно компактна, но регулирование интенсивности охлаждения затруднено, так как при изменении расходов и давлений воды или воздуха меняется как дисперсность водяных капель, так и форма направленности водовоздушного факела. Кроме того, устройство требует высокой точности изготовления, а при эксплуатации оно очень чувствительно к чистоте воды.

Высокая эффективность метода водовоздушного охлаждения объясняется тем, что благодаря большой кинетической энергии с металлом одновременно контактирует множество капель распыленной воды. При одном и том же расходе воды площадь теплообмена между охладителем и заготовкой увеличивается, поскольку вода мелко распылена и число мелких капель очень велико. При этом капли достаточно равномерно распределяются по поверхности заготовки, так как факел имеет устойчивую геометрическую форму. Вода, которая не испарилась при контакте с поверхностью заготовки, падает вниз в виде мелкого дождя, создавая зону охлаждения ближайших участков.

Основные технологические преимущества системы водовоздушного охлаждения заключаются в следующем:

• высокие скорости движения потоков непосредственно в отверстии форсунки, что существенно уменьшает вероятность его зарастания;
• возможность формирования капель воды оптимальных размеров, что повышает эффективность охлаждения в целом;
• широкий диапазон изменения параметров подачи охлаждающей жидкости и воздуха, что дает возможность использовать один типоразмер форсунок для различных марок сталей и скоростей литья;
• однородность распыления воды вдоль поверхности широких граней слябов за счет использования нескольких форсунок по ширине (с перекрытием), что снижает вероятность локального переохлаждения (перегрева) поверхности слитка.

Бесперебойная работа систем форсуночного охлаждения во многом зависит от качества используемой воды. Грязная и слишком жесткая вода приводит к засорению форсунок. Засорение форсунок приводит к неравномерному разбрызгиванию охлаждающей жидкости и, соответственно, к неравномерному охлаждению непрерывнолитой заготовки (рисунок 3.70). Это, как известно, приводит к короблению твердой корочки заготовки, растрескиванию или к прорывам.

Рисунок 3.70 – Внешний вид поверхности сляба на выходе из ЗВО при неравномерном его охлаждении

В настоящее время для обеспечения МНЛЗ водой надлежащих кондиций (давление 0,5-0,6 МПа, расход до 200-220 м³/ч, температура на входе – max 35 ^oС, температура на выходе – max 45 ^oС) предусматриваются специальные станции ее очистки и химической обработки. По ряду показателей такая вода превосходит качество питьевой воды (таблица 3.9).

Таблица 3.9 – Основные параметры воды для ЗВО