Струйное охлаждение непрерывнолитой заготовки
Струйное охлаждение обеспечивает вторичное охлаждение заготовки струями воды, подаваемыми через специальные разбрызгивающие форсунки (рисунок 3.67), расположенные между опорными роликами. Вода попадает на поверхность заготовки в виде капель, которые должны иметь достаточную энергию и скорость, чтобы проникнуть сквозь паровую «рубашку», образовавшуюся на поверхности заготовки вследствие интенсивного испарения воды.
Этот способ охлаждения непрерывнолитой заготовки имеет ряд существенных технологических недостатков: величина теплоотдачи не всегда увеличивается пропорционально увеличению расхода воды; капли из водяной форсунки обычно достаточно крупные, что не способствует увеличению скорости парообразования и ограничивает эффективность охлаждения; в месте воздействия водяной струи с заготовкой происходит термический удар, который может привести к зональной сегрегации или образованию трещин и т.д.
Рисунок 3.67 – Факел распыляемой воды форсунки струйного распыления (а) и схема расположения форсунки относительно поверхности заготовки (б)
Обычно струйное охлаждение применяется в зоне, непосредственно расположенной под кристаллизатором, а также в следующей после нее зоне (зоны 0 и 1). В зоне подбоя (зона 0) форсунки расположены таким образом, что струи направлены под углом к днищу кристаллизатора. При этом вода не попадает в проем кристаллизатора, а направляется на опорные ролики, обеспечивая этим дополнительное их охлаждение. В зонах 1 и 2 форсунки располагаются аналогичным образом, то есть часть струи омывает ролики при любых расходах воды, дополнительно их охлаждая.
Для слябовых МНЛЗ устанавливаются несколько форсунок в растворе роликов (рисунок 3.68). При этом предварительно необходимо определить участки перекрытия струй, что позволяет обеспечить равномерное распределение воды по всей ширине охлаждения. Дополнительные технические затруднения вызывает расположение форсунок в ЗВО современных слябовых МНЛЗ, которые имеют возможность изменения ширины сляба в процессе разливки.
Рисунок 3.68 – Схема расположения форсунок в растворе роликов
Между тем, система струйного охлаждения является достаточно простой в конструкционном плане, что позволяет широко использовать ее на блюмовых и особенно сортовых МНЛЗ. Вода, подаваемая под давлением 0,25-0,35 МПа, проходя через сопла определенной конфигурации, самостоятельно дробится за счет перепада давлений на капли размером 0,2- 1,0 мм и в виде факела плоской, овальной или округлой формы попадает на охлаждаемую поверхность. Необходимая форма факела достигается конструкцией форсунки и ее сопла. Вся эта группа форсунок имеет цилиндрический подводящий канал, заканчивающийся полусферой, в которой вода дополнительно сжимается и выбрасывается через щелевое сопло, расположенное по центру полусферы. Сопла обеспечивают раскрытие факела по большой оси на 80-1500, а по малой на 5-80.
Большим недостатком системы водяного охлаждения при подаче охладителя через форсунки является также высокая неравномерность охлаждения поверхности слитка даже на сравнительно небольших ее участках в пределах одной секции по ее длине. Это объясняется схемой подачи воды в зазор между роликами. Поэтому участки слитка, перекрытые роликами, не получая необходимого охлаждения, перегреваются, а открытые участки, имеющие небольшую ширину, переохлаждаются. В результате разница температур на сравнительно небольших участках достигает 120-150 oС. Такое циклическое изменение режима нагрев-охлаждение происходит по всей зоне водяного охлаждения и, многократно повторяясь, приводит к возникновению дополнительных напряжений в корке слитка и, как правило, к появлению трещин.