連鑄噴嘴的水氣性能與傳熱

1、連鑄噴嘴的水氣性能連鑄噴嘴的水氣性能與傳熱性能與傳熱性能宋會江斯普瑞噴霧系統(tǒng)（上海）有限公司 Christy Hofherr 噴霧系統(tǒng)公司 匯報內(nèi)容匯報內(nèi)容1.1.概述概述2.2.噴嘴應(yīng)用及其流量特性噴嘴應(yīng)用及其流量特性3.3.噴嘴的傳熱特性噴嘴的傳熱特性4.4.結(jié)語結(jié)語概述概述 連鑄連鑄過程過程是鋼水直接鑄成接近最是鋼水直接鑄成接近最終產(chǎn)品尺寸鋼坯的過程終產(chǎn)品尺寸鋼坯的過程，包含一次冷包含一次冷卻與二次冷卻卻與二次冷卻。冷卻。冷卻水加熱與蒸發(fā)水加熱與蒸發(fā)約約占二次占二次冷卻冷卻過程中過程中所放出的所放出的總總熱量的熱量的55%。 了解噴嘴的特性對優(yōu)化了解噴嘴的特性對優(yōu)化二次冷卻系二次冷卻系統(tǒng)

2、統(tǒng)中中噴嘴的噴嘴的選型與布置起到選型與布置起到至關(guān)重要至關(guān)重要的作用。的作用。 2 2、噴嘴應(yīng)用及其流量特性、噴嘴應(yīng)用及其流量特性2.1 水噴嘴水噴嘴應(yīng)用：小方坯，其它鑄坯足輥應(yīng)用：小方坯，其它鑄坯足輥水噴嘴的特點：水噴嘴的特點：A、噴霧形狀：扇形，矩形，橢圓形，實心錐形、噴霧形狀：扇形，矩形，橢圓形，實心錐形B、內(nèi)部結(jié)構(gòu)：有無葉片、內(nèi)部結(jié)構(gòu)：有無葉片C、工作壓力：高、工作壓力：高D、調(diào)節(jié)比：低、調(diào)節(jié)比：低水噴嘴的流量與壓力關(guān)系水噴嘴的流量與壓力關(guān)系Q=A*PB式中：式中：Q：水流量（：水流量（L/min）；）；A：1bar水壓下的水流量（水壓下的水流量（L/min）；）；P：水的壓力（：水的

3、壓力（bar）；）；B：噴嘴特性系數(shù)（近似于：噴嘴特性系數(shù)（近似于0.5）B ：噴嘴特性系數(shù)噴嘴特性系數(shù)橢圓形：橢圓形：0.42-0.47扇形扇形 / 矩形：矩形：0.46-0.50實心錐形實心錐形：0.43-0.482.2 氣霧噴嘴氣霧噴嘴氣霧噴嘴應(yīng)用氣霧噴嘴應(yīng)用 氣霧噴嘴的特點氣霧噴嘴的特點：A：噴霧形狀：扇形，矩形，實心錐形噴霧形狀：扇形，矩形，實心錐形B：工作壓力：高：工作壓力：高C：調(diào)節(jié)比：低：調(diào)節(jié)比：低氣霧噴嘴的水氣霧噴嘴的水/氣流量氣流量與水壓關(guān)系與水壓關(guān)系Q水水= A*P2+B*P+C式中：式中：Q 水：水流量（水：水流量（L/min）；）；P：水壓力：水壓力 (bar)；A、

4、B、C：特定氣壓下與水壓有關(guān)的噴嘴：特定氣壓下與水壓有關(guān)的噴嘴水流量特性系數(shù)水流量特性系數(shù)Q氣氣= E*P2+F*P+G式中：式中：Q氣：氣流量（氣：氣流量（Nm/h）；）；P：水壓力：水壓力(bar)；E、F、G：特定氣壓下與水壓有關(guān)的噴：特定氣壓下與水壓有關(guān)的噴嘴氣流量特性系數(shù)嘴氣流量特性系數(shù)3 噴嘴的傳熱特性噴嘴的傳熱特性3.1 噴嘴測試裝置噴嘴測試裝置3.2 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)測試測試3.2.1 水噴嘴水噴嘴矩形噴嘴矩形噴嘴DS25-105/20DS25-105/35扇形噴嘴扇形噴嘴FSUN-20-60FSUN-16-60實心錐形噴嘴實心錐形噴嘴VK-20-60矩形水噴嘴矩形水噴嘴DS2

5、5-105/20 矩形水噴嘴矩形水噴嘴DS25-105/35 水壓與傳熱系數(shù)的關(guān)系水壓與傳熱系數(shù)的關(guān)系 5bar水壓水壓下下噴射距離與傳熱系數(shù)的關(guān)系噴射距離與傳熱系數(shù)的關(guān)系SS-5平均冷卻傳熱量與水平均冷卻傳熱量與水溫、水壓、氣壓的關(guān)系溫、水壓、氣壓的關(guān)系3.2.2 氣霧噴嘴氣霧噴嘴SS-2在在2bar氣壓下平均冷卻傳氣壓下平均冷卻傳熱量與水溫、水壓的關(guān)系熱量與水溫、水壓的關(guān)系噴嘴的噴霧液滴顆粒度噴嘴的噴霧液滴顆粒度 3.3 測試結(jié)果分析測試結(jié)果分析 噴嘴的噴霧液滴打擊力分布噴嘴的噴霧液滴打擊力分布 3.3.1 水噴嘴水噴嘴矩形噴嘴矩形噴嘴DS25-105/20DS25-105/35扇形噴嘴扇

6、形噴嘴FSUN-20-60FSUN-16-60實心錐形噴嘴實心錐形噴嘴VK-20-60矩形水噴嘴矩形水噴嘴DS25-105/20水壓水壓15barHTC= 0.017*X4 - 0.9011*X3 + 10.797*X2 + 24.643*X + 344.54水壓水壓10barHTC= 0.015*X4 - 0.8139*X3 + 10.269*X2 + 12.332*X + 298.27水壓水壓1barHTC = 0.0062*X4 - 0.3321*X3 + 4.2318*X2 + 3.6204*X + 104.42矩形水噴嘴：矩形水噴嘴：DS25-105/35水壓水壓15barHTC=

7、0.0054*X4 - 0.2717*X3 + 2.959*X2 + 9.4883*X + 115.47水壓水壓10barHTC= 0.0057*X4 - 0.2785*X3 + 3.1121*X2 + 5.9118*X + 99.408 水壓水壓1barHTC= 0.0039*X4 - 0.1708*X3 + 1.542*X2 + 6.4843*X + 48.18實心錐形水噴嘴：實心錐形水噴嘴：VK-20-60 HTC = 6005*X4 - 36658*X3 + 112938*X2 - 145871*X + 68135扇形水噴嘴：扇形水噴嘴：FSUN-20-60HTC = - 2832.5

8、*X4 + 5754.8*X3 + 12266*X2 - 40681*X + 27248扇形水噴嘴：扇形水噴嘴：FSUN-16-60HTC = 6310*X4- 41888*X3 + 138098*X2 - 197362*X + 96945水噴嘴傳熱系數(shù)與噴射距離的關(guān)系水噴嘴傳熱系數(shù)與噴射距離的關(guān)系HTC=A*X4- B*X3 + C*X2 D*X + E式中：式中：HTC：傳熱系數(shù)（：傳熱系數(shù)（W/m2/K）；）；X：噴射距離：噴射距離(m)；A、B、C、D、E：特定：特定水水壓下與壓下與噴霧形狀噴霧形狀有關(guān)的有關(guān)的傳熱傳熱特性系數(shù)特性系數(shù)傳熱系數(shù)與水壓之間的關(guān)系傳熱系數(shù)與水壓之間的關(guān)系實心

9、錐形水噴嘴：實心錐形水噴嘴：VK-20-60 VK-20-60 HTC = 10608HTC = 10608* *P P0.30820.3082扇形水噴嘴：扇形水噴嘴：FSUN-20-60FSUN-20-60HTC = 9037.6HTC = 9037.6* *P P0.26610.2661扇形水噴嘴：扇形水噴嘴：FSUN-16-60FSUN-16-60HTC = 8678.7HTC = 8678.7* *P P0.22340.2234水噴嘴傳熱系數(shù)與水壓之間的關(guān)系水噴嘴傳熱系數(shù)與水壓之間的關(guān)系HTC = A*PB式中：式中：HTC：傳熱系數(shù)（：傳熱系數(shù)（W/m2/K）；）；P：水壓：水壓(b

10、ar)；A、B：特定：特定噴射距離下噴射距離下下與下與噴霧形狀噴霧形狀有有關(guān)的關(guān)的傳熱傳熱特性系數(shù)特性系數(shù)3.3.2氣霧噴嘴氣霧噴嘴在氣壓在氣壓2bar時，時，SS-2的平均冷卻傳熱量為：的平均冷卻傳熱量為： Q=A+B*TW+ C*P+ D*TW2+E*P0.5*TW氣霧噴嘴由于氣參與水滴的霧化，水滴的顆粒氣霧噴嘴由于氣參與水滴的霧化，水滴的顆粒度明顯的小于水噴嘴，同時氣體的動能部分傳度明顯的小于水噴嘴，同時氣體的動能部分傳遞給水滴，增加了水滴的噴射速度，在與鑄坯遞給水滴，增加了水滴的噴射速度，在與鑄坯接觸時，改進了傳熱效率。在水壓一定時，冷接觸時，改進了傳熱效率。在水壓一定時，冷卻傳熱量與

11、氣壓的變化成近似的正相關(guān)，與水卻傳熱量與氣壓的變化成近似的正相關(guān)，與水溫和水壓成非線性的多次方關(guān)系。溫和水壓成非線性的多次方關(guān)系。蒸汽層與熱對流蒸汽層與熱對流水滴在與高溫加熱的金屬板接觸瞬間，立即水滴在與高溫加熱的金屬板接觸瞬間，立即有水分子汽化成一層蒸汽膜，降低熱金屬板有水分子汽化成一層蒸汽膜，降低熱金屬板的傳熱速率，水滴受蒸汽膜保護，增加了滯的傳熱速率，水滴受蒸汽膜保護，增加了滯留時留時間間水滴在水滴在高溫金屬板高溫金屬板中的中的蒸發(fā)速率與板子材料蒸發(fā)速率與板子材料有關(guān)有關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)越好的的金屬，導(dǎo)熱系數(shù)越好的的金屬，其水滴其水滴蒸發(fā)蒸發(fā)時間時間越久。水滴在越久。水滴在150以下時隨著溫度

12、降低以下時隨著溫度降低蒸發(fā)時間蒸發(fā)時間越久，但在越久，但在150以上以上時卻隨著溫度時卻隨著溫度降升高降升高而而蒸發(fā)時間越久蒸發(fā)時間越久，直至停留時間達到直至停留時間達到最大值時最大值時，蒸發(fā)時間又緩慢的減少蒸發(fā)時間又緩慢的減少。水滴在。水滴在高溫金屬板中高溫金屬板中的的蒸發(fā)時間較久蒸發(fā)時間較久，是，是因為水蒸因為水蒸氣膜氣膜阻隔阻隔熱量的傳遞熱量的傳遞。但。但當板溫度達到當板溫度達到400以上以上時時，金屬板熱輻射變得越來越強，水滴金屬板熱輻射變得越來越強，水滴的停留時間緩慢的減少的停留時間緩慢的減少。 水壓較低時，中心點處的熱傳導(dǎo)系數(shù)與周水壓較低時，中心點處的熱傳導(dǎo)系數(shù)與周邊的差別較小，隨

13、著水壓力的增大，達到邊的差別較小，隨著水壓力的增大，達到10bar以上時，中心點處的熱傳導(dǎo)系數(shù)明顯以上時，中心點處的熱傳導(dǎo)系數(shù)明顯的變大，同時壓力的變化對于熱傳導(dǎo)系數(shù)的變大，同時壓力的變化對于熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響逐漸變小。在噴嘴的橫向噴射角度的影響逐漸變小。在噴嘴的橫向噴射角度保持不變的情況下，縱向噴射角度加大，保持不變的情況下，縱向噴射角度加大，傳熱系數(shù)在逐漸的變小。由于噴射角度增傳熱系數(shù)在逐漸的變小。由于噴射角度增大，周邊的水滴的打擊力降低。氣霧噴嘴大，周邊的水滴的打擊力降低。氣霧噴嘴與水噴嘴相比，氣霧噴嘴具有較高的傳熱與水噴嘴相比，氣霧噴嘴具有較高的傳熱效率。效率。結(jié)語結(jié)語 1）在相同水流量下，不同噴射角的噴嘴噴）在相同水流量下，不同噴射角的噴嘴噴水的傳熱系數(shù)相差可達幾倍，所以連鑄二水的傳熱系數(shù)相差可達幾倍，所以連鑄二冷各區(qū)水流量分配設(shè)計單考慮總噴水量是冷各區(qū)水流量分配設(shè)計單考慮總噴水量是不合理的，必須考慮噴射角和重疊狀況；不合理的，必須考慮噴射角和重疊狀況；2）連鑄機二冷噴嘴的設(shè)計選型和布置設(shè)計）連鑄機二冷噴嘴的設(shè)計選型和布置設(shè)計僅通過理論計算和模擬是不夠的，需要進僅通過理論計算和模擬是不夠的，需要進行試驗室傳熱測定驗證行試驗室傳熱測定驗證。3）試驗室