连铸喷嘴的水气性能与传热

1、连铸喷嘴的水气性能连铸喷嘴的水气性能与传热性能与传热性能宋会江斯普瑞喷雾系统（上海）有限公司 Christy Hofherr 喷雾系统公司 汇报内容汇报内容1.1.概述概述2.2.喷嘴应用及其流量特性喷嘴应用及其流量特性3.3.喷嘴的传热特性喷嘴的传热特性4.4.结语结语概述概述 连铸连铸过程过程是钢水直接铸成接近最是钢水直接铸成接近最终产品尺寸钢坯的过程终产品尺寸钢坯的过程，包含一次冷包含一次冷却与二次冷却却与二次冷却。冷却。冷却水加热与蒸发水加热与蒸发约约占二次占二次冷却冷却过程中过程中所放出的所放出的总总热量的热量的55%。 了解喷嘴的特性对优化了解喷嘴的特性对优化二次冷却系二次冷却系统

2、统中中喷嘴的喷嘴的选型与布置起到选型与布置起到至关重要至关重要的作用。的作用。 2 2、喷嘴应用及其流量特性、喷嘴应用及其流量特性2.1 水喷嘴水喷嘴应用：小方坯，其它铸坯足辊应用：小方坯，其它铸坯足辊水喷嘴的特点：水喷嘴的特点：A、喷雾形状：扇形，矩形，椭圆形，实心锥形、喷雾形状：扇形，矩形，椭圆形，实心锥形B、内部结构：有无叶片、内部结构：有无叶片C、工作压力：高、工作压力：高D、调节比：低、调节比：低水喷嘴的流量与压力关系水喷嘴的流量与压力关系Q=A*PB式中：式中：Q：水流量（：水流量（L/min）；）；A：1bar水压下的水流量（水压下的水流量（L/min）；）；P：水的压力（：水的

3、压力（bar）；）；B：喷嘴特性系数（近似于：喷嘴特性系数（近似于0.5）B ：喷嘴特性系数喷嘴特性系数椭圆形：椭圆形：0.42-0.47扇形扇形 / 矩形：矩形：0.46-0.50实心锥形实心锥形：0.43-0.482.2 气雾喷嘴气雾喷嘴气雾喷嘴应用气雾喷嘴应用 气雾喷嘴的特点气雾喷嘴的特点：A：喷雾形状：扇形，矩形，实心锥形喷雾形状：扇形，矩形，实心锥形B：工作压力：高：工作压力：高C：调节比：低：调节比：低气雾喷嘴的水气雾喷嘴的水/气流量气流量与水压关系与水压关系Q水水= A*P2+B*P+C式中：式中：Q 水：水流量（水：水流量（L/min）；）；P：水压力：水压力 (bar)；A、

4、B、C：特定气压下与水压有关的喷嘴：特定气压下与水压有关的喷嘴水流量特性系数水流量特性系数Q气气= E*P2+F*P+G式中：式中：Q气：气流量（气：气流量（Nm/h）；）；P：水压力：水压力(bar)；E、F、G：特定气压下与水压有关的喷：特定气压下与水压有关的喷嘴气流量特性系数嘴气流量特性系数3 喷嘴的传热特性喷嘴的传热特性3.1 喷嘴测试装置喷嘴测试装置3.2 传热系数传热系数测试测试3.2.1 水喷嘴水喷嘴矩形喷嘴矩形喷嘴DS25-105/20DS25-105/35扇形喷嘴扇形喷嘴FSUN-20-60FSUN-16-60实心锥形喷嘴实心锥形喷嘴VK-20-60矩形水喷嘴矩形水喷嘴DS2

5、5-105/20 矩形水喷嘴矩形水喷嘴DS25-105/35 水压与传热系数的关系水压与传热系数的关系 5bar水压水压下下喷射距离与传热系数的关系喷射距离与传热系数的关系SS-5平均冷却传热量与水平均冷却传热量与水温、水压、气压的关系温、水压、气压的关系3.2.2 气雾喷嘴气雾喷嘴SS-2在在2bar气压下平均冷却传气压下平均冷却传热量与水温、水压的关系热量与水温、水压的关系喷嘴的喷雾液滴颗粒度喷嘴的喷雾液滴颗粒度 3.3 测试结果分析测试结果分析 喷嘴的喷雾液滴打击力分布喷嘴的喷雾液滴打击力分布 3.3.1 水喷嘴水喷嘴矩形喷嘴矩形喷嘴DS25-105/20DS25-105/35扇形喷嘴扇

6、形喷嘴FSUN-20-60FSUN-16-60实心锥形喷嘴实心锥形喷嘴VK-20-60矩形水喷嘴矩形水喷嘴DS25-105/20水压水压15barHTC= 0.017*X4 - 0.9011*X3 + 10.797*X2 + 24.643*X + 344.54水压水压10barHTC= 0.015*X4 - 0.8139*X3 + 10.269*X2 + 12.332*X + 298.27水压水压1barHTC = 0.0062*X4 - 0.3321*X3 + 4.2318*X2 + 3.6204*X + 104.42矩形水喷嘴：矩形水喷嘴：DS25-105/35水压水压15barHTC=

7、0.0054*X4 - 0.2717*X3 + 2.959*X2 + 9.4883*X + 115.47水压水压10barHTC= 0.0057*X4 - 0.2785*X3 + 3.1121*X2 + 5.9118*X + 99.408 水压水压1barHTC= 0.0039*X4 - 0.1708*X3 + 1.542*X2 + 6.4843*X + 48.18实心锥形水喷嘴：实心锥形水喷嘴：VK-20-60 HTC = 6005*X4 - 36658*X3 + 112938*X2 - 145871*X + 68135扇形水喷嘴：扇形水喷嘴：FSUN-20-60HTC = - 2832.5

8、*X4 + 5754.8*X3 + 12266*X2 - 40681*X + 27248扇形水喷嘴：扇形水喷嘴：FSUN-16-60HTC = 6310*X4- 41888*X3 + 138098*X2 - 197362*X + 96945水喷嘴传热系数与喷射距离的关系水喷嘴传热系数与喷射距离的关系HTC=A*X4- B*X3 + C*X2 D*X + E式中：式中：HTC：传热系数（：传热系数（W/m2/K）；）；X：喷射距离：喷射距离(m)；A、B、C、D、E：特定：特定水水压下与压下与喷雾形状喷雾形状有关的有关的传热传热特性系数特性系数传热系数与水压之间的关系传热系数与水压之间的关系实心

9、锥形水喷嘴：实心锥形水喷嘴：VK-20-60 VK-20-60 HTC = 10608HTC = 10608* *P P0.30820.3082扇形水喷嘴：扇形水喷嘴：FSUN-20-60FSUN-20-60HTC = 9037.6HTC = 9037.6* *P P0.26610.2661扇形水喷嘴：扇形水喷嘴：FSUN-16-60FSUN-16-60HTC = 8678.7HTC = 8678.7* *P P0.22340.2234水喷嘴传热系数与水压之间的关系水喷嘴传热系数与水压之间的关系HTC = A*PB式中：式中：HTC：传热系数（：传热系数（W/m2/K）；）；P：水压：水压(b

10、ar)；A、B：特定：特定喷射距离下喷射距离下下与下与喷雾形状喷雾形状有有关的关的传热传热特性系数特性系数3.3.2气雾喷嘴气雾喷嘴在气压在气压2bar时，时，SS-2的平均冷却传热量为：的平均冷却传热量为： Q=A+B*TW+ C*P+ D*TW2+E*P0.5*TW气雾喷嘴由于气参与水滴的雾化，水滴的颗粒气雾喷嘴由于气参与水滴的雾化，水滴的颗粒度明显的小于水喷嘴，同时气体的动能部分传度明显的小于水喷嘴，同时气体的动能部分传递给水滴，增加了水滴的喷射速度，在与铸坯递给水滴，增加了水滴的喷射速度，在与铸坯接触时，改进了传热效率。在水压一定时，冷接触时，改进了传热效率。在水压一定时，冷却传热量与

11、气压的变化成近似的正相关，与水却传热量与气压的变化成近似的正相关，与水温和水压成非线性的多次方关系。温和水压成非线性的多次方关系。蒸汽层与热对流蒸汽层与热对流水滴在与高溫加热的金属板接触瞬间，立即水滴在与高溫加热的金属板接触瞬间，立即有水分子汽化成一层蒸汽膜，降低热金属板有水分子汽化成一层蒸汽膜，降低热金属板的传热速率，水滴受蒸汽膜保護，增加了滞的传热速率，水滴受蒸汽膜保護，增加了滞留時留時间间水滴在水滴在高温金属板高温金属板中的中的蒸发速率与板子材料蒸发速率与板子材料有关有关，导热系数越好的的金属，导热系数越好的的金属，其水滴其水滴蒸发蒸发时间时间越久。水滴在越久。水滴在150以下时随着温度

12、降低以下时随着温度降低蒸发时间蒸发时间越久，但在越久，但在150以上以上时却随着温度时却随着温度降升高降升高而而蒸发时间越久蒸发时间越久，直至停留时间达到直至停留时间达到最大值时最大值时，蒸发时间又缓慢的减少蒸发时间又缓慢的减少。水滴在。水滴在高温金属板中高温金属板中的的蒸发时间较久蒸发时间较久，是，是因为水蒸因为水蒸气膜气膜阻隔阻隔热量的传递热量的传递。但。但当板温度达到当板温度达到400以上以上时时，金属板热辐射变得越来越强，水滴金属板热辐射变得越来越强，水滴的停留时间缓慢的减少的停留时间缓慢的减少。 水压较低时，中心点处的热传导系数与周水压较低时，中心点处的热传导系数与周边的差别较小，随

13、着水压力的增大，达到边的差别较小，随着水压力的增大，达到10bar以上时，中心点处的热传导系数明显以上时，中心点处的热传导系数明显的变大，同时压力的变化对于热传导系数的变大，同时压力的变化对于热传导系数的影响逐渐变小。在喷嘴的横向喷射角度的影响逐渐变小。在喷嘴的横向喷射角度保持不变的情况下，纵向喷射角度加大，保持不变的情况下，纵向喷射角度加大，传热系数在逐渐的变小。由于喷射角度增传热系数在逐渐的变小。由于喷射角度增大，周边的水滴的打击力降低。气雾喷嘴大，周边的水滴的打击力降低。气雾喷嘴与水喷嘴相比，气雾喷嘴具有较高的传热与水喷嘴相比，气雾喷嘴具有较高的传热效率。效率。结语结语 1）在相同水流量下，不同喷射角的喷嘴喷）在相同水流量下，不同喷射角的喷嘴喷水的传热系数相差可达几倍，所以连铸二水的传热系数相差可达几倍，所以连铸二冷各区水流量分配设计单考虑总喷水量是冷各区水流量分配设计单考虑总喷水量是不合理的，必须考虑喷射角和重叠状况；不合理的，必须考虑喷射角和重叠状况；2）连铸机二冷喷嘴的设计选型和布置设计）连铸机二冷喷嘴的设计选型和布置设计仅通过理论计算和模拟是不够的，需要进仅通过理论计算和模拟是不够的，需要进行试验室传热测定验证行试验室传热测定验证。3）试验室