铸钢喷嘴性能的实验

1、铸钢喷嘴性能的实验摘 要：根据非稳态传热学原理，通过对大试样进行单侧加热，另一侧喷水的实验方法，对连铸二冷段喷嘴的热态性能进行了实验研究。根据实际生产条件，对不同喷水压力和不同喷水距离下，喷嘴传热系数关系进行了研究；实验结果表明，相同实验条件下，水喷嘴的传热系数高于气水喷嘴，而在均匀冷却方面，气水喷嘴更具有优势；无论哪一种喷嘴，随着喷水压力的增加，总体趋势传热系数都在增大，而随着喷水距离的增加，传热系数都在降低；同时，相同实验条件下，双喷嘴的冷却效果优于单喷嘴的冷却效果。关键词：喷嘴；热态性能；传热系数钢水经过连续冷却最终凝固成钢坯的工艺过程是连铸，连续铸钢中二次冷却对于钢坯的质量和产量有着显

2、著影响1。深入研究喷嘴的热态性能，对于深入研究钢坯连铸二冷段喷嘴对钢坯的冷却凝固过程，优化二次冷却制度，提高钢坯质量和产量，都是非常重要和有着现实意义的。针对连铸二次冷却，国外的Sengupta等人2，通过PIV测试了气/水雾化喷嘴的流场，对喷嘴的水流密度，气水比，压力等对喷嘴射流的影响进行了研究；Ramstorfer F等人35通过研究气水喷嘴传热性能，对不同工况下喷嘴的传热系数和不同喷嘴喷射条件对钢坯传热影响进行了分析；国内的文光华等人6研究了超低头板坯连铸机的喷嘴，进行了喷嘴的冷态性能和热态性能测试，得到了水流密度和与传热系数之间的关系；郑忠等人7设计了通过大试样测定连铸二冷喷嘴性能的实

3、验方案，得到了不同工况下不同喷射条件对喷嘴传热系数的影响；齐彦峰等人8对喷嘴的布置方式和钢坯角裂的关系进行了研究，根据喷嘴布置位置的调整，使得角部横裂及三角区的裂纹得到了有效解决；张力9，郑斌10分别对喷嘴的雾化特性进行了实验研究。本文利用模拟实际生产现场实验装置，对喷嘴热态性能进行了研究，利用非稳态传热原来，对大试样进行加热然后通过喷嘴进行喷水，研究不同喷水距离和不同喷水压力下，传热系数的变化关系。1、实验方案设计1.1实验理论依据钢坯二冷段，通过喷嘴喷出的喷水或者气雾对钢坯表面进行冷却，这样在钢壳就存在了很大的温度梯度，从喷嘴喷淋的冷却水将从钢坯内部源源不断传递到表面的热量带走，实现钢坯的

4、凝固。钢坯热量沿着和钢坯表面垂直的方向传递，基于喷嘴冷却的角度，将钢坯冷却传热简化为一维传热，而从实验结果和工厂实际结果的误差满足实际生产的需要，因此，为了简化计算，实验中采用一维传热模型。假设传热过程中，钢坯不存在内热源，故其传热方程为11：.（1）将金属试样的初始温度作为初始条件，实验过程中利用热电偶测量得到的试样的温度作为边界温度，同时，喷嘴喷射的水喷射到试样表面，试样温度梯度和传热量之间的关系作为边界条件，因此，方程（1）的定解条件为：.（2）其中，：比热容，J.（kg.K）-1；：密度，kg.m3；，导热系数，W.（m.K）-1；T，温度，。通过微分方程（1）和定解条件（2）就能够对

5、传热系数进行求导。1.2实验系统设计利用非稳态传热原理对钢坯二冷段喷嘴传热系数进行测试，测试试样的内部安装热电偶，对实验中的温度和时间进行测量。实验装置由加热装置（用来加热试样），喷水装置（喷嘴的喷淋水）以及喷气系统（该装置只有在测试气水喷嘴时需要用到）。实验系统装置图如图1。图1 实验装置示意图图中，1、温度巡检装置；2、加热装置；3、加热装置炉口；4、加热钢样；5、热电偶；6、热电偶引线；7、喷嘴；8、喷水系统；9、喷气系统；10、加热系统；11、冲击加热烧嘴测试连铸二冷喷嘴的热态性能，加热装置必须能够将试样加热到接近实际生产的温度，本实验采用冲击加热的方式，通过天然气高速烧嘴在单侧对试样

6、进行冲击加热，试样加热的速率远远大于试样的冷却效率，不但能够容易达到实验所需要的温度，同时比较安全12,13。通过计算加热到目标温度，需要天然气40m3，需要加热1个小时。加热时，在试样中心布置一个烧嘴，这样能够实现热量由试样中心均匀的向试样两次传递。喷水系统由自来水（水源），流量计，压力表，水泵，管道等组成；喷气装置由风机，流量计以及管道等组成。1.3实验试样的设计实验试样的钢种选择实际钢厂生产的钢种。根据喷嘴的喷射半径约200mm ，那么考虑在两个喷嘴情况下以及实际生产中喷嘴在铸坯边缘有50mm 的富裕度14,15，同时由于的加热需要，试样尺寸确定为：750×250×2

7、5mm（实测试样为650×220×25 mm）。图2试样尺寸和热电偶布置示意图2、实验结果及讨论本实验采用扁形水喷嘴，型号为670.846.30.00和气/水喷嘴型号为36.35.13.01进行实验。2.1不同喷水距离下传热系数的变化关系图3给出了铸坯表面温度不同时，水喷嘴（型号670.846.30.00）冷却时综合传热系数与喷嘴距铸坯距离的关系。横坐标为喷嘴距铸坯距离，纵坐标为喷嘴冲击点处的综合传热系数。嘴前水压力为0.22MPa。对型号为670.846.30.00的水喷嘴，喷嘴距铸坯距离小于170mm，喷嘴距铸坯距离对综合传热系数的影响较小，当喷嘴距铸坯距离大于170m

8、m后，再加大喷嘴距铸坯的距离，综合传热系数将明显减小，因此对这种喷嘴而言，喷嘴距铸坯距离在170mm左右有较大的传热系数。为研究其原因，对型号为670.846.30.00的水喷嘴进行了冷态特性实验，图4是型号为670.846.30.00的水喷嘴冲击点处的水流密度与喷嘴距铸坯距离的关系，由图4可看出，喷嘴距铸坯距离在170mm左右水流密度有较大的值，这时再加大喷嘴距铸坯的距离，水流密度明显减小。图3水喷嘴不同喷水压力和传热系数关系示意图 图4喷嘴和钢坯距离与水流密度关系示意图图5是气水喷嘴不同喷水距离和传热系数关系。对型号为35.13.01的水-气喷嘴，总的趋势是随喷嘴距铸坯距离的增大综合传热系

9、数降低。当铸坯表面温度高于750时，喷嘴距铸坯距离对综合传热系数影响较小。喷嘴距铸坯距离大于290mm后，喷嘴距铸坯距离对综合传热系数的影响较小。图5气水喷嘴不同喷水距离和传热系数关系示意图2.2不同喷水压力下传热系数的变化关系图6给出了铸坯表面温度不同时，水喷嘴冷却时综合传热系数与喷嘴前水压力的关系。横坐标为喷嘴前水压力，纵坐标为喷嘴冲击点处的综合传热系数。喷嘴距铸坯距离为110mm。对型号为670.846.30.00的水喷嘴，喷嘴的喷水压力对综合传热系数影响较小，因此对这种喷嘴通过调节喷水压力来改变冷却速度效果不会太好。在喷嘴水压为0.3Mpa时，综合传热系数最小，为研究其原因，对型号为6

10、70.846.30.00的水喷嘴进行了冷态特性实验，经过冷态实验发现，压力增加，流量增大，但冲击点处的水流密度并不单调增加，而在水压为0.3Mpa时出现降低。对型号为35.13.01的水喷嘴，喷嘴的喷水压力（水气比）对综合传热系数的影响，总的趋势是随喷嘴的喷水压力（水气比）增大，综合传热系数增大，但当喷嘴的喷水压力超过0.4MPa（即水气比超过0.088）后，再增加喷嘴的喷水压力（增大水气比）效果会差些。从图8还可看出，铸坯表面温度对这种趋势有较大影响，在高温区，喷水压力（水气比）增大，综合传热系数增加缓慢，在低温区，增加要快些。图6水喷嘴不同喷水压力和传热系数关系示意图图7气/水喷嘴不同喷水

11、压力和传热系数的关系示意图2.3双喷嘴下传热系数的变化关系图8是双喷嘴和单喷嘴平均传热系数对比。可以看到双喷嘴传热系数大于单喷嘴试验时的结果。这是因为在相同的喷水压力0.3，喷水水流密度等相同的实验条件下，与单喷嘴试验相比，双喷嘴试验时喷水水流密度大，喷水强度大，换热量大。因此，其传热系数也比同条件下单喷嘴实验下得到的传热系数大。图8单喷嘴和双喷嘴平均传热系数对比示意图2.4实验结果和实际生产传热系数比较钢厂实际生产中铸坯最高温度为1200，存在凝固潜热；实验在试样加热到1200左右开始，且在不喷水一侧继续加热，考虑凝固潜热的影响；试样为某钢厂钢实际生产钢种；实际生产中，喷水量为13L/min

12、16L/min，选择二冷区的一段为比较对象。喷气压力0.2Mpa。表1 实际和生产条件对比对比条件喷嘴类型喷嘴布置高度喷水压力试验条件气水喷嘴1500.20.5实际条件气水喷嘴1500.20.5图9 实验结果和实际生产传热系数比较 由图9，实验结果和实际生产结果变化趋势一致，误差在7%以内，满足工程生产的需要；同时，图中实验结果传热系数大于实际生产过程的传热系数，这是由于实际生产中钢坯冷却过程产生的大量水汽，形成了钢坯表面的薄膜，对热量传递有阻碍作用，从而使得传热系数降低。结论通过对不同类型的水喷嘴和气水喷嘴进行实验，得到了钢坯二冷段喷嘴的传热特性：根据非稳态传热原理，通过对大试样进行单侧冲击

13、加热，冷却的方式测量喷嘴的传热性能，实验比较接近实际真实生产情况，能反映实际钢坯二冷段的生产情况；总体上，同等实验条件下水喷嘴的传热系数大于气水喷嘴的传热系数；而冷却均匀性气水喷嘴优于水喷嘴；不管是水喷嘴还是气水喷嘴，随着喷水距离的增加整体上传热系数都在降低，这是因为随着喷水距离的增加，喷水对试样的冲击力降低，水流密度变小，换热量减小；同时，总体趋势随着实验喷水压力的增加而增加，对于型号为670.846.30.00的水喷嘴在喷水压力为0.3MPa时降低，这是因为对于此类型喷嘴，通过冷态性能实验在0.3MPa时，水流密度减小，从而降低了和试样的传热量，减小了传热系数；同样的，在0.4MPa处，气

14、水喷嘴传热系数降低；相同类型的喷嘴，双喷嘴实验条件下，传热系数大于单喷嘴实验结果，这是因为双喷嘴情况下，水流密度增加，从而增加了换热量，使得换热系数增加；通过钢坯二冷段喷嘴热态性能实验得到了不同喷水压力，不同喷水距离和喷嘴传热系数的关系，实验结果为合理布置连铸钢坯二冷段喷嘴，优化二冷段制度提供了依据。地址:郑州市丰乐五金机电城7号楼2单元201邮编:450003联 系 人:张洁联系电话系传真fr-e520 1.5kw 1790电子邮件:bfzdh 手机:公司网址:水泥行业热电阻测温与抗干扰问题的处理2010-4-20 8:14:11

15、来源：中国化工仪器网 >>进入该公司展台 引言水泥行业目前普遍采用DCS分布式集散型计算机控制系统，具有很强的适用性和较高的可靠性，通过软件编程即可实现工艺参数的监测与控制，使水泥生产过程实现自动化控制。由于DCS系统硬件配置功能强大，对来自水泥生产现场一次检测仪表的诸如Pt100热电阻'>热电阻测温信号、K型热电偶测温mV信号、脉冲开关量及标准电压电流信号均能直接进行信号处理，但有一个不容忽视的问题，如果来自现场的工艺参数测量信号在传输过程中混进干扰信号，DCS系统自身将很难抑制，需要在外部采取有效的措施给以解决。本文介绍Pt100热电阻'>热电阻测温

16、信号异常引起故障的处理方法。1煤磨系统热电阻'>热电阻测温信号异常引起的故障处理 我厂煤磨系统布袋除尘器灰斗温度和煤磨轴瓦温度相继发生温度显示异常故障，其现象是在中控室CRT上温度显示呈无规律跳跃，在现场检查测温元件正常，在PC站中继端子使用DT890C型数字万用表测得的电阻值与实际温度均呈对应关系。我们采取了更换热电阻'>热电阻、检查测温信号传输电缆屏蔽接地、更换PC信号处理通道等措施，但都没有效果。为了找到故障原因，我们又重新铺设了1根电缆，仍不能解决问题，经过对比测试、检查分析，得到的结论是在测温信号中混进了干扰信号，为此我们采取了如下处理方法。1.1改变信号

17、接地方式热电阻'>热电阻测温信号通常采用三线制接线方式，使用KYVRP4×1.5屏蔽电缆引至DCS现场站PC室CCF中继柜内，电缆屏蔽,在中继柜内接地。解决的方法是将热电阻'>热电阻Pt100的B、b在中继柜端子处与电缆屏蔽接在一起，将干扰信号引入大地，以此方法消除干扰信号，即可使计算机温度显示恢复正常。1.2改变信号传送方式可在现场或现场站PC室内通过加装Pt100热电阻'>热电阻温度变换器，将Pt100电阻信号转换为标准DC420mA信号，并相应改变计算机输入信号通道，这种方法也可消除信号传输过程中产生的干扰，使计算机显示的温度恢复正常，

18、因为DC420mA信号的抗干扰能力非常强，温度变换器安装位置可依现场实际情况决定，但最好选择室内安装，这种方法的缺点是增加了设备投资，同时需要提供变换器电源。2水泥磨主电动机稀油站温度异常的处理我厂水泥磨主电动机因大修处理而更换了1台新电动机，轴承采用稀油润滑，相应增加了1台稀油润滑站。该油站设有4个温度测点，润滑油箱温度、加热油温、供油温度和回油温度。这台稀油站安装调试完毕，测温系统、加热控制及油泵工作正常，投入使用。水泥磨系统准备开车生产，当系统风机等设备开车后，油箱温度、供油温度、回油温度均发生温度显示异常故障，而加热油温因环境温度低，加热器工作使油温高而未受影响。故障现象是在中控室CR

19、T显示器上温度显示在3030之间无规律跳动，现场使用DT890C型数字万用表测量上述热电阻'>热电阻阻值没有波动，更换计算机信号通道也未见好转。由于在安装时就发现从测温元件到现场接线盒之间的传输导线使用的是普通导线，没有屏蔽，故决定将从PC室到现场的连接电缆直接接到测温元件端子上，中控室CRT上温度显示正常。2h后当磨机主电动机开启时，上述温度再次发生回零故障，且在030之间无规律跳动，因时间紧迫我们决定采取应急措施在PC室将连接电缆屏蔽与B、b端子连接在一起，以上各温度显示恢复正常，水泥磨正常开启。主电动机润滑油站负责向主电动机前后轴承提供润滑油，如果润滑油温度测量出现异常则主

20、电动机不能开车，否则主电动机轴承得不到有效保护，会引发重大事故，必须排除故障后才能开启主电动机。因时间紧迫，未能对此故障做定量分析，但可以肯定这是干扰信号所引起的故障。3生料磨选粉机立轴温度异常的处理我厂生料磨选粉机立轴为德国洪堡公司产品，按立轴安装位置设计了上、中、下三点轴承温度检测。在中控室操纵台CRT显示温度分别为RT50MA、RT50MB和RT50MCSepaBearTemp，在正常工况下，RT50MA检测温度在69左右，RT50MB检测温度在78左右，RT50MC检测温度在94左右。按设备保护要求，设置轴承报警温度H1为125，停机保护温度H2为135，其中停机保护温度H2作为选粉机

21、连锁停车条件之一。自2000年5月以来，在生产工况和设备运行正常的情况下，突然发生RT50MA报警，有时出现H1报警，有时出现H2报警，但随即又恢复正常。当发生H2报警时瞬间温度指示超过135，造成选粉机跳停，随即生料磨系统连锁停车。通过检查热电阻'>热电阻及接线均未发现问题，采取将传输信号电缆屏蔽与RT50MA的B、b连接在一起的方法也未能消除此故障。 处理方法：采取加装温度变换器的方法，将电阻信号转换为DC420mA标准信号输入DCS系统相应的信号通道，解决了RT50MA温度检测异常故障。温度变换器尽可能安装在外部环境较好的地方，我们将其装在DCS现场PC站CCF中继柜内。以

22、后RT50MB、RT50MC也相继发生同样故障，在检查热电阻'>热电阻及接线没有问题后，我们采用了同样的处理方法解决了故障。 8月我厂设备检修后开车时，选粉机润滑油温度RT51突然发生H2报警,造成选粉机开车条件不满足而无法开车，我们立即着手检查未发现任何问题，随即该温度又恢复正常显示，查看温度趋势与RT50MA相似，我们立即采取上述方法给予解决，使生料磨系统顺利开车。4小结在工矿企业中电磁兼容是一个突出而重要的问题，自动检测所涉及的基本上都是弱电信号，在信号传输过程中极易受到电磁干扰。受工厂条件限制，不能对这些干扰进行实时监测，给抗干扰工作的解决带来较大难度，但在有条件的情况下应使电缆走向和分布合理化，即强弱电缆分层敷设，必要时对弱电信号电缆加装屏蔽保护不失为一项重要的抗干扰措施文章链接：中国化工仪器网 Ooooooooooo热电偶抗干扰的改进措施制造一部卷包二工班    保顺林  说明：GDX1包装机的下游机部分经常出现加热器故障，温度显示时常出现忽高忽低现象，给机器的运行效率下降，也给操作工带来诸多烦恼，通过长时间的观察和查阅资料，我初步估计很大一部分原因是由于热电偶受到外部干扰而引起测温不稳定，为了减少干扰，我选择在GDX1 1