Принцип кассетной струйной кислородной пушки заключается в увеличении горелки вокруг сопла Лаваля, так что струя кислорода в сопле Лаваля окружена высокотемпературной и низкой плотностью среды, уменьшая влияние различных потоков воздуха в электрической печи на центральную струю кислорода, тем самым замедляя ослабление скорости струи кислорода, поддерживая начальный диаметр и скорость струи кислорода на больших расстояниях, способен обеспечивать сверхзвуковую полимерную струю на больших расстояниях в ванну [8].

Кассетная струйная кислородная пушка разработана с использованием принципов газовой механики. Основной момент: основной поток кислорода в центре сопла направлен в ванну. Высокая кинетическая энергия и скорость впрыска недостаточны для поддержания струи в состоянии скобки на больших расстояниях. Чтобы достичь цели поддержания состояния скобки струи, для направления кислорода должна использоваться другая среда, то есть дополнительный поток газа, так что поток газа играет роль обертывания основного потока кислорода, низкоскоростный поток газа обеспечивает большую кинетическую энергию, чем неподвижный газ, что способствует высокоскоростному вдуванию газовой струи кислорода, так что основной поток кислорода может поддерживать диаметр и скорость на выходе на больших расстояниях.

В основе технологии кассетной струи лежат специальные сопла. Когда сопло, установленное на стене печи, вдувает кислород в плавильную ванну электродуговой печи, поток кассетного кислорода сохраняет первоначальную скорость и диаметр на большие расстояния, чем обычная сверхзвуковая струя, как показано ниже.

Сравнение кассетной струи с обычной сверхзвуковой струей

Кривая изменения скорости оси для кассетных струй и традиционных струй

Из приведенного выше рисунка видно, что скорость обычной струи уменьшилась до скорости звука на расстоянии 20 дюймов от выхода, в то время как скорость кассетной струи на 60 дюймов все еще остается сверхзвуковой на уровне около 1400 футов в секунду. Затухание прядей кассетного струйного потока значительно ниже, чем у обычной сверхзвуковой струи, длина ее основной области может превышать диаметр выхода сопла в 70 раз, а скорость диффузии струи также значительно снижается. В то же время длина сердцебиения, скорость диффузии и ослабления струи полимеризации могут контролироваться путем регулировки параметров процесса распылительной головки.

Кассетная струя имеет следующие характеристики:

(1) Он может поддерживать свою первоначальную скорость, диаметр, концентрацию газа и силу удара впрыска в пределах расстояния впрыска, которое в 70 раз превышает диаметр сопла;

(2) Ударная сила на 0,254 м обычной сверхзвуковой кислородной пушки сопоставима с ударной силой на 1,37 м кассетной струи, глубина воздействия на расплавленную ванну более чем в два раза выше, а расширение и ослабление воздушного потока должны быть небольшими, что уменьшает разбрызгивание ванны расплава и насадку;

(3) Более чем на 10% меньше, чем количество атмосферного воздуха, вводимого обычными сверхзвуковыми вдувками, и выбросы NO уменьшаются;

(4) Скорость диффузии и ослабления струи также значительно снижается.

(5) Глубина ударной ванны жидкого расплава примерно на 80% глубже, чем глубина удара обычной струи. Испытания на водной модели также показали, что глубина проникновения в ванну более чем на 80% больше, чем у традиционных струй.

(6) Можно контролировать длину сердцебиальной области, диффузию и ослабление струи и ее давление.

(7) Время смешивания расплава аналогично времени смешивания нижнего дува.

(8) Брызги значительно уменьшены.