CN100358640C - 空气辅助喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种在金属连续铸造系统中喷射液体冷却剂方面特别有用的空气辅助喷嘴组件，它适于在空气消耗量显著减少的情况下作业。该喷嘴本体包括预雾化装置，它具有尺寸相对较小的压缩空气入口、液体冲击杆以及膨胀腔，所述冲击杆具有独特构形的冲击面以便强化液体破碎以及与来自空气入口的压缩空气流的混合，而所述膨胀腔构造成减少有损于液体有效预雾化的涡流。该喷嘴还包括细长的喷嘴梢支承筒体，它适于相对于预雾化头轴线的预定转动取向以便可松开地安装在预雾化头中，从而适当地容纳和支承可拆卸的喷嘴梢。

Description

空气辅助喷嘴

技术领域

本发明总的涉及喷嘴，更具体地说是涉及对于在金属铸造作业中喷射液体冷却剂特别有用的空气辅助喷嘴组件。

背景技术

在金属铸造作业尤其是钢质厚板、方坯或其他金属形状从模具中挤压出的金属连续铸造系统中，需要用液体冷却剂即水喷射正在挤出的金属，以便迅速除热。为了冷却均匀，希望将射流细碎地雾化和均匀地射在金属上。液体冷却剂的不均匀分布会导致金属不均匀冷却，从而能造成裂纹、应力高以及表面和边缘质量下降。为了帮助液体颗粒破碎和散布，使用压缩空气辅助的液体喷射系统已为人知晓。如同本申请转让给同一受让人的美国专利4,591,099披露一种已经有效地应用于连续铸造作业中的空气辅助喷嘴组件。

在金属连续铸造系统中，铸件金属形状通常在垂直取向的模具内形成，然后通过一系列小间距支承辊轮取出，其方向由垂直转变为水平方向。在每对辊轮之间布置许多冷却剂射出喷嘴。由于在这种冷却系统中必需采用大量喷嘴，消耗了大量的压缩空气，于是需要昂贵的大容量压缩机。至今，减少空气消耗的多种努力对于冷却剂液体的雾化和它施加在铸件金属表面的均匀性具有不利影响。

对于这种液体冷却剂喷射系统小间距铸件金属支承辊轮还造成进一步的问题。现有技术的喷嘴组件，例如在申请人的上述参考专利4,591,099中披露的那些组件，具有一带有细长筒体或者管的喷嘴本体，所述筒体在紧密接近运动铸件金属的小间距支承辊轮之间支承喷嘴梢，以致于平的喷射形式精确地定向为与支承辊轮平行并处于后者之间。由于必需将喷嘴梢精确定向以便获得适当的平的喷射形式适当取向，在制造期间例如用焊接法将细长的喷嘴梢支承筒体固定在该喷嘴本体上是繁锁和昂贵的。而且，如果该喷嘴组件的一部分在使用期间损坏或过度磨损，就需要更换整个喷嘴组件，这也可能是花费巨大的。

发明内容

本发明的目标是提供一种具有适于更加有效和经济的使用的空气辅助喷嘴的铸件金属液体冷却剂喷射系统，所述的空气辅助喷嘴包括：中空本体，它具有混合和膨胀腔、空气入口开口以及液体入口开口，压缩空气流通过所述空气入口开口射入所述混合和膨胀腔，并且液体流通过液体入口开口进入所述混合和膨胀腔以便与所述压缩空气流混合，所述混合和膨胀腔具有与所述空气入口开口对准的细长结构，所述液体入口开口与所述空气入口开口的轴线横向布置；伸入所述腔的冲击杆，所述杆与所述液体入口开口基本对准并且具有端面，从所述液体入口开口射入所述腔的液体流冲击所述端面，而且所述杆布置成与从所述空气入口开口射入所述腔的压缩空气流输送方向横向，所述冲击杆端面与所述空气入口开口的轴线大致对准并且形成有向内弯曲的凹槽以便容纳从所述液体入口开口引入所述腔的液体流并且引导所述液体离开所述端面，使得压缩空气流大致在冲击并偏离所述冲击表面的同时与所述液体混合，从而增强所述液体的混合和雾化，以及喷嘴梢，它具有与所述混合和膨胀腔流体连通的排出开口，而且所述已雾化液体通过所述排出开口按照预定喷射形式排出。

另一目标是提供一种空气辅助喷嘴组件，它可操纵来产生一种高度雾化和均匀散布的排出平的喷射形式，在此同时需要显著减少的空气消耗量。

另一目标是提供一种特征如上述的空气辅助喷嘴组件，它具有一个预雾化区段，该预雾化区段设计用于在引导通过细长筒体和下游喷嘴梢之前更加有效和显著地进行液体颗粒破碎。

又一目标是提供一种具有预雾化区段的上述类型空气辅助喷嘴组件，该预雾化区段在液体由于压缩空气和液体流会合而预雾化期间的涡流损失最小化。

还有一目标是提供一种上述种类的空气辅助喷嘴组件，它的结构相对简单并且有利于低成本制造和现场维修。

一相关目标是提供这样一种喷嘴组件，在其中细长喷嘴梢支承筒体能方便地组装在喷嘴本体上，在此同时保证喷嘴梢的适当取向因而保证排出平的喷射形式的适当方向。

另一目标是提供这种类型的喷嘴组件，其中喷嘴梢支承筒体适于方便的现场维修或更换。

附图说明

阅读下面的详细描述并参照附图会使本发明的其他目标和优点更加明显，附图中：

图1是金属连续铸造设备的侧立视图，该装置具有带有本发明喷嘴组件的喷射系统；

图2是沿图1的2-2平面剖切的横截面图；

图3是所描述喷射系统的喷嘴组件之一的放大纵向截面图；

图4是沿图3的4-4平面剖切的排出端放大端视图，它显示该所描述喷嘴组件的喷嘴梢；

图5是沿图4的5-5平面剖切的该喷嘴梢局部纵向剖视图；

图6是所描述喷嘴组件喷嘴梢和支承筒体的分解透视图；以及

图7是已组装在支承筒体上的喷嘴梢透视图。

下面详细描述附图所示的特定实施例，在此同时本发明可进行各种变型和替代结构。然而应该理解，本发明不受所披露特殊形式的限制，相反，本发明覆盖落入本发明精神和范围内的所有变型、替代结构以及等同物。

具体实施方式

现在更详细地参照附图，它们显示具有喷射系统10的说明性的金属连续铸造设备，该喷射系统10带有体现本发明的空气辅助液体喷嘴组件12。该连续铸造设备可以是已知的类型，它包括连续铸造模具(未显示)，一种金属形状，在这个实例中呈厚板14形状的金属形状从其中挤压出。在这种情况下厚板14从该连续铸造器中引出，并由多个可旋转地支承在引出金属形状相对侧的多组平行辊轮15、16从垂直取向转变为水平取向。在各自行的每对辊轮15、16之间支承着许多喷嘴组件12，以便将冷却剂即水的平的喷射形式射在运动金属形状14的相对表面上。如本领域所公知的，喷嘴组件12可由适当的装置支承，所述装置可包括用来供应作业必需的压缩空气和水的适当配管。由于各个喷嘴组件12结构相似，只需详细描述其中之一。

在图3中显示得最为清楚，每一喷嘴组件12包括预先液体雾化头或区段20、其上游端连接在雾化头20上的细长管状筒体21以及连接在筒体21下游端的喷嘴梢22。雾化头20包括中空本体24、压缩空气入口26以及液体冷却剂入口30，所述本体24具有沿其轴向延伸的细长膨胀腔25，压缩空气入口26由螺纹连接在本体24上游端轴向孔29内的孔口接头28限定，而冷却剂入口30与由螺纹连接在延伸通过本体24侧壁的径向孔32上的孔口接头31限定的膨胀腔25横向连通。空气入口孔接头28与压缩空气供应管34连接，而液体入口孔口接头31连接到最好是水的液体冷却剂的供应管35。雾化头20还包括冲击杆38，它例如由压配合安装在与液体入口30成直径相对关系的径向孔39中。冲击杆38伸入腔25并且具有一个大约位于本体24纵向轴线处的外端40。分别引导通过液体和空气入口26、30的压缩空气和液体流在雾化头中聚集，使该液体预雾化以便引导通过筒体21并从喷嘴梢22排出。

喷嘴梢22可具有在上文提及的美国专利4,591,099中披露的类型，该披露结合于此作为参考，该喷嘴梢22适于把来自预雾化头20的预雾化液体通过筒体21散布成预定的平的喷射形式。所描述的喷嘴梢22包括孔口限定端部45和上游中空套筒46。孔口限定端部45具有由横向狭缝形成的细长排出开48，所述狭缝贯穿该端部并与横向的圆柱混合腔49连通，后者又与中空套筒46连通。

为了在细长排出孔48与筒体21呈预定角度关系的情况下安装喷嘴梢22，喷嘴梢杆46形成有一对沿直径相对布置并沿上游方向伸出的凸耳50，以便与筒体21下游端内的相应凹槽51对齐(图6)。所描述的筒体21具有两对相互偏移90°的凸耳容纳凹槽51，它们使喷嘴梢22能安装成排出孔48取向为相互偏移90°的任一两个位置中，从而用于特殊的喷射应用。

为了可拆卸地将喷嘴梢22固定到筒体21上，喷嘴梢套筒46具有外螺纹上游端部，以便由支承在筒体21下游并且内螺纹环形保持构件54接合从而转动和轴向运动。通过保持构件54的转动保持构件54与喷嘴梢套筒46的螺纹接合在凸耳50和凹槽51处于适当对齐情况下将喷嘴梢22的上游端与筒体21下游端固定接合。在这个实例中保持构件54的直径减小的上游套管部分55拉动紧靠安装在筒体21周围并邻近其下游端的卡环56。

如本领域所公知的，可将多个喷嘴组件12按照并排关系支承在成行支承辊轮15、16之间，以致于取向平行于辊轮15、16的排出平的喷射形式在端部稍微重叠，以便促进正在运动的铸件金属均匀冷却。在现有技术空气辅助喷嘴已经有效地用于连续铸件金属冷却系统的同时，如同上文指出，由于在这种冷却系统中必需采用为数众多的喷嘴，至今需要大量压缩空气用于适当的液体雾化和散布。

根据本发明的一重要方面，本发明喷嘴组件的预雾化头设计成能实现高度的液体预雾化，在此同时只需要显著减少的空气消耗量。更具体地说，本发明喷嘴组件能在压缩空气需要量减少多达30％的情况下有效地使用。为此，空气雾化头具有尺寸相对较小的压缩空气入口，冲击杆具有独特地成形的冲击面以便增强液体与压缩空气流的混合，而且膨胀腔构造成减小涡流，该涡流有损于液体在膨胀腔内的有效预雾化。其综合效果是明显地更加有效的液体雾化。

在实施本发明中，所描述喷嘴组件12的预雾化头20具有尺寸显著小于液体入口30的压缩空气入口26。最好是，压缩空气入口26的直径约为液体入口30直径的大约0.80至0.93之间。混合和膨胀腔25具有比该空气入口开口大至少四倍的直径，并且最好是比该空气入口开口大大约4.5和9.0倍之间。显而易见，对于给定的入口空气压力，尺寸减少的空气入口本身减少空气的消耗量，在此同时增加引入雾化头的压缩空气流速率。

为了与本发明进一步一致，冲击杆38具有呈半圆凹槽58形状的向内成圆弧的端面，所述半圆凹槽58延伸通过冲击杆的端部并与空气入口26和从空气入口26沿轴向射入膨胀腔25的压缩空气流横向。该圆弧凹槽58在这种情况下具有大致位于本体24纵轴线上的曲率中心以及稍大于液体入口30直径的宽度。该凹槽58在冲击杆端部有效地限定直接与液体入口相对的朝外指向U形冲击表面。通过液体入口30引入的压缩液体会冲击该U形冲击表面，产生分裂并逆转方向，以便加强与引导通过冲击杆端部的压缩空气流的接触，从而增加液体颗粒破碎以及与压缩空气流的混合。

在进一步实施本发明中，雾化头20的膨胀腔25形成有在空气入口26和冲击杆38之间连通的锥形入口，它能消除膨胀腔上游端内的涡流，该涡流能降低进入压缩空气流的有效利用。在这种情况下膨胀腔25具有由截顶圆锥壁59限定的上游端，所述壁59从邻接空气入口26的位置伸出相对于本体纵轴线以相对小的大约25°锐角延伸到邻近冲击杆38的位置。该截顶圆锥壁59显著地消除在膨胀腔25上游端内的拐角区域，在该拐角区域内会产生涡流从而不能有效地增强引入的压缩液体和空气流的混合。而液体和空气的紊流混合主要出现在用来使相互作用和液体破碎最大化的冲击杆38附近。显而易见，在所描述的锥形入口包括截顶圆锥壁59的同时，作为替代，该锥形入口还能具有向内或向外弯曲的壁，只要消除膨胀腔的上游拐角即可。

在实施本发明的另一方面中，筒体21适于在下游设置凹槽51处于围绕其纵轴线的预定旋转方向情况下方便地安装在预雾化头20内，以便适当地容纳和支承喷嘴梢22。在所描述的实施例中，筒体21的上游端定位在雾化头20的下游端内以便与膨胀腔25连通。为了将筒体21可拆卸地保持在组装位置，雾化头20在其下游端具有外螺纹的套筒60，它可由内螺纹环形保持盖61接合，而盖61安装用来可滑动地定位在筒体21上。保持盖61具有直径减小的开口，它限定环形保持凸缘62，当保持盖61螺纹旋在套筒60上时，拉动凸缘62紧靠安装在筒体周围并邻接套筒60端部的环形套圈64。套筒60在这种情况下具有向外扩张的下游开口65，它容纳套圈64的锥形上游端以便在两者之间形成液体密封。

为了将筒体21按照围绕其纵轴线的预定角度取向定位在雾化头20之中，以致于已安装在筒体21上的喷嘴梢细长排出孔48处于预定取向以便适当地射出平的喷射形式，筒体21上游端形成有一对对准的定位开口68，而可拆卸保持销69从雾化头本体24的一侧穿过定位开口68进行定位。为此，本体24形成有一对对准的通道70、71。通道70穿过本体24的一侧连通筒体21的一侧，并加工出螺纹以便容纳销69的螺纹颈部74。在筒体21相对侧上的通道71容纳销69的伸出的无螺纹端部。显而易见，穿过筒体21对准的开口68组装的销69不仅相对于雾化头20角度定向筒体21，而且将筒体21进一步保持在安装位置。此外，除去该销而且卸下保持盖61，就能迅速方便地现场拆卸和更换筒体21，这对于由于筒体损坏或磨损是必需的。

从前述可知，一种具有本发明喷嘴组件的金属铸造液体冷却剂喷射系统适于更加有效和节省的作业。该喷嘴组件具有设计用于更加有效的液体颗粒破碎和散布成排出平的喷射形式的雾化头，而且显著地减少压缩空气消耗量。此外，该喷嘴组件结构相对简单，从而允许喷嘴梢支承管状筒体以相对于雾化头正确的角度取向的方式组装，在此同时能方便地现场维修和更换。

Claims (8)

1.一种空气辅助喷嘴，它包括：

中空本体，它具有混合和膨胀腔、空气入口开口以及液体入口开口，压缩空气流通过所述空气入口开口射入所述混合和膨胀腔，并且液体流通过液体入口开口进入所述混合和膨胀腔以便与所述压缩空气流混合，所述混合和膨胀腔具有与所述空气入口开口对准的细长结构，所述液体入口开口与所述空气入口开口的轴线横向布置；

伸入所述腔的冲击杆，所述杆与所述液体入口开口基本对准并且具有端面，从所述液体入口开口射入所述腔的液体流冲击所述端面，而且所述杆布置成与从所述空气入口开口射入所述腔的压缩空气流输送方向横向，所述冲击杆端面与所述空气入口开口的轴线大致对准并且形成有向内弯曲的凹槽以便容纳从所述液体入口开口引入所述腔的液体流并且引导所述液体离开所述端面，使得压缩空气流大致在冲击并偏离所述冲击表面的同时与所述液体混合，从而增强所述液体的混合和雾化，以及

喷嘴梢，它具有与所述混合和膨胀腔流体连通的排出开口，而且所述已雾化液体通过所述排出开口按照预定喷射形式排出。

2.如权利要求1所述的空气辅助喷嘴，其特征在于，所述凹槽是弧的。

3.如权利要求1所述的空气辅助喷嘴，其特征在于，所述凹槽具有半圆形状，所述形状相对于所述空气入口横向延伸穿过所述冲击杆端部。

4.如权利要求1所述的空气辅助喷嘴，其特征在于，所述凹槽在所述杆端面上限定直接与所述液体入口相对的向内指向的U形冲击表面。

5.如权利要求1所述的空气辅助喷嘴，其特征在于，所述空气入口开口具有小于所述液体入口开口直径的直径。

6.如权利要求1所述的空气辅助喷嘴，其特征在于，所述混合和膨胀腔具有锥形上游端，它由从邻近所述空气入口开口位置延伸到邻近所述冲击杆位置的截顶圆锥壁部分限定，以便促进所述压缩空气和液体流在所述冲击杆附近混合。

7.如权利要求5所述的空气辅助喷嘴，其特征在于，所述空气入口开口具有所述液体入口开口直径的0.80至0.93倍之间的直径。

8.如权利要求6所述的空气辅助喷嘴，其特征在于，所述截顶锥形壁部分以相对于所述本体纵轴线大约25°的角度延伸。

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