CN102886323B - 一种窄缝喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种窄缝喷嘴，其包括成对设置的一喷嘴上唇和一喷嘴下唇，所述喷嘴上唇和喷嘴下唇设置为可在喷嘴宽度方向上发生相对移动，所述喷嘴上唇的下边沿和喷嘴下唇的上边沿均为三次曲线。本发明所述的窄缝喷嘴可以实现喷嘴气隙凸度的可调，从而可以根据带钢的实际板形对带钢进行喷气，有效克服了“C”弯带钢对气压均匀性的不利影响，同时窄缝喷嘴的边部效应也得到了有效抑制。

Description

一种窄缝喷嘴

技术领域

本发明涉及一种喷气装置，尤其涉及一种窄缝喷嘴。

背景技术

窄缝喷嘴在带钢生产过程中有广泛应用。在带钢热镀锌气刀、带钢喷气冷却、带钢气垫稳定技术等方面，窄缝喷嘴都扮演了重要角色。

带钢进行热镀锌处理时，带钢从锌锅中拉出后，利用气刀高速气流的冲击作用将粘附在带钢表面的多余锌液吹回锌锅。影响最终锌层厚度的主要因素有带钢速度、进气压力、窄缝喷嘴的刀唇距带钢距离、刀唇开口以及锌液物性等参数。

在带钢进行喷气冷却工艺中，气体通过喷嘴喷射到固体表面进行冷却的方法称为气体冲击射流冷却，它是一种极为有效的强化传热的方法，因此在带钢连续退火和连续镀锌生产线上有着广泛应用。在喷气冷却过程中，起主要作用的是对流换热和少量的辐射传热，而影响对流传热的因素主要有气体的导热系数、喷嘴形状、间距、气体的种类、喷速、温度等。

气垫稳定技术源自气浮技术，其是在带钢两边对称布置一对气垫稳定器，每个稳定器有一对反向喷嘴将气体喷射到带钢，喷嘴与带钢成一定的倾斜角度，在带钢与两喷嘴之间形成一个高于环境压力的气垫区。由于气垫具有自稳定特性，因此带钢抖动能得到大幅度抑制。

在上述各工艺中，所用的窄缝喷嘴的唇形基本均是如图1所示的矩形，即喷嘴上唇A的下边沿和喷嘴下唇B的上边沿均为直线，从而在喷嘴上唇A和喷嘴下唇B之间形成了矩形的唇形。这种窄缝喷嘴结构简单，易于制造，但是在使用过程中存在缺陷：一是喷气时气体压力存在边部效应；二是对“C”弯带钢(如图2所示)进行喷气时造成带宽方向压力不均匀。这些缺陷会引起许多生产质量问题，比如：镀层厚度不均，特别是带钢边部镀层增厚；带钢冷却温度不均而引起的机械性能问题；稳定器稳定效果受到限制等。

针对上述问题，目前的解决方法主要有两种：一是如图3所示，在带钢P的两侧、喷嘴中心线Q处增加带钢边部挡板C；二是如图4所示，沿着带钢宽度方向进行喷嘴分区，例如图4所示的三个分区可以分别单独控制。

生产实践证明，上述这两种解决方法可以解决带钢镀层边部增厚、边部冷却过快的问题。但是无法解决“C”弯带钢引起的带宽方向压力不均的问题，而“C”弯是带钢普遍存在的问题。因此，需要寻求更合适的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于通过对喷嘴唇形的重新设计，提供一种窄缝喷嘴，这种窄缝喷嘴在运用于“C”弯带钢的喷气时，能够克服带钢“C”弯对气压均匀性的不利影响，同时，窄缝喷嘴的边部效应也能得到抑制。

本技术方案中，喷嘴上唇和喷嘴下唇设置为可在喷嘴宽度方向上发生相对移动，且喷嘴下唇的上边沿曲线不同于现有的直线，而是设计为三次多项式曲线：

$y_1\left(x\right)=\mathrm{\ΔR}[\frac{3n}{4}\frac{x}{L}-\frac{n^3}{4}{\left(\frac{x}{L}\right)}^3]---\left(1\right)$

其中，L为喷嘴气隙宽度，n为极点因子(体现极点位置)，ΔR为气唇凸度。

本技术方案中，喷嘴上唇下边沿曲线与喷嘴下唇上边沿曲线形状相同，其通过喷嘴下唇的上边沿曲线在Y轴方向上上移得到，即：

$y_2\left(x\right)=\mathrm{\ΔR}[\frac{3n}{4}\frac{x}{L}-\frac{n^3}{4}{\left(\frac{x}{L}\right)}^3]+b---\left(2\right)$

其中，L为喷嘴气隙宽度，n为极点因子(体现极点位置)，ΔR为气唇凸度，b为喷嘴气隙厚度。

本发明所述的窄缝喷嘴在使用时，通过在喷嘴宽度方向上移动喷嘴上唇和喷嘴下唇，来实现气隙凸度的调整：

当喷嘴上唇向右、下唇向左分别移动sL(相当于上唇与下唇打开)，此时喷嘴上唇和喷嘴下唇之间的气隙呈正凸度，则气隙函数为：

g(x)＝y₂(x-sL)+b-y₁(x+sL)    (3)

当喷嘴上唇向左、喷嘴下唇向右分别移动sL(相当于上唇与下唇合拢)，此时喷嘴上唇和喷嘴下唇之间的气隙呈负凸度，则气隙函数为：

g(x)＝y₂(x+sL)+b-y₁(x-sL)    (4)

式中，s为移动系数，L为喷嘴气隙宽度。

不论喷嘴的上唇和下唇是打开还是合拢，气隙函数g(x)均是二次曲线，它的当量凸度C_w为：

$C_w=g\left(0\right)-g\left(\frac{L}{2}\right)=\±\frac{3}{8}{n}^3\mathrm{\ΔRs}---\left(5\right)$

式中，ΔR为气唇凸度，n为极点因子，s为移动系数。

在本技术方案中，L与带钢最大宽度有关，其取值为：

L＝带钢最大宽度×(1+2s_max)

b与窄缝喷嘴的工作压力有关：用在热镀锌气刀时，0.5mm<b<3.0mm；用在喷气冷却时，3mm<b<30mm；用在气垫稳定器时，5mm<b<20mm。

n决定了极点位置，而极点位置又决定了当量凸度的调节能力。n越大，极点位置越靠近中心，当量凸度调节能力也越大。在本技术方案中，其取值范围为2＜n＜5。

s_max为移动系数最大值，其受限于极点因子n，当n确定后，s_max也随着确定。另外，s_max选取还要考虑是否有足够大的移动空间。在本发明所述的窄缝喷嘴的使用过程中，一般s_max取值范围为0<s_max<0.5。

ΔR与b有关，其取值范围为ΔR＝0.1b～0.5b。

本发明所述的窄缝喷嘴通过采用上述技术方案，实现了喷嘴气隙凸度的可调，从而可以根据带钢的实际板形对带钢进行喷气，有效克服了“C”弯带钢对气压均匀性的不利影响，同时窄缝喷嘴的边部效应也得到了抑制。

附图说明

图1为现有窄缝喷嘴的结构示意图。

图2为“C”弯带钢的结构示意图。

图3为在带钢边部增设边部挡板的设置示意图。

图4为现有分区的喷嘴的结构示意图。

图5为本发明所述的窄缝喷嘴处于“常规”模式的结构示意图。

图6为图5所示的窄缝喷嘴的气隙凸度示意图。

图7为本发明所述的窄缝喷嘴处于“合拢”模式的结构示意图。

图8为图7所示的窄缝喷嘴的气隙凸度示意图。

图9本发明所述的窄缝喷嘴处于“打开”模式的结构示意图。

图10为图9所示的窄缝喷嘴的气隙凸度示意图。

图11显示了带钢进行热镀锌处理的装置。

图12为本发明所述的窄缝喷嘴在一种实施方式中的设置示意图。

图13为本发明所述的窄缝喷嘴在一种实施方式中的结构示意图。

图14为图13所示的窄缝喷嘴在处于“合拢”模式的状态示意图。

图15为图13所示的窄缝喷嘴在处于“打开”模式的状态示意图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明所述的窄缝喷嘴进行进一步的详细说明。

图5显示了本技术方案中窄缝喷嘴在未进行气隙凸度调节时的结构状态。图中L表示喷嘴气隙宽度，ΔR表示气唇凸度，从图中可以看出喷嘴上唇下边沿和喷嘴下唇上边沿的曲线形状是一样的，此时喷嘴的气隙凸度如图6所示，为零凸度，图中b表示喷嘴气隙厚度。

在调整该窄缝喷嘴的气隙凸度时，在图5所示的状态的基础上，如果喷嘴上唇和喷嘴下唇按照图7所示的箭头方向在X轴方向上移动，即实现了喷嘴上唇和喷嘴下唇的“合拢”，此时喷嘴的气隙凸度如图8所示，为正凸度。

在调整该窄缝喷嘴的气隙凸度时，在图5所示的状态的基础上，如果喷嘴上唇和喷嘴下唇按照图9所示的箭头方向在X轴方向上移动，即实现了喷嘴上唇和喷嘴下唇的“打开”，此时喷嘴的气隙凸度如图10所示，为负凸度。

下面将结合本发明所述的窄缝喷嘴在带钢连续热镀锌生产中的应用对本技术方案进行进一步的详细说明。

如图11所示，带钢P经锌锅热镀锌后，需要控制从气刀D到顶辊E这段行程的冷却。因此，在气刀D与顶辊E之间需要安装喷气冷却装置F，使带钢P到达顶辊E之前冷却到规定温度(通常为280℃左右)以下。由于带钢P出了锌锅到顶辊E有高达几十米的悬空，因此带钢容易发生厘米级的抖动，并且板形较差，特别是在悬空中部带钢“C”弯很大，从而造成了带钢宽度方向上冷却不均。

为了解决带钢“C”弯造成的冷却不均的问题，喷气冷却装置F的喷嘴采用本发明所述的窄缝喷嘴。如图12所示，在“C”弯带钢1的表面两侧各安装一个本发明所述的窄缝喷嘴，其结构完全一样，关于带钢对称布置。

如图13所示，本实施例中的窄缝喷嘴包括喷嘴上唇2、喷嘴下唇3、分别设于窄缝喷嘴左、右两侧的两个固定密封侧板4、左右两个固定挡板5、以及分别与喷嘴上唇2和喷嘴下唇3连接的两套马达驱动组件6，马达驱动组件6驱动喷嘴上唇2和喷嘴下唇3在喷嘴宽度方向上相对移动。

在本实施例中，移动系数最大值s_max＝0.1；由于用于喷气冷却，故选取喷嘴气隙厚度b＝16mm；根据带钢最大宽度1200mm，求得喷嘴气隙宽度L＝1200×(1+2×0.1)＝1440mm；选取极点因子n＝4.1；气唇凸度ΔR＝6mm；由此得到喷嘴下唇3的上边沿曲线：

$y_1\left(x\right)=-103.38\&times;{\left(\frac{x}{1200}\right)}^3+18.45\&times;\frac{x}{1200},(-720\&le;x\&le;720)$

以及，喷嘴上唇2的下边沿曲线：

$y_1\left(x\right)=-103.38\&times;{\left(\frac{x}{1200}\right)}^3+18.45\&times;\frac{x}{1200}+16,(-720\&le;x\&le;720)$

上述窄缝喷嘴可以调节的最大当量凸度C_w＝15.5mm。

当带钢没有“C”弯时，一对喷嘴均采用如图13所示的“常规”模式；当带钢存在“C”弯时，根据“C”弯带钢的凸起方向，设置于“C”弯带钢内凹一侧的窄缝喷嘴采用如图14所示的“合拢”模式，设置于“C”弯带钢凸起一侧的窄缝喷嘴采用如图15所示的“打开”模式。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种窄缝喷嘴，其包括成对设置的一喷嘴上唇和一喷嘴下唇，其特征在于，所述喷嘴上唇和喷嘴下唇设置为可在喷嘴宽度方向上发生相对移动，所述喷嘴上唇的下边沿和喷嘴下唇的上边沿均为曲线，其中：

所述喷嘴下唇的上边沿曲线为：

$y_1\left(x\right)=\mathrm{\&Delta;R}[\frac{3n}{4}\frac{x}{L}-\frac{n^3}{4}{\left(\frac{x}{L}\right)}^3]$

所述喷嘴上唇的下边沿曲线为：

$y_2\left(x\right)=\mathrm{\&Delta;R}[\frac{3n}{4}\frac{x}{L}-\frac{n^3}{4}{\left(\frac{x}{L}\right)}^3]+b$

式中：L为喷嘴气隙宽度，L＝带钢最大宽度×(1+2s_max)，s_max为移动系数最大值，0＜s_max＜0.5；n为极点因子，其取值范围为2＜n＜5；b为喷嘴气隙厚度；ΔR为气唇凸度，ΔR＝0.1b～0.5b。

2.如权利要求1所述的窄缝喷嘴，其特征在于，当其用于热镀锌气刀时，0.5mm＜b＜3.0mm；当其用于喷气冷却时，3mm＜b＜30mm；当其用于气垫稳定器时，5mm＜b＜20mm。