CN104313273A - 一种自吸式喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自吸式喷嘴，可用在金属板淬火机上。所述自吸式喷嘴安装在淬火机的上压辊之间为上喷嘴，安装在淬火机的下输送辊之间为下喷嘴。上喷嘴和下喷嘴上均设有喷射口和挡水辊，所述喷射口与金属板运行方向成一定夹角，所述挡水辊分别通过执行机构压在待淬火工件的上、下表面，上喷嘴和下喷嘴于喷射口和挡水辊之间均设有收集水槽，多余的冷却水冲向收集水槽，并由收集水槽的两侧排出。自吸式喷嘴可有效减少钢板表面的冷却残水，也使得淬火金属板的上下表面与上下喷嘴对应的接触区均匀受冷，可增加淬火金属板的冷却均匀性。

Description

一种自吸式喷嘴

技术领域

本发明属于金属板材淬火技术领域，尤其涉及于一种板材淬火用的自吸式喷嘴。

背景技术

淬火是提高金属材料强度的重要热处理手段。对金属板材而言，一般采用辊式淬火机进行连续淬火。辊式淬火机由上压辊、板材输送辊道及喷水冷却系统组成。喷水冷却系统的冷却水通过众多喷嘴作用在板材表面，通过控制喷嘴的流量控制金属板材温度，而获得所要求组织的淬火板材。

为了获得较好的淬火板形，通常采用的喷嘴布置如图1所示，A为板材运行方向，板材4分别从上压辊1a、输送辊道1b和上压辊2a、输送辊道2b中通过，上喷嘴3a和下喷嘴3b对称地布置在板材厚度的两侧，其目的是上喷嘴3a在板材上表面的射流线Dota和下喷嘴3b在板材下表面的射流线Dotb位于同一竖直面上，即同时冷却板材上下表面的Dota和Dotb，减少上下表面的温差以控制淬火板材的板形。但实际上，上喷嘴3a的冷却水流经Dota向板材前进方向滑行，直至达到2a辊后向上游上方回旋，Dota与2a辊间存有一段水层，专利CN101035913B称之为“积水现象”；而下喷嘴3b的冷却水流经Dotb后由于水的自重即刻离开了板材的下表面，因此造成上下表面冷却不均，影响淬后板材的板形。

为了改善这种情况，CN101035913B公开了一种淬火装置，通过在板材上方设置抽吸装置，同时设置一根螺旋辊将“积水层”的冷却水排走。这种方式减少了“积水现象”，但带来了三个问题：

1)淬火机一般由多组喷嘴组成，因此需要多组抽吸装置，而抽吸装置价格昂贵，增加了投资成本；

2)螺旋辊可把积水排到了螺旋辊的下游，但由于螺旋水槽储水量要局部偏大，造成金属板面周期性局部过冷，形成黑印。

3)下冷却水经喷射后下落，水的利用率低。

本发明提供了一种喷嘴，既能保证冷却均匀性，又能节省投资，还能提高水的利用效率。

发明内容

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种结构简单、较低成本的自吸式喷嘴，用于淬火设备上，使得淬火件冷却均匀，产品质量佳。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自吸式喷嘴，设置在辊式淬火机上，所述淬火机包括上压辊和输送辊道，上压辊和输送辊道之间为待淬火工件，其特征在于，所述上压辊和输送辊道之间分别安装有上喷嘴和下喷嘴，所述上喷嘴和下喷嘴上均设有喷射口和挡水辊，所述挡水辊分别通过执行机构压在待淬火工件的上、下表面，上喷嘴和下喷嘴于喷射口和挡水辊之间均设有收集水槽。上方的集水槽高于下方的集水槽，从喷射口喷射出的水流喷射在待淬火工件上，随着工件的移动，依附其上的水流在挡水辊、收集水槽、钢板表面及喷射面之间形成一稳定水层，其中上水层的高度Ha大于等于下水层的高度Hb，由于水是有重量的，下面的水容易从水槽和两侧流走，所以下面的水层高度应该小于等于上面的水层高度。多余的冷却水冲向收集水槽，并由收集水槽的两侧排出。这样稳定水层的存在使得淬火金属板的上下表面与上下喷嘴对应的接触区均匀受冷，提高工件淬火的质量。相比现有的淬火机水是直接掉下来统一汇流，然后再通过冷却系统进行循环冷却，本发明同时充分利用水层进一步冷却，提高冷却水的使用效率。

作为优选，上喷嘴还包括进水口，所述进水口连接稳流腔，稳流腔与喷射腔通过稳流板隔离，其隔离板上设有稳流孔联通稳流腔与喷射腔，喷射腔上设有喷射口朝向待淬火工件。水由进水口进入稳流腔中是混乱的，经隔离板上的稳流孔留至喷射腔后，喷射腔中的水流状态就比较稳定。

作为优选，下喷嘴还包括进水口，所述进水口连接稳流腔，稳流腔与喷射腔通过稳流板隔离，其隔离板上设有稳流孔联通稳流腔与喷射腔，喷射腔上设有喷射口朝向待淬火工件。

作为优选，上喷嘴和下喷嘴的喷射口对应淬火工件上下表面的喷射点位于同一竖直面上。同时冷却工件上、下表面的喷射点，减少上下表面的温差以控制淬火板材的板形。

作为优选，上喷嘴和下喷嘴喷射口喷射出的水流与待淬火工件小于45o夹角。

作为优选，上收集水槽的厚度La大于等于小收集水槽的厚度Lb，上收集水槽的宽度Wa大于下收集水槽的宽度Wb，下收集水槽的宽度Wb大于待淬火工件的最大宽度W。主要目的是为了加快上面水层的流出和降低下面水层的流出。

作为优选，上喷嘴连接的执行机构的压下力和所述下喷嘴连接的执行结构的压上力相等，或压上力大于压下力，保证待淬火工件水平向前运行。

如上所述，本发明提出的自吸式喷嘴，与传统喷嘴喷射相比具有以下有益效果：使钢板上表面的冷却残水及时导出，避免了在钢板上表面随意流动造成冷却不均；有效的减少了下喷射水由于重力掉落造成冷却水利用效率低的弊端，较好的规整了下喷嘴喷射水流与钢板下表面的接触区域，提高了接触区的冷却均匀性和水的利用率；可以合理匹配钢板上下表面与冷却水接触区的宽度，减少上下表面的冷却差异，增加冷却均匀性。

附图说明

图1显示为背景技术中带输送机构的结构示意图。

图2显示为本实施例的自吸式喷嘴的结构示意图。

图3为图2中自吸式喷嘴的B—B剖面图。

图4为不同喷射角度下的喷射流场。

图5为不同喷射角度下冲击区距离钢板表面5mm处温度对比。

图6为圆柱喷射下，垂直喷淋和倾斜喷淋对钢板不同区域温降曲线的影响。

图7为缝隙喷射下，垂直喷淋和倾斜喷淋对钢板不同区域温降曲线的影响。

零件标号说明

1a、2a  上压辊，

1b、2b  输送辊道，

3a      上喷嘴，

3b      下喷嘴，

4       板材，

5a      上喷嘴，

5b      下喷嘴，

6a、6b  执行机构，

7a、7b  挡水辊，

8a、8b  收集水槽。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

根据附图2、3所示，本实施例的自吸式喷嘴，应用在淬火设备上，板材4依次通过上压辊1a和输送辊道1b之间、上压辊2a和输送辊道2b之间，其中上压辊1a和上压辊2a均设置在板材4上方，输送辊道1b、输送辊道2b对应上压辊1a和上压辊2a设置在板材4的下方，并承载板材4的重量。板材4随上压辊和输送辊道的转动，水平单向移动。

上压辊1a和输送辊道1b分别铰接有上喷嘴5a和下喷嘴5b。

上喷嘴5a的进水口连接稳流腔，稳流腔与喷射腔通过稳流板隔离，其隔离板上设有稳流孔联通稳流腔与喷射腔，喷射腔上设有喷射口朝向板材4。上喷嘴5a靠近上压辊2a的末端设有挡水辊7a，喷射口与挡水辊7a之间在板材4的表面形成一稳定水层。挡水辊7a通过执行机构6a压下在钢板4的表面上。

下喷嘴5b的进水口连接稳流腔，稳流腔与喷射腔通过稳流板隔离，其隔离板上设有稳流孔联通稳流腔与喷射腔，喷射腔上设有喷射口朝向板材4。下喷嘴5b靠近输送辊道2b的末端设有挡水辊7b，喷射口与挡水辊7b之间在板材4的表面形成一稳定水层。挡水辊7b通过执行机构6b压下在钢板4的表面上。

执行机构6a的压下力和6b的压上力相等，或6b的压上力稍大于6a的压下力，保证板材水平向前运行。

上喷嘴5a于喷射口与挡水辊7a之间设有收集水槽8a，下喷嘴5b喷射口与挡水辊7b之间设有收集水槽8b。上收集水槽的厚度La大于等于小收集水槽的厚度Lb，上收集水槽的宽度Wa略大于下收集水槽的宽度Wb，下收集水槽的宽度Wb略大于冷却板材的最大宽度W。

上喷嘴5a和下喷嘴5b喷射口喷射出的水流与钢板表面呈一定夹角倾斜喷射，其夹角小于45°。

采用仿真和实验方法，研究了喷射角度对冷却均匀性的影响

用Fluent模拟软件进行不同喷射角度下流场和对钢板冷却效果的仿真研究。边界条件如下：

流场仿真结果见图4。当水流与钢板表面夹角为10°时，冷态条件下，在板坯表面可能有卷气现象发生。当卷气现象发生后，会在板坯表面的冷却水中形成气泡，减少了冷却水与板坯接触的有效面积，降低了冷却效率，也影响了在冲刷区的冷却均匀性。

当水流与钢板表面夹角20°、25°、30°时，冷态条件下，冷却水在板坯表面的流动比较顺畅，其流动方向基本是沿着来流方向向前流动，且基本没有卷气现象发生。对板坯冷却来说，这种流动状态是有利的。

当水流与钢板表面夹角为45°、60°、75°、90°时，冷态条件下，冷却水在板坯表面基本流动状态为：当冷却水打击到钢板上时，冷却时向板坯两端分别流动，在流动过程中没有卷气发生。由于冷却水向板坯两端分别流动，从而减少了主冷区冷却水的流量，降低了主冷却的冷却效率。

图5显示了在20o～30o的喷射角度范围内，随着角度增加，冷却能力增强。根据以上分析得出，较为理想的喷射角度为30o。

CAE分析已经得出了倾斜喷淋有利于钢板的冷却均匀性，静态喷淋实验中也证实了该结论。图6为圆柱喷射下，钢板在垂直喷淋和倾斜喷淋时，冲击区和平流区钢板中心温度的变化，可看出25o倾斜喷射时，冲击区和平流区的冷却差异大大弱于垂直喷射。图7为在同样喷射压力的缝隙喷射下，30o倾斜喷射时钢板冲击区和平流区表面3mm和厚度中心的温降曲线，进一步证明了倾斜喷射时，可以十分有效的减少沿钢板长向的冷却差异，提高冷却均匀性。

需要说明的是，本发明利用了水层的进一步冷却，提高了水的使用效率，但如果取消水层，喷射口与收集水槽沿竖直面对称布置，即水接触钢板后立刻通过水槽离开钢板表面，虽然水的利用率有所降低，但仍然可以提高淬火板材的板形，这种情况应有本发明的权利要求所涵盖。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种自吸式喷嘴，设置在辊式淬火机上，所述淬火机包括上压辊和输送辊道，上压辊和输送辊道之间为待淬火工件，其特征在于，所述上压辊和输送辊道之间分别安装有上喷嘴和下喷嘴，所述上喷嘴和下喷嘴上均设有喷射口和挡水辊，所述挡水辊分别通过执行机构压在待淬火工件的上、下表面，上喷嘴和下喷嘴于喷射口和挡水辊之间均设有收集水槽。

2.根据权利要求1所述的自吸式喷嘴，其特征在于，所述上喷嘴还包括进水口，所述进水口连接稳流腔，稳流腔与喷射腔通过稳流板隔离，其隔离板上设有稳流孔联通稳流腔与喷射腔，喷射腔上设有喷射口朝向待淬火工件。

3.根据权利要求1所述的自吸式喷嘴，其特征在于，所述下喷嘴还包括进水口，所述进水口连接稳流腔，稳流腔与喷射腔通过稳流板隔离，其隔离板上设有稳流孔联通稳流腔与喷射腔，喷射腔上设有喷射口朝向待淬火工件。

4.根据权利要求2或3所述的自吸式喷嘴，其特征在于，所述上喷嘴和下喷嘴的喷射口对应在淬火工件上下表面的喷射点位于同一竖直面上。

5.根据权利要求2或3所述的自吸式喷嘴，其特征在于，所述上喷嘴和下喷嘴喷射口喷射出的水流与待淬火工件小于45°夹角。

6.根据权利要求1所述的自吸式喷嘴，其特征在于，所述上收集水槽的厚度La大于等于小收集水槽的厚度Lb，上收集水槽的宽度Wa大于下收集水槽的宽度Wb，下收集水槽的宽度Wb大于待淬火工件的最大宽度W。

7.根据权利要求1所述的自吸式喷嘴，其特征在于，所述上喷嘴连接的执行机构的压下力和所述下喷嘴连接的执行结构的压上力相等，或压上力大于压下力，保证待淬火工件水平向前运行。