CN108070693B - 一种弧面多角度阵列射流喷嘴及其应用 - Google Patents

一种弧面多角度阵列射流喷嘴及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料热处理领域，涉及一种弧面多角度阵列射流喷嘴及其应用。该射流喷嘴包括进水接口、均水腔、集水腔、弧面面板、小喷嘴、固定机构几个部分，采用多排弧面散射射流方式，提高换热效率和均匀性；采用分段设计方案，实现窄钢板淬火时节水节能，提高钢板表面换热效率；喷嘴与其两侧辊道组成独立的冷却单元，实现钢板表面流量分区控制；采用弧面面板内嵌小喷嘴的喷嘴形式，防止钢板冲撞引起的喷嘴变形或破损。本发明解决辊式淬火机低压段冷却效率低、冷却均匀性差、冷却过程可控性差、钢板终冷温度控制精度低的问题，喷嘴不易变形、使用寿命长、拆装方便、堵塞疏通方便。

Description

一种弧面多角度阵列射流喷嘴及其应用
技术领域
本发明属于金属材料热处理领域，涉及一种弧面多角度阵列射流喷嘴及其应用。
背景技术
辊式淬火机因具有冷却强度大、冷却均匀、控制精度高、淬火后板形好、可连续生产等优点，广泛应用于钢板离线淬火领域。辊式淬火机低压段采用≤0.5MPa的低压水，以相对弱的冷却强度进一步降低辊式淬火机高压段冷后钢板温度，防止钢板发生不均匀相变，进而产生板形恶化、淬火残余应力大等问题。此外，近些年正火后常化控冷(NAC)功能逐渐移植到辊式淬火机低压段完成，实现钢板控温淬火。目前，辊式淬火机低压段常用结构较简单的喷管形式，采用成组供水控制方式，均流效果差、冷却均匀性差、控制精度低，不能满足用户日益苛刻的钢板淬火板形、性能均匀性和后续加工性能需求。
现有专利中，中国专利申请(公开号CN102266831A)提出一种可形成高密度喷射流的冷却装置及制造方法，该装置采用角度相同的倾斜射流迅速降低钢板温度，实现快速冷却。该装置主要应用于辊式淬火机高压段、在线超快速冷却等，主要目的是通过高强度快速冷却迅速降低高温钢板温度，与本发明以冷却均匀性为主要目的、均匀降低中低温钢板温度不同，装置结构形式也不相同。
中国专利申请(公告号CN202246755U)提出一种冷却板材的组合式喷管，该喷管为水-气混合喷管，利用混合后的气雾冷却板材。该喷管与本发明功能、结构形式、冷却介质不同。
发明内容
针对现有辊式淬火机低压段冷却喷嘴存在的技术问题，本发明的目的是提供一种弧面多角度阵列射流喷嘴及其应用，能满足钢板均匀、高效、高精度淬火的成套喷嘴。
本发明的技术方案是：
一种弧面多角度阵列射流喷嘴，其特征在于，该射流喷嘴由进水接口(1)、均水腔(2)、集水腔(3)、弧面面板(4)、小喷嘴(5)、固定机构(6)组成，固定机构(6)分别位于射流喷嘴的两侧，固定机构(6)之间为集水腔(3)，集水腔(3)内设置均水腔(2)，进水接口(1)与均水腔(2)连通，均水腔(2)与进水接口(1)连接处的两侧对称设置均流孔(13)，均水腔(2)与集水腔(3)之间通过均流孔(13)连通，集水腔(3)底部设置弧面面板(4)，弧面面板(4)内嵌小喷嘴(5)，小喷嘴(5)的一端与集水腔(3)连通，小喷嘴(5)的另一端与钢板(8)对应。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，该射流喷嘴为上喷嘴(11)或下喷嘴(10)。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，弧面面板(4)焊接到集水腔(3)与进水接口(1)连接的另一侧，弧面面板(4)的弧面上加工形成均匀的5～7排螺纹孔，带有螺纹的小喷嘴(5)旋紧固定在弧面面板(4)内，小喷嘴(5)喷水孔直径3～5mm，小喷嘴(5)沿弧面面板(4)长度方向中心线向两侧对称布置，带压冷却水呈散射状射流冲击钢板(8)表面。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，当小喷嘴(5)为七排时，最中间一排小喷嘴(5)垂直射流冲击钢板(8)表面，其两侧紧挨的两排小喷嘴(5)射流水柱与射流喷嘴垂直中心线夹角为5°～8°，最外侧两排小喷嘴(5)射流水柱与射流喷嘴垂直中心线夹角为18°～20°。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，射流喷嘴沿长度方向由中间段(16)和两个侧段(15)三段构成，各段独立供水且冷却水流量单独可控，各段由焊接到集水腔(3)内壁的隔板(17)隔开，中间段(16)长度2.5m～3.5m，中间段沿射流喷嘴长度方向配置两个进水接口(1)，中间段(16)的两个侧段(15)长度0.5～1.5m，每段配置一个进水接口(1)。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，当钢板(8)宽度小于喷嘴中间段(16)长度时，仅开启中间段(16)，实现节水和便于排水的功能；当钢板(8)宽度大于等于喷嘴中间段(16)长度时，中间段(16)、两个侧段(15)同时开启。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，喷嘴两个侧段(15)的集水腔(3)端面上加工有圆形螺纹排污孔(7)，圆形螺纹排污孔(7)的直径为3～6cm；中间段(16)的集水腔(3)外壁上加工有圆形螺纹排污孔(7)，圆形螺纹排污孔(7)的直径为3～6cm。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴的应用，两侧固定机构(6)将射流喷嘴通过紧固螺栓固定在辊式淬火机低压段纵梁上，钢板(8)上侧的上喷嘴(11)和上辊道(12)与下侧的下喷嘴(10)和下辊道(9)沿垂直钢板(8)方向对称布置，上喷嘴(11)、下喷嘴(10)分别与安装其水平方向两侧的上辊道(12)、下辊道(9)组成独立冷却单元(14)，冷却单元(14)内冷却水受上辊道(12)、下辊道(9)阻挡与相邻冷却单元(14)不连通，以实现流量分区控制功能，两组以上冷却单元(14)水平排列，构成辊式淬火机低压段喷水系统。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴的应用，压力0.2～0.5MPa冷却水由进水接口(1)进入端部封闭的长圆管均水腔(2)，均水腔(2)充满水后由上部两排均流孔(13)注入外侧集水腔(3)，集水腔(3)中带压冷却水由内嵌在弧面面板(4)内的小喷嘴(5)喷射出，射流冲击钢板(8)表面。
所述的弧面多角度阵列射流喷嘴的应用，钢板(8)进入辊式淬火机低压段前，压力0.2～0.5MPa冷却水按工艺设定流量分别由中间段(16)的进水接口(1)、两个侧段(15)的进水接口(1)分别注入中间段(16)和两个侧段(15)的均水腔(2)，均水腔(2)充满水后，由上部两排均流孔(13)注入外侧集水腔(3)，集水腔(3)中带压冷却水由内嵌在弧面面板(4)内的小喷嘴(5)喷射出；同时，上辊道(12)、下辊道(9)按钢板(8)厚度调整辊缝、并按工艺淬火速度旋转；上述条件准备好后，钢板(8)经过辊式淬火机高压段、进入辊式淬火机低压段，上喷嘴(11)向下射流冲击钢板(8)上表面，下喷嘴(10)向上射流冲击钢板(8)下表面，每组冷却单元(14)内单独控制喷嘴开闭和流量，实现分区控制；钢板(8)经过某一冷却单元(14)后，喷嘴中间段(16)、两个侧段(15)的进水接口(1)停止供水，上喷嘴(11)的均水腔(2)上的均流孔(13)以下保留剩余未流出的冷却水，上喷嘴(11)的集水腔(3)内冷却水由小喷嘴(5)排空，下喷嘴(10)的均水腔(2)、集水腔(3)内冷却水不继续流出，保存在下喷嘴(10)各腔内部；钢板(8)移出辊式淬火机低压段后，所有喷嘴工作完毕。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明针对辊式淬火机低压段，研制出一种弧面多角度阵列射流喷嘴，包括进水接口、均水腔、集水腔、弧面面板、小喷嘴、固定机构几个部分，采用多排弧面散射射流方式，增加钢板表面射流面积，提高换热效率和均匀性，实现钢板淬火过程壁面有序换热；采用分段设计方案，实现窄钢板淬火时节水节能，同时有利于排水，提高钢板表面换热效率；喷嘴与其两侧辊道组成独立的冷却单元，实现钢板表面流量分区控制；采用弧面面板内嵌小喷嘴的喷嘴形式，有效保护喷嘴结构和小喷嘴，防止钢板冲撞引起的喷嘴变形或破损；采用多种排污设计，有效防止喷嘴堵塞，便于维护和检修。
2、本发明采用分段设计方案，实现窄钢板淬火时节水节能，提高钢板表面换热效率；喷嘴与其两侧辊道组成独立的冷却单元，实现钢板表面流量分区控制。
3、本发明采用弧面面板内嵌小喷嘴的喷嘴形式，防止钢板冲撞引起的喷嘴变形或破损。
4、本发明解决辊式淬火机低压段冷却效率低、冷却均匀性差、冷却过程可控性差、钢板终冷温度控制精度低的问题，喷嘴不易变形、使用寿命长、拆装方便、堵塞疏通方便。
附图说明
图1是本发明弧面多角度阵列射流喷嘴外观结构图；
图2是本发明弧面多角度阵列射流喷嘴剖面结构图；
图3是本发明弧面多角度阵列射流喷嘴内部结构图；
图4是本发明弧面多角度阵列射流喷嘴组合配置图。
图中，1进水接口；2均水腔；3集水腔；4弧面面板；5小喷嘴；6固定机构；7圆形螺纹排污孔；8钢板；9下辊道；10下喷嘴；11上喷嘴；12上辊道；13均流孔；14冷却单元；15侧段；16中间段；17隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明弧面多角度阵列射流喷嘴喷水、拆装、堵塞疏通具体实施方式进行描述。
如图1-图4所示，本发明弧面多角度阵列射流喷嘴，该射流喷嘴为上喷嘴(11)或下喷嘴(10)，由进水接口(1)、均水腔(2)、集水腔(3)、弧面面板(4)、小喷嘴(5)、固定机构(6)等组成，固定机构(6)分别位于射流喷嘴的两侧，固定机构(6)之间为集水腔(3)，集水腔(3)内设置均水腔(2)，进水接口(1)与均水腔(2)连通，均水腔(2)与进水接口(1)连接处的两侧对称设置均流孔(13)，均水腔(2)与集水腔(3)之间通过均流孔(13)连通，集水腔(3)底部设置弧面面板(4)，弧面面板(4)内嵌小喷嘴(5)，小喷嘴(5)的一端与集水腔(3)连通，小喷嘴(5)的另一端与钢板(8)对应。两侧固定机构(6)将射流喷嘴通过紧固螺栓固定在辊式淬火机低压段纵梁上，钢板(8)上侧的上喷嘴(11)和上辊道(12)与下侧的下喷嘴(10)和下辊道(9)沿垂直钢板(8)方向对称布置，上喷嘴(11)、下喷嘴(10)分别与安装其水平方向两侧的上辊道(12)、下辊道(9)组成独立冷却单元(14)，冷却单元(14)内冷却水受上辊道(12)、下辊道(9)阻挡与相邻冷却单元(14)不连通，以实现流量分区控制功能，两组以上冷却单元(14)水平排列，构成辊式淬火机低压段喷水系统。
如图2所示，压力0.2～0.5MPa冷却水由进水接口(1)进入端部封闭的长圆管均水腔(2)，均水腔(2)充满水后由上部两排均流孔(13)注入外侧集水腔(3)，集水腔(3)中带压冷却水由内嵌在弧面面板(4)内的小喷嘴(5)喷射出，射流冲击钢板(8)表面。
如图2所示，弧面面板(4)焊接到集水腔(3)与进水接口(1)连接的另一侧，弧面面板(4)的弧面上加工形成均匀的5～7排螺纹孔，带有螺纹的小喷嘴(5)旋紧固定在弧面面板(4)内，小喷嘴(5)喷水孔直径3～5mm，小喷嘴(5)沿弧面面板(4)长度方向中心线向两侧对称布置，带压冷却水呈散射状射流冲击钢板(8)表面；当小喷嘴(5)为七排时，最中间一排小喷嘴(5)垂直射流冲击钢板(8)表面，其两侧紧挨的两排小喷嘴(5)射流水柱与射流喷嘴垂直中心线夹角为5°～8°，最外侧两排小喷嘴(5)射流水柱与射流喷嘴垂直中心线夹角为18°～20°。弧面面板(4)作用为：①保护喷嘴结构和内嵌的小喷嘴(5)，防止钢板(8)冲击；②弧面能较好过渡钢板(8)头尾，防止淬火变形后的钢板(8)卡在淬火机内；③带角度的弧面散射射流能扩大冷却单元(14)内射流区面积，减小不均匀冷却区面积，实现有序可控淬火。
如图3所示，射流喷嘴沿长度方向由中间段(16)和两个侧段(15)三段构成，各段独立供水且冷却水流量单独可控，各段由焊接到集水腔(3)内壁的隔板(17)隔开，中间段(16)长度2.5m～3.5m，中间段沿射流喷嘴长度方向配置两个进水接口(1)，中间段(16)的两个侧段(15)长度0.5～1.5m，每段配置一个进水接口(1)。当钢板(8)宽度小于喷嘴中间段(16)长度时，仅开启中间段(16)，实现节水和便于排水的功能；当钢板(8)宽度大于等于喷嘴中间段(16)长度时，中间段(16)、两个侧段(15)同时开启。
如图3所示，喷嘴两个侧段(15)的集水腔(3)端面上加工有圆形螺纹排污孔(7)，圆形螺纹排污孔(7)的直径为3～6cm；如图1所示，中间段(16)的集水腔(3)外壁上加工有圆形螺纹排污孔(7)，圆形螺纹排污孔(7)的直径为3～6cm。
实施例1
本实施例提供弧面多角度阵列射流喷嘴喷水淬火钢板宽度大于等于中间段长度时的操作技术方案。
如图1、图2、图3、图4所示，钢板(8)进入辊式淬火机低压段前，压力0.2～0.5MPa冷却水按工艺设定流量分别由中间段(16)的进水接口(1)、两个侧段(15)的进水接口(1)分别注入中间段(16)和两个侧段(15)的均水腔(2)，均水腔(2)充满水后，由上部两排均流孔(13)注入外侧集水腔(3)，集水腔(3)中带压冷却水由内嵌在弧面面板(4)内的小喷嘴(5)喷射出。同时，上辊道(12)、下辊道(9)按钢板(8)厚度调整辊缝、并按工艺淬火速度旋转。上述条件准备好后，钢板(8)经过辊式淬火机高压段、进入辊式淬火机低压段，上喷嘴(11)向下射流冲击钢板(8)上表面，下喷嘴(10)向上射流冲击钢板(8)下表面，每组冷却单元(14)内单独控制喷嘴开闭和流量，实现分区控制。若钢板(8)在辊式淬火机低压段发生变形，弧面面板(4)过渡钢板(8)头部经过每一组冷却单元(14)，避免卡钢现象发生，同时保护喷嘴不被钢板(8)冲撞。钢板(8)经过某一冷却单元(14)后，喷嘴中间段(16)、两个侧段(15)的进水接口(1)停止供水，上喷嘴(11)的均水腔(2)上的均流孔(13)以下保留剩余未流出的冷却水，上喷嘴(11)的集水腔(3)内冷却水由小喷嘴(5)排空，下喷嘴(10)的均水腔(2)、集水腔(3)内冷却水不继续流出，保存在下喷嘴(10)各腔内部。钢板(8)移出辊式淬火机低压段后，所有喷嘴工作完毕。
当喷水淬火钢板(8)宽度小于中间段(16)长度时，两个侧段(15)的进水接口(1)不供水，两个侧段(15)的小喷嘴(5)不喷水，其余操作技术流程与喷水淬火钢板(8)宽度大于等于中间段(16)长度时一致。
实施例2
本实施例提供弧面多角度阵列射流喷嘴拆卸、安装操作技术方案。
如图1、图4所示，射流喷嘴拆卸前，将辊式淬火机低压段所有手动检修阀门关闭，供水管路控制阀组处于失电状态。拆卸上喷嘴(11)时，将钢板(8)由辊式淬火机低压段出口反向运至待拆卸上喷嘴(11)处，松开上喷嘴(11)两侧固定机构(6)的紧固螺栓和上喷嘴(11)的进水接口(1)处连接法兰紧固螺栓，将上喷嘴(11)放置到钢板(8)上，钢板(8)承载上喷嘴(11)由辊式淬火机低压段出口驶出。拆卸下喷嘴(10)时，松开下喷嘴(10)两侧固定机构(6)的紧固螺栓和下喷嘴(10)的进水接口(1)处连接法兰紧固螺栓，用倒链将下喷嘴(10)向上拉动，至下喷嘴(10)的进水接口(1)水平高出下辊道(9)辊面距离大于待进入钢板(8)厚度，将钢板(8)由辊式淬火机低压段出口反向运至待拆卸下喷嘴(10)处，将下喷嘴(10)放置到钢板(8)上，钢板(8)承载下喷嘴(10)由辊式淬火机低压段出口驶出。安装上喷嘴(11)和下喷嘴(10)操作技术流程与拆卸上喷嘴(11)和下喷嘴(10)相反。至此，喷嘴拆装操作技术流程完毕。
实施例3
本实施例提供弧面多角度阵列射流喷嘴堵塞疏通操作技术方案。
如图1所示，首先用直径稍小于小喷嘴(5)喷水孔的金属杆逐个疏通弧形面板(4)内嵌的小喷嘴(5)喷水孔，确保小喷嘴(5)喷水孔内无异物。之后，打开喷嘴两个侧段(15)的集水腔(3)端面的排污孔(7)和中间段(16)的集水腔(3)外壁上的排污孔(7)，由两个侧段(15)的进水接口(1)分别注入流量30～50m3/h、压力0.1MPa的冷却水，由中间段(16)的进水接口(1)注入流量60～100m3/h、压力0.1MPa的冷却水，分别冲洗10min。冲洗完毕后，拧紧排污孔(7)丝堵。至此，喷嘴堵塞疏通操作技术流程完毕。

Claims (8)

1.一种弧面多角度阵列射流喷嘴，其特征在于，该射流喷嘴由进水接口(1)、均水腔(2)、集水腔(3)、弧面面板(4)、小喷嘴(5)、固定机构(6)组成，固定机构(6)分别位于射流喷嘴的两侧，固定机构(6)之间为集水腔(3)，集水腔(3)内设置均水腔(2)，进水接口(1)与均水腔(2)连通，均水腔(2)与进水接口(1)连接处的两侧对称设置均流孔(13)，均水腔(2)与集水腔(3)之间通过均流孔(13)连通，集水腔(3)底部设置弧面面板(4)，弧面面板(4)内嵌小喷嘴(5)，小喷嘴(5)的一端与集水腔(3)连通，小喷嘴(5)的另一端与钢板(8)对应；
弧面面板(4)焊接到集水腔(3)与进水接口(1)连接的另一侧，弧面面板(4)的弧面上加工形成均匀的5～7排螺纹孔，带有螺纹的小喷嘴(5)旋紧固定在弧面面板(4)内，小喷嘴(5)喷水孔直径3～5mm，小喷嘴(5)沿弧面面板(4)长度方向中心线向两侧对称布置，带压冷却水呈散射状射流冲击钢板(8)表面；
射流喷嘴沿长度方向由中间段(16)和两个侧段(15)三段构成，各段独立供水且冷却水流量单独可控，各段由焊接到集水腔(3)内壁的隔板(17)隔开，中间段(16)长度2.5m～3.5m，中间段沿射流喷嘴长度方向配置两个进水接口(1)，中间段(16)的两个侧段(15)长度0.5～1.5m，每段配置一个进水接口(1)。
2.根据权利要求1所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，其特征在于，该射流喷嘴为上喷嘴(11)或下喷嘴(10)。
3.根据权利要求1所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，其特征在于，当小喷嘴(5)为七排时，最中间一排小喷嘴(5)垂直射流冲击钢板(8)表面，其两侧紧挨的两排小喷嘴(5)射流水柱与射流喷嘴垂直中心线夹角为5°～8°，最外侧两排小喷嘴(5)射流水柱与射流喷嘴垂直中心线夹角为18°～20°。
4.根据权利要求1所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，其特征在于，当钢板(8)宽度小于喷嘴中间段(16)长度时，仅开启中间段(16)，实现节水和便于排水的功能；当钢板(8)宽度大于等于喷嘴中间段(16)长度时，中间段(16)、两个侧段(15)同时开启。
5.根据权利要求1所述的弧面多角度阵列射流喷嘴，其特征在于，喷嘴两个侧段(15)的集水腔(3)端面上加工有圆形螺纹排污孔(7)，圆形螺纹排污孔(7)的直径为3～6cm；中间段(16)的集水腔(3)外壁上加工有圆形螺纹排污孔(7)，圆形螺纹排污孔(7)的直径为3～6cm。
6.一种权利要求1至5所述的弧面多角度阵列射流喷嘴的应用，其特征在于，两侧固定机构(6)将射流喷嘴通过紧固螺栓固定在辊式淬火机低压段纵梁上，钢板(8)上侧的上喷嘴(11)和上辊道(12)与下侧的下喷嘴(10)和下辊道(9)沿垂直钢板(8)方向对称布置，上喷嘴(11)、下喷嘴(10)分别与安装其水平方向两侧的上辊道(12)、下辊道(9)组成独立冷却单元(14)，冷却单元(14)内冷却水受上辊道(12)、下辊道(9)阻挡与相邻冷却单元(14)不连通，以实现流量分区控制功能，两组以上冷却单元(14)水平排列，构成辊式淬火机低压段喷水系统。
7.根据权利要求6所述的弧面多角度阵列射流喷嘴的应用，其特征在于，压力0.2～0.5MPa冷却水由进水接口(1)进入端部封闭的长圆管均水腔(2)，均水腔(2)充满水后由上部两排均流孔(13)注入外侧集水腔(3)，集水腔(3)中带压冷却水由内嵌在弧面面板(4)内的小喷嘴(5)喷射出，射流冲击钢板(8)表面。
8.根据权利要求6所述的弧面多角度阵列射流喷嘴的应用，其特征在于，钢板(8)进入辊式淬火机低压段前，压力0.2～0.5MPa冷却水按工艺设定流量分别由中间段(16)的进水接口(1)、两个侧段(15)的进水接口(1)分别注入中间段(16)和两个侧段(15)的均水腔(2)，均水腔(2)充满水后，由上部两排均流孔(13)注入外侧集水腔(3)，集水腔(3)中带压冷却水由内嵌在弧面面板(4)内的小喷嘴(5)喷射出；同时，上辊道(12)、下辊道(9)按钢板(8)厚度调整辊缝、并按工艺淬火速度旋转；上述条件准备好后，钢板(8)经过辊式淬火机高压段、进入辊式淬火机低压段，上喷嘴(11)向下射流冲击钢板(8)上表面，下喷嘴(10)向上射流冲击钢板(8)下表面，每组冷却单元(14)内单独控制喷嘴开闭和流量，实现分区控制；钢板(8)经过某一冷却单元(14)后，喷嘴中间段(16)、两个侧段(15)的进水接口(1)停止供水，上喷嘴(11)的均水腔(2)上的均流孔(13)以下保留剩余未流出的冷却水，上喷嘴(11)的集水腔(3)内冷却水由小喷嘴(5)排空，下喷嘴(10)的均水腔(2)、集水腔(3)内冷却水不继续流出，保存在下喷嘴(10)各腔内部；钢板(8)移出辊式淬火机低压段后，所有喷嘴工作完毕。
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