CN1305593C - 除氧化皮喷嘴 - Google Patents

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Abstract

一种喷嘴(1)的喷嘴孔，包括从椭圆形排放孔(15)中延伸出来并具有30到80°的锥角θ的渐缩区段(16)，以及与该渐缩区段延续相连的大直径区段18，可通过在排放孔(15)与钢板之间的距离不超过600毫米、压力为5到30兆帕且排放流率为40到200升/分钟的情况下来从喷嘴中喷出水来，从而去除钢板上的氧化皮。大直径区段(18)的内径与排放孔(15)的小直径之比不小于3但小于7。另外，来自喷嘴的排放流体在垂直于喷嘴中心轴线的平面内的单一方向(宽度方向)上扩展，并在垂直于宽度方向的方向(厚度方向)上具有1.5到3°的冲刷厚度角。这种除氧化皮喷嘴能够在较低的压力和/或较低的流率下有效地去除氧化皮，同时抑制钢板的冷却。

Description

除氧化皮喷嘴
技术领域
本发明涉及一种用于从热轧制出的轧钢表面上去除氧化皮的除氧化皮喷嘴，以及可用于这种喷嘴的硬质合金喷嘴头。
背景技术
热轧钢是通过在加热炉中于氧化气氛下将钢板加热到约1100到1400℃并通过轧钢机对加热钢板进行热轧来制出的。由于在上述加热炉中的加热，在钢板表面上就形成了包括氧化铁的氧化皮，如果不除去这种氧化皮就进行热轧的话，就会在轧钢表面上形成氧化皮裂纹，这便降低了产品的价值。已经提出了除氧化皮喷嘴，其用于通过高压水流来去除这种氧化皮。
日本专利申请公开No.24937/1996(JP-8-24937A)公开了一种钢板的表面清洗方法，其中将钢板的表面温度加热到不低于850℃，并且用产生于来自喷嘴的排放液流的液滴流动区域中的液滴来冲击钢板的表面以进行清洗。该文献还公开了采用喷嘴排出的液体来冲击含有不少于0.5％重量的硅的钢板的表面。
日本专利申请公开No.334335/2000(JP-2000-334335A)公开了一种高压射流喷嘴，其包括形成为排出流动路径入口的椭圆形开口，以及朝向该椭圆形开口收窄的供给流动路径，其中只有排出流动路径在椭圆长轴方向上的侧壁才在流动方向上扩大，而椭圆短轴方向上的侧壁基本上平行于供给流动路径轴线延伸。
然而，根据这些喷嘴，水将在高压下被喷出，很难在低压或低流率下有效地去除氧化皮。
日本专利申请公开No.263124/2000(JP-2000-263124A)公开了一种除氧化皮喷嘴，其可通过将水从喷嘴中在不低于40兆帕的排放压力下喷出以及使水在排放孔与钢板之间的距离不超过150毫米的情况下冲击在钢板表面上来去除氧化皮，其中排放流体的排放方向在垂直于喷嘴中心轴线的平面内的宽度方向上扩展，排放流体在垂直于宽度方向的厚度方向上具有处于1.5到2.5°范围内的冲刷厚度角。该文献还公开了用于去除氧化皮的扇形雾锥喷嘴，其中在排放孔的上游侧设置了扩大的通道，该扩大通道的内径是排放孔内径的7到10倍，该扩大通道的长度不小于100毫米。另外，该文献公开了一种在高硅含量钢的热轧工艺中去除钢板表面上的氧化皮的方法，其中将水从喷嘴中在不低于40兆帕的排放压力下排出，并且在排放孔与钢板之间保持75到150毫米的距离。
然而，在上述除氧化皮喷嘴和除氧化皮方法中，需要使水在高压和高流率下排出，以便使冲刷量比较大。此外，由于该扩大通道的内径比排放孔更大，因此喷嘴的尺寸也变大。
日本专利出版物No.73697/1994(JP-6-73697B)公开了一种除氧化皮喷嘴，包括：校正流动路径，在其中设有校正器，并且该路径在整个长度上具有基本上相同的直径；形成于校正流动路径的下游侧处的收窄流动路径，其直径在朝向下游侧的方向上逐渐变小；以及形成于收窄流动路径的下游侧处并延伸到射流开口的射流通道，该射流开口开在形成于喷嘴前端面处的沟槽底部处。
日本专利申请公开No.94486/1997(JP-9-94486A)公开了一种除氧化皮喷嘴，其包括直径在朝向下游侧的方向上逐渐变小的流动路径，以及与流动路径相通且延伸到前端中的缝隙式开孔，流动路径和开孔形成在由硬质合金制成的喷嘴主体中。该喷嘴具有形成于喷嘴主体的前端处的下凹表面并具有朝向上游侧收窄的倾斜侧壁，以及开在下凹表面的底部处且延伸到开孔中的射流开口。该文献公开了下凹表面可具有周向壁，其从倾斜壁的上游端沿轴向方向延伸。
这些文献所介绍的喷嘴在提高开孔承受超高水压的耐磨性方面是很有用的。然而，必须在高压和高流率下喷出水以实现较高的除氧化皮效率。
德国专利No.92U17671的说明书公开了一种喷嘴，其包括形成于喷嘴前端处的排放孔、从该排放孔中朝向上游侧以约50°的角度扩展出去的第一锥形流动路径、从第一锥形流动路径的上游端中沿上游方向延伸且内径约为排放孔内径的两倍的第一圆柱形流动路径、从第一圆柱形流动路径的上游端中沿上游方向以约70到80°的角度扩展出去的第二锥形流动路径、从第二锥形流动路径的上游端中沿上游方向延伸且内径约为排放孔内径的四倍的第二圆柱形流动路径，以及从该圆柱形流动路径的上游端中沿上游方向逐渐扩展和延伸的倾斜流动路径(见德国专利No.92U17671的说明书之图1)。
然而，即使在这种喷嘴中，也应当在高压和高流率下喷出水以实现较高的除氧化皮效率。另外，由于形成了两个锥形流动路径，因此喷嘴本质上具有比较复杂的结构。此外，很难采用硬质合金来制造具有两个锥形流动路径的喷嘴头。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种除氧化皮喷嘴和硬质合金喷嘴头，其即使在较低的压力和/或较低的流率下也能实现有效的氧化皮去除。
本发明的另一目的是提供一种除氧化皮喷嘴和硬质合金喷嘴头，其能够提高除氧化皮性能(或效率)且能抑制钢板的冷却。
本发明的另外一个目的是提供一种除氧化皮喷嘴和硬质合金喷嘴头，其结构紧凑且除氧化皮性能(或效率)高。
本发明的另外一个目的是提供一种可用于在热轧工艺中去除钢材的氧化皮的除氧化皮喷嘴和硬质合金喷嘴头。
本发明的发明人进行了大量的研究以实现上述目的，最终发现，通过形成以特定的锥形渐缩的方式从开在前端下凹表面处的排放孔中延伸出来的喷嘴孔，即使在较低的压力和/或较低的流率下也能显著地提高除氧化皮效率。本发明已经基于上述发现得到了实现。
也就是说，本发明的除氧化皮喷嘴是一种用于通过从喷嘴中喷出水来从钢板表面上除氧化皮的除氧化皮喷嘴，该喷嘴具有喷嘴孔，其包括：开在前端的下凹表面或下凹区域处的排放孔，从排放孔中延伸出来的渐缩区段(锥形或纺锤形的渐缩区段等)，以及与渐缩区段延续相连的大直径区段(圆柱形的扩大直径部分等)。在该喷嘴中，渐缩区段的锥角θ并没有特别的限制，其可形成为约30到80°(例如约40到70°)。此外，大直径区段的内径D1与排放孔的小直径D2之比(D1/D2)可以是不小于3，或者是不小于3但小于7。为了将喷嘴制成为比较紧凑，大直径区段的内径D1与排放孔的小直径D2之比(D1/D2)例如可以是约3到6(例如约4到6)。排放孔的形状(或结构)可以是椭圆形。此外，通常在喷嘴中，来自喷嘴的排放流体在垂直于喷嘴中心轴线的平面内沿单一方向(宽度方向)扩展。此外，喷嘴可具有在与排放流体的宽度方向垂直的方向(厚度方向)上为1.5到3°的冲刷厚度角。
更具体地说，喷嘴的流动路径可包括开在前端的下凹表面或下凹区域处的椭圆形结构(或形状)的排放孔、从排放孔中朝向上游侧延伸并以40到60°的锥角θ扩展的渐缩流动路径，以及从渐缩流动路径的上游端中延伸出来且内径基本上相同的圆柱形流动路径。另外，在椭圆形的排放孔中，大直径与小直径之比为约1.2到2.5，锥形流动路径的内径D1与排放孔的小直径D2之比(D1/D2)可以是约4到6。
在喷嘴中，喷嘴头(由硬质合金形成的喷嘴头)通常连接或安装在喷嘴的前端上。本发明还包括连接在上述喷嘴的前端上的喷嘴头。该喷嘴头由硬质合金形成，其上游端的内径D1与排放孔的小直径D2之比(D1/D2)不小于3。喷嘴头可包括开在形成于前端处的下凹表面或下凹区域中的排放孔，以及从该排放孔中以预定的锥角θ朝向上游侧扩展的锥形流动路径。另外，下凹表面或下凹区域可包括倾斜的侧壁，其从前端中朝向上游侧沿着径向方向向内倾斜。
上述喷嘴可用作通过在较低的压力(例如5到30兆帕的压力)和/或较低的排放流率(例如40到200升/分钟的排放流率)下从喷嘴中喷出水来从钢板上去除氧化皮的除氧化皮喷嘴。它还可用作通过在排放孔和钢板之间的距离不超过600毫米(例如不超过200毫米)的情况下从喷嘴中喷出水来从钢板(例如低硅含量的钢板或普通钢板)的表面上去除氧化皮的除氧化皮喷嘴。
根据这种喷嘴，由于喷嘴孔包括开在前端的下凹表面处的排放孔、延伸到排放孔中的渐缩区段(或部位)以及大直径区段(或圆柱形空心部位)，因此即使在较低的排放压力或较低的排放流率下也都可以提高冲击力，因而提高了除氧化皮效率。由于还可在较低流率的情况下提高冲刷效率，因此可以显著地抑制钢板的温度下降(或降低)。
在本说明书中，用语“大直径区段”指在上游方向上与延续连接在排放孔上的渐缩区段延续相连的流动路径，并且指从渐缩区段的上游端中以内径D1基本上相同的方式而延伸的流动路径。因此，用语“大直径区段”在使用中与用语“圆柱形流动路径”同义。从渐缩区段的上游端中“内径基本上相同”指以0到3°(尤其是0到2°)的倾角延伸的流动路径的平均内径。超过3°的倾角定义为锥角。用语“以内径基本上相同的方式延伸的流动路径”指这样一种流动路径，其流动路径的长度L与流动路径的内径D1之比(L/D1)不小于1。另外，即使一部分流动路径具有基本上相同的内径，如果流动路径的长度L与流动路径的内径D1之比(L/D1)小于1(L/D1＜1)，那么这一部分也应被视为渐缩区段的一部分。因此，在具有以内径基本上相同的方式从排放孔中沿上游方向延伸的圆柱形流动路径以及以渐缩的方式从圆柱形流动路径中沿上游方向延伸的锥形流动路径的喷嘴或喷嘴头中，或者在具有以渐缩的方式从排放孔中沿上游方向延伸的锥形流动路径以及以内径基本上相同的方式从锥形流动路径中沿上游方向延伸的圆柱形流动路径的喷嘴或喷嘴头中，如果流动路径的长度L与圆柱形流动路径的内径D1之比(L/D1)小于1(L/D1＜1)，那么该圆柱形流动路径就形成为渐缩流动路径。此外，用语“大直径区段的内径与排放孔的小直径之比”指的是“大直径区段的下游端(或渐缩区段的上游端)的内径与排放孔的小直径之比”。
附图说明
图1是显示了本发明的除氧化皮喷嘴的一个实施例的示意性透视图。
图2是沿图1中线II-II的示意性截面图。
图3是图1所示喷嘴的前端的示意性正视图。
图4是显示了本发明的喷嘴前端的另一实施例的示意性局部透视图。
图5是显示了图4所示喷嘴前端的示意性截面图。
图6是显示了渐缩区段的另一实施例的示意性截面图。
图7是显示了外壳的上游端的另一实施例的示意性视图。
图8是显示了用于比较示例中的喷嘴的示意性纵向截面图。
图9是显示了示例3中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布的图。
图10是显示了示例2中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布的图。
图11是显示了示例1中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布的图。
图12是显示了比较示例3中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布的图。
图13是显示了比较示例2中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布的图。
图14是显示了比较示例1中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布的图。
具体实施方式
下面将通过在必要时参考附图来详细地介绍本发明。
图1是显示了本发明的除氧化皮喷嘴的一个实施例的示意性透视图，图2是沿图1中线II-II的示意性截面图，而图3是图1所示喷嘴的前端的示意性正视图。
如图1到3所示，除氧化皮喷嘴1包括：圆柱形外壳2，水将从上游侧流入其中，它还具有圆柱形的流动路径(空心的圆柱形通道或喷嘴孔)；其中将安装外壳的圆柱形喷嘴罩11；以及硬质合金的喷嘴头12，其安装在喷嘴罩的前端上并用于经由流动路径(或喷嘴孔)来从其前端中排出流体。喷嘴孔或流动路径形成于这些零件的中心轴线的轴向方向上。在该实施例中，圆柱形外壳2包括可被拧入到喷嘴罩11中的第一外壳2a，以及将安装在该外壳2a上的第二外壳2b，第一外壳2a和第二外壳2b通过螺纹连接或其它方式相连。
在第二外壳2b的上游端的周向面和端面(平面)处以预定的间隔在周向上形成了多个缝隙(或流入口)3，从而形成了过滤器，这些缝隙在轴向方向上延伸，用于允许水流入但可防止异物流入。另外，为了将水引导成从过滤器流向喷嘴孔，在第二外壳2b内的流动路径中设置或安装了校正单元(或校正器或稳流器)4，该校正单元4设有多个从芯体中沿径向方向延伸的校正板(校正叶片)5，以及尖锐的锥形部分(分别在上游侧和下游侧处收窄到一点上的锥形部分6)6a和6b，这些锥形部分在芯体的上游侧和下游侧处同轴地形成，并具有分别指向上游和下游方向的尖锐端部。形成了过滤器且装有校正单元的第二外壳2b可称为过滤单元或校正外壳。校正单元4的校正板5与外壳的内壁相接触，校正单元4通过固定手段(接合、安装、焊接、粘结等)被限制为只能进行朝向下游侧的运动。
圆柱形外壳2的流动路径包括：圆柱形流动路径P1，其从第二外壳2b的上游端(流入进口)延伸到校正单元4的下游端，并具有基本上相同的内径；倾斜流动路径(环形的倾斜流动路径)P2，其从上述校正单元4的下游端沿下游方向延伸到第一外壳2a的中部，并通过逐渐或逐步的斜面以渐缩的方式收窄；以及圆柱形流动路径P3，其从倾斜流动路径的下游端中沿下游方向延伸，并且其内径基本上相同。在该实施例中，形成为倾斜流动路径(环形的倾斜流动路径)P2的倾斜壁(渐缩区段)的锥角例如形成为约5到10°。
在喷嘴罩11中，从前端朝向上游方向顺序地安装了硬质合金的喷嘴头12和衬套(或环形侧壁)17，该衬套17具有内径与第一外壳2a下游端的内径基本上相同的流动路径，并且通过接合台肩13来防止喷嘴头12沿前端方向脱落。在喷嘴头12的前端面处沿径向方向形成了截面为U形结构的曲形沟槽14，并且在曲形沟槽14的曲形下凹表面处开有椭圆形的排放孔15。截面为U形结构的曲形沟槽14的底面可以是具有处于最低区域处的排放孔15的曲形底面，并且在朝向底面延伸的方向(或径向方向)的两端处升高。
喷嘴1的在轴向方向上延伸的喷嘴孔包括：排放孔(或喷射开口)15，其开在上述曲形下凹表面14中并呈椭圆形状(或结构)；形成于喷嘴头12中的锥形流动路径P5，其由从排放孔15中沿轴线朝向上游方向以直径直线式扩大的方式延伸的渐缩区段(或锥形倾斜壁)16形成；以及由衬套17形成的圆柱形流动路径P4，其从渐缩区段16的上游端中沿轴向方向以内径基本上相同的方式在上游方向上延续。也就是说，喷嘴1的流动路径(喷嘴孔)包括：椭圆形的排放孔15，其开在前端的曲形下凹表面14处；渐缩流动路径(或锥形流动路径)P5，其从排放孔中朝向上游侧延伸并因渐缩侧壁(锥形侧壁)16的缘故而以预定的锥角θ扩展或延伸；以及大直径的圆柱形流动路径(从渐缩流动路径P5的上游端延伸到校正单元4的上游端的流动路径)P4到P1，该大直径圆柱形流动路径从渐缩流动路径的上游端中延伸出来，并且因衬套17的环形侧壁的缘故而使内径基本上相同。从渐缩区段16的上游端中以内径基本上相同的方式延伸的流动路径(在该实施例中为从大直径区段的上游延伸到逐渐倾斜的流动路径P2的下游端中的圆柱形流动路径P3和P4)可设置为大直径区段18。
此外，椭圆形的排放孔15可形成为使其大直径与小直径之比为约1.5到1.8，关于椭圆形排放孔15与大直径区段18之间的关系，大直径区段18(圆柱形流动路径P3和P4，或者是倾斜流动路径P2的从校正单元朝向下游方向延伸的下游端)的内径D1与排放孔15的小直径D2之比(D1/D2)设定为约4.5到6.9，以便将喷嘴制成为比较紧凑。此外，为了即便在较低的压力和/或较低的流率下也提高冲击力，渐缩区段16的角度(锥角)θ形成为约45到55°。
在喷嘴罩11或圆柱形外壳2(在该实施例中为喷嘴罩)的适当位置或部位处可形成有轴环单元(或凸缘)19或其它连接部分，其用于通过使用接头(未示出)来将喷嘴1与管道(未示出)相连。另外，在喷嘴罩11上可形成有用于相对于管道来定位的突起20，以便提高定位的精确性，并且使得能够沿着预定的方向喷出扇形的或条状的排放流体。
当使用这种喷嘴1时，由于渐缩区段16从喷嘴孔的大直径区段18中直线式地倾斜到排放孔15中，因此可以实现陡峭的冲击力分布，并且可在较低的压力和较低的流率下有效地去除氧化皮，即便在紧凑的设置中时也是如此。另外，由于去除氧化皮可在较低的压力和较低的流率下进行，因此可以提高除氧化皮效率并且抑制钢板的冷却。此外，通过使喷嘴1接近钢板，便可进一步增大冲击力以提高除氧化皮性能。因此，上述喷嘴1可用作除氧化皮喷嘴(或扇形雾锥除氧化皮喷嘴)，以通过喷水来从由热轧等工艺生产出来的钢板表面上去除氧化皮。
在本发明的喷嘴中，只要喷嘴具有从大直径区段经预定的渐缩区段延伸到排放孔中的喷嘴孔，并且能够设置扇形雾锥喷嘴，那么包括有排放孔的喷嘴孔的形状就不应受到特别的限制，可以使用各种喷嘴孔。例如，喷嘴前端处的下凹表面不应限制为上述截面为U形结构(曲形截面)的沟槽，并且可以是曲形的下凹表面(开口或前端较宽而上游或底端较窄的曲面，例如，曲形的下凹表面如球形下凹表面、椭圆形下凹表面、碗状下凹表面或钟形下凹表面)。此外，喷嘴前端处的下凹表面可由具有以弯曲的或直线的方式倾斜的侧壁的下凹部分(或部位)来形成。
图4是显示了本发明的喷嘴前端的另一实施例的示意性局部透视图，而图5是显示了图4所示喷嘴前端的示意性截面图。在该实施例中，在安装或固定于喷嘴罩21上的硬质合金喷嘴头22的前端处形成了椭圆形下凹区域24(或环形下凹区域)，该下凹区域24包括倾斜侧壁24a和周向壁24b，倾斜侧壁24a从喷嘴前端中沿径向方向朝向上游侧以直线或弯曲的方式向内倾斜(或收窄)，而周向壁24b从倾斜侧壁的上游端中沿轴向方向延伸。在这种下凹区域24的中心部位或部分处开有椭圆形排放孔25，其具有与上述椭圆形下凹区域24的长轴相同的轴线。如同上述实施例一样，从该排放孔(或上述周向壁的上游端)25中沿上游方向形成了渐缩流动路径(或锥形流动路径)P5和流动路径(大直径流动路径或大直径区段)P4(或P4到P1)，渐缩流动路径P5因渐缩环形侧壁(或渐缩侧壁)26的缘故而以预定的锥角θ扩展或延伸，而流动路径P4因衬套或环形侧壁27的缘故而以内径基本上相同的方式延伸。
即使在这种喷嘴中，由于水可经由大直径区段和渐缩区段而从排放孔中喷出，因此即使在较低的压力和/或较低的流率下也可提高除氧化皮效率。此外，由于通过周向壁可保证在排放孔的整个圆周上具有预定的厚度，并且可增大渐缩区段(或渐缩侧壁)与倾斜侧壁之间的角度来使壁变厚，因此可提高包括排放孔在内的喷嘴孔的耐磨性。此外，由于倾斜侧壁形成在排放孔的整个圆周上，并且排放孔位于较深的部位或区域处，因此即使从喷嘴中流出的排放流体从钢板等上溅射回来，也不必担心回溅水对排放孔及其周边区域的冲击。因此可以提高喷嘴的耐用性。
由于排放孔的整个圆周增厚以便在即使未形成下凹表面或下凹区域的周向壁的情况下也能提高喷嘴的耐磨性，因此并不是特别需要有上述下凹表面或下凹区域的周向壁，排放孔可开在上述倾斜侧壁处。另外，周向壁的壁面不必是在轴向方向上延伸的平表面，它可以是圆形的或曲形的表面。上述倾斜侧壁可与排出的水相接触，从提高排放部位的耐磨性以及维持或保持来自排放孔的射流模式的方面来说，所喷出的水优选不与倾斜侧壁接触。因此，倾斜侧壁的倾角可调整为不与所排出的水相接触的角度，也就是说，例如为约45到80°，尤其为约50到70°。
喷嘴孔通常可包括开在前端的下凹表面或下凹区域处的排放孔、从排放孔中延伸出来的渐缩区段，以及与渐缩区段延续相连的大直径区段，并且通常在排放孔和喷嘴头的端面之间形成了倾斜壁。
排放孔的形状并不限于上述特定的椭圆形状，可以采用其它形状如扁平形状的排放孔，但一般采用椭圆形状。例如，对于椭圆形排放孔来说，大直径与小直径之比设定成使得大直径/小直径例如为约1.2到3，优选为约1.2到2.5，最好为约1.4到2。
渐缩区段可以预定的角度直线式地(或线性地)倾斜，也可以多个不同的角度倾斜，或者曲形式地倾斜。图6是显示了渐缩区段的另一实施例的示意性截面图。
在该实施例中，在安装或连接在喷嘴罩31上的喷嘴头32上形成了从排放孔中沿上游方向延伸的渐缩区段(渐缩侧壁)36，该渐缩区段包括两个渐缩区段，例如，具有较大锥角(倾角)θ1的第一渐缩区段(锥形侧壁)36a和从第一渐缩区段的上游端中延续伸出的第二渐缩区段(截头锥形侧壁)36b，其具有比第一渐缩区段36a更小的锥角(倾角)θ2。第一渐缩区段36a可具有约50到90°(如约50到80°)的锥角θ1，而第二渐缩区段36b可具有约20到55°(如约30到50°)的锥角θ2。另外，由衬套或环形壁37所形成的圆柱形流动路径从第二渐缩区段36b的上游端处连续地延伸出。
上述渐缩区段可以是包括有多个渐缩区段的多阶式(或多段式)渐缩区段(例如不少于三个渐缩区段)，各区段具有不同的角度。所述多个渐缩区段可形成为使得它们的锥角朝向上游方向连续地增大或连续地减小。虽然这些多个渐缩区段可形成为从前端处的渐缩区段中在上游方向上是分开的，然而这些多个渐缩区段通常形成为与前端处的渐缩区段相邻或相连续。此外，只要形成了内径从排放孔中朝向轴向方向的上游侧连续增大的渐缩区段，就可以通过纺锤形的曲面(曲形渐缩表面)来形成渐缩表面。
上述渐缩区段的角度(锥角)θ并不受到特别的限制，并且可从约20到80°的范围内选择，并且通常可从例如约30到80°的范围内、优选从约35到75°(如约35到60°)的范围内，更理想从约40到70°的范围内、最好从约40到60°的范围内选择。在渐缩区段包括有多个渐缩部分或曲形部分的情况下，上述锥角θ指由将位于排放侧(下游侧)的最小孔部位(排放孔)与位于上游侧的大直径区段的起始端相连的直线所形成的角度。
顺便提及，大直径区段的内径D1与排放孔的小直径D2之比(D1/D2)并不受到特别的限制，它可以是约2到10。为了将喷嘴制成为比较紧凑，比(D1/D2)应当不小于3(尤其是不小于3但小于7)，例如可以是约3到6.9(例如约3到6)，优选是约3.5到6.9(例如约3.5到6)，更理想是约4到6.5(例如约4到6)，最好是约4.5到6(例如约4.5到5.5)。顺便提及，大直径区段的内径D1可以是约8到20毫米(例如约8到15毫米，优选为约9到15毫米)。
虽然大直径区段在许多情况下通常形成为内径基本上相同，然而只要除氧化皮效率不下降，就可将上述倾斜区段设置成内径以0到3°的角度朝向上游方向稍稍增大的倾斜部分。上述圆柱形外壳的倾斜流动路径或通道(环形倾斜流动路径)P2可形成为具有大于3°到小于25°(优选约5到15°)的锥角。大直径区段(圆柱形大直径区段或大直径流动路径部位)的总长并未被特别地限制为一个特定值，它例如可以是约30到300毫米(例如约50到200毫米)，优选为约50到150毫米(例如约75到150毫米)。从渐缩区段的上游端中以内径基本上相同的方式延伸的大直径区段的长度(例如在如图2所示的实施例中为延伸到第一外壳的中部处的流动路径的长度)例如可以是约25到200毫米(例如约30到150毫米)，优选为约35到150毫米(例如约40到125毫米)。
本发明的喷嘴包括从排放孔中沿上游方向延伸的渐缩区段以及从渐缩区段中以内径基本上相同的方式延伸的大直径区段就足够了，上述圆柱形外壳并不是必需的。此外，圆柱形外壳并不必通过第一外壳和第二外壳来设置，它也可设置为仅具有一个外壳。
此外，校正单元不必设置在喷嘴的上游侧处，通常会设置一个校正装置如上述稳流器(或校正单元)。另外，稳流器可设置在大直径区段(或大直径流动路径)的上游侧。此外，如上所述，稳流器可设置在外壳内的倾斜区段(或倾斜流动路径)的上游侧处，该倾斜区段形成于内径基本上相同以及内径逐渐且连续增大的大直径区段或圆柱形区段的上游侧。另外，稳流器可通过将其固定或连接到具有基本上相同直径的大直径区段的上游侧处的预定位置中来设置。稳流器的结构并不特定地限制为特定的结构，其可由多个径向延伸的叶片(校正板或片)或格子状或蜂窝状的流动路径组成，或者如上所述，由多个从轴向件或芯体中在周向上以预定间隔径向地延伸的叶片组成，其中该轴向件或芯体与喷嘴同轴地延伸。此外，锥形部分并不必设置在稳流器的上游侧和/或下游侧，在实践中可安装或设置用于引导水的校正导向件(例如上述锥形部分或锥形或鼻形的导向件)。另外，校正板的数量并不受到特别的限制，它例如可以是约4到16个。
圆柱形外壳的上游端并不限于上述平端面，它可以形成为曲形的端面或凸起的端面。图7是显示了圆柱形外壳的上游端的另一实施例的示意图。
在该实施例中，圆柱形外壳42的上游侧处的端部形成为鼻形的或头形的曲形端部，在圆柱形外壳42的端部的周向面和曲形面上，沿周向在预定的间隔处形成了多个在轴向方向上延伸的缝隙43。水的注入可以流畅地进行，以从排放孔中以较高的冲击力分布均匀地射出或喷出排放流体，即使在外壳中存在有缝隙时也是如此。
构成上述过滤器的流入进口并不限于轴向延伸的缝隙，也可以是在周向上延伸的缝隙、在随机方向上延伸的缝隙，或者是多个孔(或开口)。另外，流入进口并不限于设于周向面和端面处，而是可形成在圆柱形外壳的周向面上或形成在上游端面上。此外，还可在圆柱形外壳的设有开口的上游端内设置校正单元，以代替形成构成了圆柱形外壳上的过滤器的流入进口。
从上文中可以清楚，本说明书还公开了喷嘴头，其用于形成与具有几乎相同内径的圆柱形大直径区段(大直径流动路径)相连续的喷嘴孔。喷嘴头包括开在前端的下凹表面或下凹区域处的排放孔，以及形成为从排放孔中朝向上游方向具有预定锥角θ的渐缩区段(或锥形壁区段)。这种喷嘴头具有：(1)喷嘴头，其具有由渐缩区段所形成的锥形流动路径，该渐缩区段从排放孔中沿上游方向以30到80°的锥角θ延伸到上游端，或(2)喷嘴头，其具有从排放孔中沿上游方向以内径基本上相同的方式延伸并且长度L与内径D1之比(L/D1)小于1(L/D1＜1)的流动路径，以及由以30到80°的锥角θ从流动路径中沿上游方向延伸的渐缩区段所形成的锥形流动路径。喷嘴头还可具有(3)由以30到80°的锥角θ从排放孔中沿上游方向延伸的渐缩区段所形成的锥形流动路径，以及以内径基本上相同的方式从锥形流动路径中沿上游方向延伸的流动路径。在喷嘴头(3)中，从锥形流动路径中沿上游方向延伸的流动路径可设置成使得流动路径的长度L与内径D1之比(L/D1)小于1(L/D1＜1)或不小于1。
喷嘴头可包括形成在前端处的下凹表面或下凹区域、形成在下凹表面或下凹区域的中心处的排放孔，以及以预定的锥角θ从排放孔中沿上游方向延伸的锥形流动路径。另外，形成于喷嘴头端部处的下凹区域可包括倾斜侧壁，其从喷嘴前端中朝向上游方向在径向方向上向内倾斜。
本说明书还公开了一种具有装配或连接(或安装)在前端上的上述喷嘴头的喷嘴罩，尤其是包括有装配(或连接或安装)在前端处的上述喷嘴头和衬套的喷嘴罩，该衬套设于喷嘴头的渐缩区段的上游端处，并形成了内径与源于渐缩区段上游端的上述大直径区段基本上相同的流动路径。
上述喷嘴还可用于在高压和/或高流率下从钢板(例如硅含量不小于0.5％重量、尤其是硅含量不小于1％重量的高硅含量的钢板)上去除氧化皮。在这种方法中，水可在超过30兆帕(例如约35到80兆帕，优选是约37到60兆帕，最好是约40到50兆帕)的压力下排出或射出。另外，水可从排放孔中以较大的排放流率射出，例如流率不小于80升/分钟(例如约80到300升/分钟，优选是约80到250升/分钟，最好是约80到150升/分钟)。
本发明的喷嘴即使在较低的压力和/或较低的流率下也能显著地提高除氧化皮效率。因此，通过该优选的除氧化皮方法，就可通过在较低的压力下从喷嘴中喷出水来从钢板上去除氧化皮，例如，排放压力或射流压力例如为约5到30兆帕(优选为约8到25兆帕，最理想是约10到20兆帕，最好是约12到18兆帕)。此外，即使水的流率较低，也可通过从喷嘴中喷出水来从钢板上去除氧化皮。因此就可以抑制或阻止除氧化皮工艺中的钢板冷却，并且可以顺利地进行热轧。水的排放流率或射流流率例如可从约40到200升/分钟的范围内选择，通常可以是约45到150升/分钟，优选为约50到100升/分钟。根据本发明的喷嘴和方法，即使在较低如约40到100升/分钟(如约50到80升/分钟)的排放流率下，也能得到较高的除氧化皮效率。
根据本发明的方法，相对于待处理基材(钢板)的排放距离(喷射距离)例如可从不超过600毫米(例如约50到500毫米)的范围内适当地选择，只要不会对除氧化皮效率带来不利影响即可。为了有效地去除氧化皮，喷嘴在置于离钢板较近时使用。排放距离可以是大约不超过200毫米(优选约50到200毫米，更理想是约50到180毫米，最好为约75到170毫米)。排放距离通常为约50到150毫米(如约75到150毫米)。
来自喷嘴的排放流体通常在垂直于喷嘴中心轴线的平面内沿单一方向(平面方向或宽度方向)扩展。这种喷嘴(扇形雾锥喷嘴)通常在与宽度方向垂直的方向(厚度方向)上具有预定的冲刷厚度角Φ，并且水以预定的冲刷厚度角Φ来排放(喷出)或喷射。只要不会降低除氧化皮效率，那么冲刷厚度角可以不被特别地限于一个特定的角度，其例如可为约1.5到3°(优选约2到2.5°)。冲刷厚度角Φ可由下式来计算：
            Φ＝2tan-1[(t-d)/2H]
其中t(mm)为冲刷厚度，d(mm)为喷嘴排放孔的小直径，而H(mm)为喷射距离或射流距离。
根据这种喷嘴，可以实现陡峭但均匀的冲击力分布。也就是说，根据本发明的喷嘴和方法，排放流体的冲击力分布不仅显示出在宽度方向上的两侧具有陡峭的升高，而且在宽度方向上显示出整体上大致均匀的冲击力。另外，通过使用本发明的喷嘴和方法，可在冲击力分布中的排放流体宽度方向上的很广范围内得到均匀且较高的冲击力。至于冲击力分布，本发明的喷嘴与具有山形冲击力分布的现有技术喷嘴的显著不同在于，其冲击力在宽度方向上的中心区域处较强，而冲击力朝向两侧区域减小。
因此，通过本发明的喷嘴和方法，即使在较低的压力和/或较低的流率下也能达到较大的铝冲刷量。例如，对于JIS-5050(日本工业标准)的铝来说，在15兆帕的压力和66升/分钟的排放流率的条件下喷水时，铝的冲刷量在离喷嘴的射流或喷射距离(排放孔和钢板之间的距离)为150毫米时为约0.01到0.015克，在射流距离为130毫米时为约0.02到0.025克，在射流距离为100毫米时为约0.028到0.033克。
根据本发明，由于喷嘴孔设有渐缩区段和从开在下凹表面处的排放孔中延伸出来的大直径区段，因此即使在较低的压力和/或较低的流率下也能够有效地去除氧化皮。另外，由于去除氧化皮可在较低的排放流率下有效地进行，因而可提高除氧化皮效率且抑制钢板的冷却。此外，即使在紧凑的结构下也能够提高除氧化皮性能。因此，本发明可用于在热轧工艺中去除低硅含量的钢板上的氧化皮。
本发明的工业应用性说明如下：
本发明可用于去除各种钢板的表面上的氧化皮(在热轧工艺中对钢板表面去除氧化皮)，钢板的类型并不限定为特定的板。例如，钢板可以是具有高硅含量的高硅钢板，本发明也可用于对具有低硅含量的低硅钢(例如硅含量不超过0.5％重量(约0.2到0.5％重量)的普通钢等)有效地去除氧化皮。
虽然下面将基于示例来介绍本发明，然而本发明并不限于这些示例。
示例1到3
采用如图2所示的喷嘴来进行喷射。该喷嘴具有：处于喷嘴头中的排放孔(具有大直径为3.78毫米、小直径为2.31毫米且大直径与小直径之比为1.6的椭圆形状)；锥角θ为50°的渐缩区段；内径为Φ11毫米、长度为43.4毫米且延伸到喷嘴罩和第一外壳的中部上的圆柱形流动路径(大直径区段)；从圆柱形流动路径(大直径区段)的上游端中以7.5°的锥角延伸出去的倾斜区段(倾斜流动路径)(长度为36.1毫米)；从倾斜流动路径的上游端中延伸出来的内径为Φ16毫米的圆柱形流动路径，其具有安装于其中的稳流器(叶片的轴向长度为16毫米；采用了8个从轴线部分中径向延伸出来的叶片)；以及多个形成于第二外壳的上游端处的缝隙。延伸到第一外壳中部处的圆柱形流动路径(大直径区段)的内径D1与排放孔的小直径D2之比(D1/D2)为4.8。上述稳流器在其上游侧和下游侧安装有其前端分别朝向上游侧和下游侧的锥形件。
将喷射的射流压力(水压)设定为15兆帕，排放流率设定为66升/分钟，在喷射距离为150毫米且铝冲刷时间为900秒(示例1)、喷射距离为130毫米且铝冲刷时间为900秒(示例2)以及喷射距离为100毫米且铝冲刷时间为600秒(示例3)的条件下，针对JIS-5050型铝来研究铝(Al)冲刷量(30秒内的变化量)和冲击力分布。
比较示例1到3
采用如图8所示的喷嘴。该喷嘴具有：开在喷嘴头中的具有U形截面的沟槽的下凹表面处的排放孔(具有大直径为3.78毫米、小直径为2.31毫米且大直径与小直径之比为1.6的椭圆形状)55；从排放孔中朝向上游方向延伸且内径为Φ5毫米的流动路径(长度为10毫米)P15；从流动路径的上游端中以预定的锥角朝向上游方向平缓延伸的倾斜流动路径(长度为22毫米)P14，其在上游端处的内径为Φ7.6毫米；从倾斜流动路径的上游端中以θ＝7.5°的锥角朝向上游方向平缓延伸的收窄流动路径(长度为54毫米)P13，其在上游端处的内径为Φ13毫米；以及具有与收窄流动路径的上游端相同的内径的圆柱形流动路径P12，其中安装了与上述示例相同的稳流器54，并且在上游端处与流入进口53延续相接。
采用上述喷嘴并以与示例中相同的方式来研究铝(Al)冲刷量(30秒内的变化量)和冲击力分布。
结果如表1所示，示例1到3中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布如图9到11所示，比较示例1到3中的排放流体在宽度方向上的冲击力分布如图12到14所示。
                                    表1
  喷射距离和冲刷时间   Al冲刷量(30秒)   冲击力分布
  端部处升高   宽度方向上的均匀性
 示例1   150毫米×900秒   0.013克   陡峭   两侧较高且大致均匀
 示例2   130毫米×900秒   0.024克   陡峭   两侧较高且大致均匀
 示例3   100毫米×600秒   0.029克   陡峭   两侧较高且大致均匀
 比较示例1   150毫米×900秒   0.002克   平缓   山状分布
 比较示例2   130毫米×900秒   0.010克   平缓   山状分布
 比较示例3   100毫米×600秒   0.021克   平缓   山状分布
从表和图中可以清楚，与比较示例相比，通过示例可以得到较高的除氧化皮性能。
比较示例4
通过采用下述喷嘴来代替示例1的喷嘴但以与示例1相同的方式来研究铝(Al)的冲刷量(30秒内的变化量)，铝(Al)的冲刷量为0.004克。该喷嘴具有：开在喷嘴头中的具有U形截面的沟槽的下凹表面处的排放孔(具有大直径为3.78毫米、小直径为2.31毫米且大直径与小直径之比为1.6的椭圆形状)；从排放孔中朝向上游方向以50°的锥角延伸的倾斜流动路径，其在上游端处的内径为Φ6毫米；从倾斜流动路径的上游端中以约5°的锥角朝向上游方向平缓延伸的倾斜流动路径(长度为11毫米)，其在上游端处的内径为Φ11毫米；从倾斜流动路径的上游端中以θ＝7.5°的锥角朝向上游方向平缓延伸的收窄流动路径(长度为54毫米)，其在上游端处的内径为Φ13毫米；以及具有与收窄流动路径的上游端相同的内径的圆柱形流动路径，其中安装了与上述示例相同类型的稳流器，并且在上游端处与流入进口延续相接。
比较示例5
通过采用下述喷嘴(对应于德国专利No.92U17671的说明书中所公开的喷嘴)来代替示例1的喷嘴但以与示例1相同的方式来研究铝(Al)的冲刷量(30秒内的变化量)，铝(Al)的冲刷量为0.007克。该喷嘴具有：开在喷嘴头中的具有U形截面的沟槽的下凹表面处的排放孔(具有大直径为3.78毫米、小直径为2.31毫米且大直径与小直径之比为1.6的椭圆形状)；从排放孔中朝向上游方向以50°的锥角延伸的第一倾斜流动路径，其在上游端处的内径为Φ6毫米；从倾斜流动路径的上游端中朝向上游方向以Φ6毫米的内径延伸的圆柱形流动路径(长度为9毫米)；从圆柱形流动路径的上游端中以80°的锥角朝向上游方向延伸的第二倾斜流动路径；从第二倾斜流动路径的上游端中以Φ11毫米的内径朝向上游方向延伸的圆柱形流动路径(长度为43毫米)；从圆柱形流动路径的上游端中以θ＝7.5°的锥角朝向上游方向平缓延伸的收窄流动路径(长度为54毫米)，其在上游端处的内径为Φ13毫米；以及具有与收窄流动路径的上游端相同的内径的圆柱形流动路径，其中安装了与上述示例相同类型的稳流器，并且在上游端处与流入进口延续相接。

Claims (19)

1.一种用于通过从喷嘴中喷出水来从钢板表面上去除氧化皮的除氧化皮喷嘴，所述喷嘴具有喷嘴孔，其包括：
开在前端的下凹表面或下凹区域处的排放孔，
从所述排放孔中以30到80°的锥角(θ)朝向上游侧延伸的渐缩区段，和
与所述渐缩区段延续相连的大直径区段；以及
所述大直径区段的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比不小于3。
2.根据权利要求1所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，所述排放孔具有椭圆形的形状，所述大直径区段的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比为3到6。
3.根据权利要求1所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，通过在5到30兆帕的压力和40到200升/分钟的排放流率下从所述喷嘴中喷出水来从钢板上去除氧化皮，其中所述锥形渐缩区段的锥角(θ)为40到70°，所述大直径区段的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比为4到6。
4.根据权利要求1所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，来自所述喷嘴的排放流体在垂直于所述喷嘴的中心轴线的平面内的单一方向上扩展，所述喷嘴在垂直于所述宽度方向的方向上具有1.5到3°的冲刷厚度角。
5.根据权利要求1所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，所述喷嘴的流动路径包括开在所述前端的下凹表面或下凹区域处的椭圆形结构的排放孔、以40到60°的锥角(θ)扩展并从所述排放孔中朝向上游侧延伸的渐缩流动路径，以及从所述渐缩流动路径的上游端中延伸出来的圆柱形流动路径，其流动路径的长度(L)与流动路径的内径(D1)之比不小于1。
6.根据权利要求5所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，在所述椭圆形排放孔中，所述大直径与小直径之比为1.2到2.5，所述大直径区段的锥形流动路径的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比为4到6。
7.根据权利要求1所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，所述喷嘴具有安装在前端上的喷嘴头，所述喷嘴头包括形成于前端处的下凹表面或下凹区域、开在所述下凹表面或下凹区域处的排放孔，以及以预定的锥角(θ)从所述排放孔中朝向上游侧扩展的锥形流动路径，所述下凹表面或下凹区域包括倾斜侧壁，其从所述前端中朝向上游侧沿径向方向向内倾斜。
8.一种用于通过从喷嘴中喷出水来从钢板表面上去除氧化皮的除氧化皮喷嘴，所述喷嘴设有喷嘴孔，其包括开在前端的下凹表面或下凹区域处的排放孔、从所述排放孔中延伸出来的渐缩区段，以及与所述渐缩区段延续相连的大直径区段，所述大直径区段的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比不小于3但小于7。
9.根据权利要求8所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，所述渐缩区段的锥角(θ)为30到80°。
10.根据权利要求8所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，所述排放孔具有椭圆形的形状，所述大直径区段的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比为3到6。
11.根据权利要求8所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，通过在5到30兆帕的压力和40到200升/分钟的排放流率下从所述喷嘴中喷出水来从钢板上去除氧化皮，其中所述锥形渐缩区段的锥角(θ)为40到70°，所述大直径区段的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比为4到6。
12.根据权利要求8所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，来自所述喷嘴的排放流体在垂直于所述喷嘴的中心轴线的平面内的单一方向上扩展，所述喷嘴在垂直于所述宽度方向的方向上具有1.5到3°的冲刷厚度角。
13.根据权利要求8所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，所述喷嘴的流动路径包括开在所述前端的下凹表面或下凹区域处的椭圆形结构的排放孔、以40到60°的锥角(θ)扩展并从所述排放孔中朝向上游侧延伸的渐缩流动路径，以及从所述渐缩流动路径的上游端中延伸出来的圆柱形流动路径，其流动路径的长度(L)与流动路径的内径(D1)之比不小于1。
14.根据权利要求13所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，在所述椭圆形排放孔中，所述大直径与小直径之比为1.2到2.5，所述大直径区段的锥形流动路径的内径(D1)与所述排放孔的小直径(D2)之比为4到6。
15.根据权利要求8所述的除氧化皮喷嘴，其特征在于，所述喷嘴具有安装在前端上的喷嘴头，所述喷嘴头包括形成于前端处的下凹表面或下凹区域、开在所述下凹表面或下凹区域处的排放孔，以及以预定的锥角(θ)从所述排放孔中朝向上游侧扩展的锥形流动路径，所述下凹表面或下凹区域包括倾斜侧壁，其从所述前端中朝向上游侧沿径向方向向内倾斜。
16.一种连接在根据权利要求1所述的喷嘴的前端上的硬质合金喷嘴头，其由烧结硬质合金制成，其中所述喷嘴头的大直径区段的上游端的内径(D1)与所述喷嘴头的排放孔的小直径(D2)之比不小于3。
17.根据权利要求16所述的硬质合金喷嘴头，其特征在于，所述喷嘴头包括开在形成于前端的下凹表面或下凹区域处的排放孔，以及以预定的锥角(θ)从所述排放孔中朝向上游侧延伸的锥形流动路径。
18.一种连接在根据权利要求8所述的喷嘴的前端上的硬质合金喷嘴头，其由烧结硬质合金制成，其中所述喷嘴头的大直径区段的上游端的内径(D1)与所述喷嘴头的排放孔的小直径(D2)之比不小于3。
19.根据权利要求18所述的硬质合金喷嘴头，其特征在于，所述喷嘴头包括开在形成于前端的下凹表面或下凹区域处的排放孔，以及以预定的锥角(θ)从所述排放孔中朝向上游侧延伸的锥形流动路径。
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