CN201217073Y - 具有气体伴随流的雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

具有气体伴随流的雾化喷嘴，装设于导通钢液的导液管外部，其包括主喷嘴、副喷嘴；主喷嘴，其本体开设有供嵌套于导液管的通道，通道外还环设第一腔室，本体外端面环绕通道口设有与第一腔室相通的环缝或环孔；副喷嘴，其本体为具有一第二腔室的环体，套设于主喷嘴外，其外端面设有与第二腔室相通的环缝或环孔；第一、第二导管，分别连通于主喷嘴第一腔室和副喷嘴第二腔室，第一、第二导管之间保持隔绝。本实用新型有效降低雾化喷嘴射流的衰减速度，使射流能量相对集中，加强气体对钢液的雾化效果；有效提高雾化喷嘴的核心射流长度，减小雾化喷嘴射流段的扩张角度，使得钢液雾化液滴的范围更加集中，增加钢液的收得率。

Description

具有气体伴随流的雾化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及喷射成形领域用超音速雾化喷嘴，特别涉及具有气体伴随流的雾化喷嘴。

背景技术

喷射成形是一种采用快速凝固的方法制备特殊材料的新技术，该技术兼具有近终形加工和半固态加工的双重特点。喷射成形最早是由英国的singer教授于七十年代提出的，它是用雾化喷嘴内高压惰性气体将从其上部容器内经过导流管流出的合金液流雾化成细小的熔滴，熔滴在高速气流的作用下飞行并被逐渐冷却，在这些熔滴尚未完全凝固前将其沉积到具有一定形状的接收器上，通过改变熔滴射流与沉积器的相对位置和沉积器的运动形式，可以得到盘(柱)、管(环)、板(带)等不同形状的半成品坯件。

喷射成形的核心部件是雾化喷嘴，雾化喷嘴的气流速度，核心段长度和扩张范围将直接影响雾化颗粒的大小和收得率等关键参数，如何得到具有超音速特性的雾化喷嘴一直是喷射成形领域科研工作者的研究内容之一。

为了获得超音速雾化气流，美国专利US4066117公布了完全采用拉瓦尔喷管的雾化喷嘴，该专利将预先制作好的多根拉瓦尔管采用螺扣连接的方式固定到雾化喷嘴的腔体上。该专利的不足之处在于拉瓦尔管的管径必需较大，其喉口直径达3.5毫米以上，否则难以加工。另外，由于该管的外径较粗，雾化喷嘴的圆周上很难布置较多的拉瓦尔管，即使是布置少量的管，也不得不采用长、短相间布置。

发明内容

本实用新型的目的在于设计一种具有气体伴随流的雾化喷嘴，能够有效的降低雾化喷嘴射流的衰减速度，从而使射流能量相对集中，加强气体对钢液的雾化效果，同时能够有效的提高雾化喷嘴的核心射流长度，同时减小雾化喷嘴射流段的扩张角度，减小雾化喷嘴气体射流的扩张半径，使得钢液雾化液滴的范围更加集中，增加钢液的收得率。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，

具有气体伴随流的雾化喷嘴，装设于导通钢液的导液管外部，其包括，用于气体雾化的主喷嘴和用于气体伴随射流的副喷嘴；其中，主喷嘴，其本体开设有供嵌套于导液管的通道，通道外还环设第一腔室，本体外端面环绕通道口设有与第一腔室相通的环缝或环孔；副喷嘴，其本体为具有一第二腔室的环体，套设于主喷嘴外，其外端面设有环绕主喷嘴本体外端面环缝或环孔、且与第二腔室相通的环缝或环孔；第一、第二导管，分别连通于主喷嘴第一腔室和副喷嘴第二腔室，第一、第二导管之间保持隔绝。

又，所述的第一导管位于第二导管内。

另外，本实用新型所述的主喷嘴本体外型为倒锥形。

所述的副喷嘴本体外端面环缝或环孔的出口形状为直通形或拉瓦尔管形。

按照有无射流核心区，传统射流分为起始段和基本段。对于传统射流，在离开喷口之后，由于射流边界与周围环境存在较大的速度梯度，在射流边界处产生强烈的卷吸运动。外界介质迅速进入到氩气及氮气射流内，射流径向速度衰减加速；在轴向，由于卷吸入的介质与氩气及氮气射流介质内发生动量交换，导致射流速度迅速降低，射流扩张角增大。

伴随射流的特点就是在传统射流周围存在气体伴随流。当主气体射流从喷口喷出时，气体射流在其周围形成了一个环形等压圈。由于气体射流的出口速度(us)要远远小于主气体射流的出口速度(u0)，因此在主气体射流与气体射流交界处，仍然存在速度梯度，仍然存在卷吸介质的现象。但是由于主气体射流卷吸入的气体射流介质本身具有一定的轴向速度，因此在动量交换的过程中，伴随射流的衰减速度小于传统射流。同时由于气体射流与氧气射流的速度差要小于传统射流，因此伴随射流介质的卷吸量要小于传统射流，当伴随射流的等速核心消失后，射流并没有立即进入基本段，而是首先进入过渡段。在过渡段，等速核心已经消失，但射流轴心速度衰减很慢，变化不显著，直至过渡段终了，射流截面速度分布才稳定下来。其后为射流基本段，此时轴心速度衰减较为明显。

主喷嘴嵌套在用于导通钢液的导液管外部，主喷嘴由第一导管供入用于雾化用的氮气或惰性气体，副喷嘴嵌套在主喷嘴的外围，在第二导管中通入惰性气体Ar或其它不活跃气体，用于伴随射流。

在实际操作过程中，钢液由坩锅中通过导液管流出，在喷嘴的内管中通入高压的雾化气体，雾化气体通过主喷嘴后形成超音速气流；在喷嘴的外管通入压力较高的惰性气体，气体经过雾化喷嘴后形成环形的气体射流；主喷嘴喷出的超音速射流将钢液雾化成非常细小的颗粒，副喷嘴喷出的气体伴随流减缓了雾化射流的衰减，使得主雾化气体射流的核心长度更长，速度更大，起到更好的雾化效果。

本实用新型的主要优点是：

1.气体伴随流的存在使得射流在同样的出口距离内保持相对凝聚的状态，延长了雾化射流的核心段长度，使得雾化气体的轴向速度大大减缓；

2.气体主射流核心长度的保持使得气体对钢液的雾化作用加剧，能够在更长的距离内作用在液体上，使得液体形成膜、膜形成液滴的几率更大；

3.气体伴随流的存在使得气体雾化射流后径向分布缩小，使得钢液颗粒分布更加集中，这样可以在同样的沉积距离内沉积更多的钢液；

4.气体伴随流在一定程度上形成了气体封闭墙，使得外部的空气很难进入到内圈的钢液雾化锥中，使得钢液的氧化程度减小，提高了钢液质量；

5.气体伴随流的存在也在一定程度上形成了对雾化液滴和沉积坯的冷却作用，使得钢液的冷却速率在以往的程度上有所提高；

6.气体伴随射流围绕在主喷嘴的外围，在一定程度上对主喷嘴的内壁的热量进行交换带出，对主喷嘴形成散热作用，提高了主喷嘴的寿命；

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的具有气体伴随流的雾化喷嘴，装设于导通钢液的导液管5外部，其包括，用于气体雾化的主喷嘴1和用于气体伴随射流的副喷嘴2；其中，主喷嘴1，其本体开设有供嵌套于导液管5的通道11，通道11外还环设第一腔室12，本体外端面13环绕通道11通道口设有与第一腔室12相通的环缝或环孔14；副喷嘴2，其本体为具有一第二腔室21的环体，套设于主喷嘴1外，其外端面22设有环绕主喷嘴1本体外端面环缝或环孔14、且与第二腔室21相通的环缝或环孔23；第一导管3、第二导管4，分别连通于主喷嘴1第一腔室12和副喷嘴2第二腔室21，第一导管3、第二导管4之间保持隔绝；第一导管3位于第二导管4内。

本实用新型所述的主喷嘴1本体外型为倒锥形。

所述的副喷嘴2本体外端面环缝或环孔23的出口形状为直通形或拉瓦尔管形。

主喷嘴1嵌套在用于导通钢液的导液管5外部，主喷嘴由第一导管3供入用于雾化用的氮气或惰性气体，副喷嘴2嵌套在主喷嘴1的外围，在第二导管4中通入惰性气体Ar或其它不活跃气体，用于伴随射流。

在实际操作过程中，钢液由坩锅中通过导液管5流出，在主喷嘴1第一导管3中通入高压的雾化气体，雾化气体通过主喷嘴1后形成超音速气流；在副喷嘴2第二导管4通入压力较高的惰性气体，气体经过雾化喷嘴后形成环形的气体射流；主喷嘴1喷出的超音速射流将钢液雾化成非常细小的颗粒，副喷嘴2喷出的气体伴随流减缓了雾化射流的衰减，使得主雾化气体射流的核心长度更长，速度更大，起到更好的雾化效果。

喷射成形是继铸造冶金和粉末冶金方法之后发展起来的第三类金属材料的制备方法。喷射成形技术是一种先进材料制备技术，国内外许多研究机构和企业投入大量的人力、物力研究和开发这项新技术，并取得很大进展。本实用新型雾化喷嘴有助于提高雾化射流的核心段长度，使得雾化的效果更佳，同时环向气流的作用还有助于形成封闭墙，减少雾化液滴的氧化程度，提高锭坯的质量。

Claims (4)

1.具有气体伴随流的雾化喷嘴，装设于导通钢液的导液管外部，其特征是，包括，用于气体雾化的主喷嘴和用于气体伴随射流的副喷嘴；其中，

主喷嘴，其本体开设有供嵌套于导液管的通道，通道外还环设第一腔室，本体外端面环绕通道口设有与第一腔室相通的环缝或环孔；

副喷嘴，其本体为具有一第二腔室的环体，套设于主喷嘴外，其外端面设有环绕主喷嘴本体外端面环缝或环孔、且与第二腔室相通的环缝或环孔；

第一、第二导管，分别连通于主喷嘴第一腔室和副喷嘴第二腔室，第一、第二导管之间保持隔绝。

2.如权利要求1所述的具有气体伴随流的雾化喷嘴，其特征是，所述的第一导管位于第二导管内。

3.如权利要求1所述的具有气体伴随流的雾化喷嘴，其特征是，所述的主喷嘴本体外型为倒锥形。

4.如权利要求1所述的具有气体伴随流的雾化喷嘴，其特征是，所述的副喷嘴本体外端面环缝或环孔的出口形状为直通形或拉瓦尔管形。

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