專利名稱：水冷噴嘴的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水冷噴嘴，尤其涉及一種適用于棒、線材水冷裝置中的高效水冷噴嘴。
背景技術：
水冷裝置是對于軋制后的高溫棒、線材進行強制冷卻和在線熱處理的設備，其原理是利用棒、線材熱軋后在奧氏體狀態下快速冷卻，棒、線材表面淬成馬氏體，隨后由其心部放出余熱進行自回火，提高棒、線材的強度和塑性，改善韌性，從而得到良好的綜合力學性能。 在利用水冷裝置對軋件進行軋后水冷處理時，冷卻水遇熾熱的軋件表面時，會受到來自軋件表面快速生成的膨脹的蒸汽膜的排斥作用，而改變冷卻水流的運動方向，從而降低冷卻水的作用效果。因此，水冷裝置在冷卻過程中冷卻水的壓力以及流量是影響軋件冷卻效果的兩個主要因素。而水冷裝置中水冷噴嘴的結構直接影響著冷卻水的射流方式和冷卻水的流量，是棒、線材水冷裝置中的關鍵部件。首先，水冷噴嘴的結構影響了冷卻水的壓力分布。水冷噴嘴射流的噴射角是決定水冷噴嘴冷卻效果的一個關鍵因素，噴射角小時，冷卻水流體在管體入口處的斷面速度分布均勻，接近軋件表面時，冷卻水流體速度較大，流體沖擊力大，易破膜，但是，噴射角小時，流體沖擊力大會造成軋件受到沖擊而在水冷裝置中竄動，導致軋件內部組織發生不良；噴射角大時，垂直分量較大，也利于破膜，但是噴射角大時，冷卻不均勻。其次，軋件的溫度降低要以水的溫升來平衡，因此冷卻水的流量會影響軋件的冷卻速度。現有技術中，傳統的水冷噴嘴的射流方式有環形收斂縫和孔洞兩種。其中，采用孔洞進行射流的水冷噴嘴，當水流從噴嘴的孔洞噴出，加大流股的噴射動能，會有效的破壞軋件表面的蒸汽膜，熱交換效率高。射流孔洞同軋件運行方向形成一定角度，存在噴射角小時，冷卻水流體速度較大，流體沖擊力大，軋件受到沖擊而在水冷裝置中竄動，軋件內部組織發生不良，噴射角大時。扭是會造成軋件溫降梯度比較大、軋件表層溫降較快、心部冷卻效果較差、冷卻強度難以控制、軋件冷卻不均勻等問題。而現有技術中采用環形收斂縫進行射流的水冷噴嘴，一般主要由內錐套和外錐套構成，內錐套具有向軸心收斂的第一錐面，外錐套具有與第一錐面配合的第二錐面，第二錐面與第一錐面配合而形成收斂的環形縫隙，該環形縫隙即為冷卻水的噴射通道，噴射通道與內錐套的軸心線之間夾角形成其噴射角，冷卻水經該環形縫隙高速噴出，形成流股的噴射動能，擊打棒線材表面，這種結構的水冷噴嘴通過調整墊片調整環形縫隙大小，進而控制冷卻水的流量，可以有效的控制軋件的冷卻溫度，減少軋件的溫降梯度，但是，這種結構的水冷噴嘴為了保證冷卻水噴射出時的速度，環形縫隙必須做的小，在使用一段時間后，由于濁環水的高壓沖擊，噴嘴磨損較快。噴嘴損后，環隙變大，冷卻水壓力變低，冷卻強度變弱。為了保證對軋件的冷卻強度，必須加大冷卻水的流量，增加生產成本。另外，用軋制渾濁循環水作為冷卻水時，容易堵塞，影響軋件的冷卻，事故率高。
實用新型內容為了解決以上現有技術中水冷噴嘴中所存在的問題，本實用新型提供一種高效的水冷噴嘴，其直接改變了冷卻水的壓力和流量的分布，具有大水量、沖擊小，冷卻均勻的特點，能有效的擊破隔熱膜，增加導熱系數，合理的控制軋件的水冷強度。本實用新型所提供的技術方案為一種水冷噴嘴，包括管體，具有進水口；以及，噴嘴本體，具有沿軸向貫通的用于容納軋件的內腔，設置于所述管體內、并與所述管體之間形成與所述進水口連通的集水腔；·所述噴嘴本體上沿周向設有向其軸心收斂的第一噴射通道，所述第一噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第一噴射角；所述噴嘴本體上沿其周向還設有向其軸心收斂的第二噴射通道，所述第二噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第二噴射角；所述第一噴射通道與所述第二噴射通道的收斂方向相同，且所述第一噴射角小于所述第二噴射角。進一步的，所述噴嘴本體包括內錐套，具有向其軸心收斂的第一錐面，所述第一錐面上沿周向均勻分布有多個沿所述第一錐面的素線方向延伸的直導流槽，每一直導流槽進水端與所述集水腔連通，出水端與所述內錐套的內腔連通；外錐套，具有與所述第一錐面配合的第二錐面，且所述第二錐面與所述內錐套的第一錐面上的多個直導流槽配合，而形成沿第一錐面的素線方向而向所述內錐套軸心收斂的所述第一噴射通道。進一步的，所述外錐套內部具有沿其周向均勻分布的多個直排孔，每一直排孔進水端與所述集水腔連通，出水端與所述外錐套的內腔連通，多個直排孔的進水端至多個直排孔的出水端逐漸收斂，而形成向所述外錐套軸心收斂的所述第二噴射通道，進一步的，多個直導流槽與多個直排孔呈空間交錯。進一步的，多個直導流槽的出水端與多個直排孔的出水端相交于所述噴嘴本體的內腔壁上。進一步的，所述內錐套與所述外錐套之間設置有用于調節所述第一噴射通道流量的調節墊片。本實用新型的水冷噴嘴在對軋件進行冷卻時，冷卻水自進水口進入集水腔內，并在集水腔內充滿后沿第一噴射通道和第二噴射通道交叉高速噴出，其中，與噴嘴本體軸心線形成第一噴射角的第一噴射通道噴射出小噴射角射流束，在軋件表面可形成高速流體，流體的沖擊力大，有利于破壞軋件表面的蒸汽膜，并可對軋件產生推動力；與噴嘴本體軸心線形成第二噴射角的第二噴射通道噴射出大噴射角射流束，會延長軋件上的破膜長度，增大蒸汽膜破壞面積，提高換熱效率；另外，第二噴射通道的大噴射角射流束的較大垂直分量會被第一噴射通道的小噴射角射流束阻擋和消耗，改變了以往水冷噴嘴以單一噴射角進行噴射而形成柱狀噴射的方式，兩股射流束相互作用，削弱了冷卻水射流的動能，形成均勻射流，減少了強水流對軋件的沖擊，避免了軋件在水冷裝置中竄動，從而避免軋件內部組織發生不良變化；此外，本實用新型的水冷噴嘴采用兩個噴射通道，增大了冷卻水流量，在對軋件冷卻時，可實現大流量、低水冷的冷卻工藝，冷卻效果好。本實用新型的有益效果為本實用新型的水冷噴嘴直接改變了冷卻水的壓力和流量的分布，具有大水量、沖擊小，冷卻均勻的特點，加大了冷卻水的噴射面積，即可有效破壞軋件表面的隔熱保護蒸汽膜，又保證了軋件與冷卻水進行充分熱交換，增加導熱系數，多層噴射孔的交錯布置，不易堵塞和磨損，達到了合理的控制軋件的水冷強度。
圖I表示本實用新型的水冷噴嘴的結構示意圖；圖2表示圖I中A-A向結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。如圖I和圖2所示，本實用新型提供了一種水冷噴嘴，用于棒、線材的預水冷或穿水冷裝置中，包括軸向貫通的管體I，具有進水口 11 ;以及，噴嘴本體2，具有沿軸向貫通的用于容納軋件的內腔20，設置于管體I內、并與管體I之間形成與進水口 11連通的集水腔12 ；噴嘴本體2上沿周向設有第一噴射通道2a，第一噴射通道2a的進水端與集水腔12連通，其出水端與噴嘴本體2的內腔20相通，且第一噴射通道2a自其進水端至出水端逐漸向噴嘴本體2的軸心收斂，第一噴射通道2a與噴嘴本體2的軸心線之間形成第一噴射角(圖I中第一噴射角為α )；噴嘴本體2上沿周向還設置有第二噴射通道2b，第二噴射通道2b的進水端與集水腔12連通，其出水端與噴嘴本體2的內腔20相通，且第二噴射通道2b自其進水端至出水端逐漸向噴嘴本體2的軸心收斂，第二噴射通道2b與噴嘴本體2的軸心線之間形成第二噴射角(圖I中第二噴射角為β);第一噴射通道2a與第二噴射通道2b的收斂方向大致相同，從而第一噴射通道2a噴出的射流水平方向與第二噴射通道2b噴出的射流水平方向均與軋件行進方向相同；且第一噴射角α小于第二噴射角β，從而第一噴射通道2a噴出的射流與第二噴射通道2b噴出的射流可交叉。本實用新型的水冷噴嘴在對軋件進行冷卻時，冷卻水自進水口 11進入集水腔12內，并在集水腔12內充滿后沿第一噴射通道2a和第二噴射通道2b交叉高速噴出，其中，與噴嘴本體2軸心線形成第一噴射角的第一噴射通道2a噴射出小噴射角射流束，在軋件表面可形成高速流體，流體的沖擊力大，有利于破壞軋件表面的蒸汽膜；在現有技術中，軋件脫離軋機進入水冷裝置后，由于摩擦阻力，逐漸減少前進的動力，本實用新型的水冷噴嘴按流體力學角度噴射，可對軋機產生托浮和向前推進的作用力；與噴嘴本體2軸心線形成第二噴射角的第二噴射通道2b噴射出大噴射角射流束，會延長軋件上的破膜長度，增大蒸汽膜破壞面積，提高換熱效率；另外，第二噴射通道2b的大噴射角射流束的較大垂直分量會被第一噴射通道2a的小噴射角射流束阻擋和消耗，改變了以往水冷噴嘴以單一噴射角進行噴射而形成柱狀噴射的方式，兩股射流束相互作用，削弱了冷卻水射流的動能，形成均勻射流，減少了強水流對軋件的沖擊，避免了軋件在水冷裝置中竄動，從而避免軋件內部組織發生不良變化；此外，本實用新型的水冷噴嘴采用兩個噴射通道，增大了冷卻水流量，在對軋件冷卻時，可實現大流量、低水冷的冷卻工藝，冷卻效果好。以下提供一種噴嘴本體2的優選實施裝配方式。如圖I和圖2所示，噴嘴本體2 包括內錐套21，具有向其軸心收斂的第一錐面，第一錐面的素線與內錐套21的軸心線之間夾角大小為α，第一錐面上沿周向均勻分布有多個沿第一錐面的素線方向延伸的直導流槽21a，每一直導流槽21a進水端與集水腔12連通，出水端與內錐套21的內腔20連通；以及，外錐套22，具有與第一錐面配合的第二錐面，且第二錐面與第一錐面的多個直導流槽21a配合，而形成沿第一錐面的素線方向而向內錐套21軸心收斂的第一噴射通道2a ；外錐套22上沿其周向均勻分布有多個直排孔22a，每一直排孔22a進水端與集水腔12連通，出水端與外錐套22的內腔連通，多個直排孔22a的進水端至多個直排孔22a的出水端逐漸收斂，而形成向外錐套22軸心收斂的第二噴射通道2b，每一直排孔22a的中心線與外錐套22軸心線之間夾角為β。圖2為第一噴射通道2a和第二噴射通道2b的斷面結構示意圖。如圖2所示，第一噴射通道2a的多個直流槽沿內錐套21周向均勻分布，第二噴射通道2b的多個直排孔22a沿外錐套22周向均勻分布，由于第二噴射通道2b的第二噴射角大于第一噴射通道2a的第一噴射角，則構成第二噴射通道2b的多個直排孔22a位于構成第一噴射通道2a的多個直流槽的外圍。如圖I所示，本實施例中，優選的，多個直導流槽21a與多個直排孔22a呈空間交錯設置。此外，需要說明的是，圖2中所示直導流槽21a與直排孔22a的數量均為6個，且6個直導流槽21a和6個直排孔22a交錯設置，在實際應用中，直導流槽21a與直排孔22a可根據工藝要求確定數量和孔徑。本實施例中，優選的，多個直導流槽21a的出水端與多個直排孔22a的出水端相交，且相交處位于噴嘴本體2的內腔壁上，這種結構第一噴射通道2a與第二噴射通道2b噴射的射流之間相互作用效果最好。當然，在實際應用中，在保證第一噴射通道2a與第二噴射通道2b噴射的射流交叉的前提下，多個直導流槽21a的出水端與多個直排孔22a的出水端也可以設計為不相交。本實施例中，優選的，內錐套21與外錐套22之間還可以設置有用于調節內錐套21與外錐套22配合間隙的調節墊片23，通過該調節墊片23可調節第一噴射通道2a的冷卻水流量。采用上述結構的噴嘴本體2由于第一噴射通道2a是由第一錐面和第二錐面配合形成，則可通過調節第一錐面與第二錐面的配合間隙調整第一噴射通道2a的流量，從而控制冷卻水的流量；另外，第一噴射通道2a采用多個直流槽與第二錐面配合形成，也就是說，第一噴射通道2a采用孔洞射流方式，而第二噴射通道2b采用多個直排孔22a形成，也是采用孔洞射流方式，則冷卻水中雜質不易堵塞直流槽和直排孔22a，且大流速冷卻水對直流槽和直排孔22a的沖蝕影響小，進而保證了冷卻水的流量。當然，在實際應用中，噴嘴本體2還可以采用其他結構形式，例如噴嘴本體2不采用內錐套21與外錐套22配合的結構形式，而是設計為一整體結構，在該整體結構的噴嘴本體2上設置收斂的第一噴射通道2a和第二噴射通道2b，并滿足第一噴射角小于第二噴射角；或者，噴嘴本體2仍采用內錐套21和外錐套22配合,而第一噴射通道2a由內錐套21與外錐套22構成的環形縫隙形成；或者，噴嘴本體2仍為內錐套21和外錐套22配合，而形成第一噴射通道2a的多個直導流槽21a設置于外錐套22的第二錐面上等，在此不一一列舉。另外，需要說明的是，本實用新型的水冷噴嘴在應用時，其適用的介質不僅包括冷卻水，還可以為乳化液等，采用乳化液為介質時，可對軋機件進行防銹處理。如圖I所示，本實用新型的水冷噴嘴的管體I 一端具有第一法蘭，另一端具有第二法蘭，在應用于水冷裝置時，本實用新型的水冷噴嘴通過管體I的第一法蘭與入口導管連接，通過管體I的第二法蘭與紊流管連接，并在第一法蘭與入口導管的連接處以及第二法蘭與紊流管的連接處設有紫銅材質的密封墊片，既可以起到密封作用，又可以耐高溫。以上所述是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種水冷噴嘴，包括 管體，具有進水口 ；以及， 噴嘴本體，具有沿軸向貫通的用于容納軋件的內腔，設置于所述管體內、并與所述管體之間形成與所述進水口連通的集水腔； 所述噴嘴本體上沿周向設有向其軸心收斂的第一噴射通道，所述第一噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第一噴射角； 其特征在于， 所述噴嘴本體上沿其周向還設有向其軸心收斂的第二噴射通道，所述第二噴射通道與所述噴嘴本體的軸心線之間形成第二噴射角； 所述第一噴射通道與所述第二噴射通道的收斂方向相同，且所述第一噴射角小于所述第二噴射角。
2.根據權利要求I所述的水冷噴嘴，其特征在于，所述噴嘴本體包括 內錐套，具有向其軸心收斂的第一錐面，所述第一錐面上沿周向均勻分布有多個沿所述第一錐面的素線方向延伸的直導流槽，每一直導流槽進水端與所述集水腔連通，出水端與所述內錐套的內腔連通； 外錐套，具有與所述第一錐面配合的第二錐面，且所述第二錐面與所述內錐套的第一錐面上的多個直導流槽配合，形成沿第一錐面的素線方向向所述內錐套軸心收斂的所述第一噴射通道。
3.根據權利要求2所述的水冷噴嘴，其特征在于所述外錐套內部具有沿其周向均勻分布的多個直排孔，每一直排孔進水端與所述集水腔連通，出水端與所述外錐套的內腔連通，多個直排孔的進水端至多個直排孔的出水端逐漸收斂，而形成向所述外錐套軸心收斂的所述第二噴射通道，
4.根據權利要求3所述的水冷噴嘴，其特征在于多個直導流槽與多個直排孔呈空間交錯。
5.根據權利要求4所述的水冷噴嘴，其特征在于多個直導流槽的出水端與多個直排孔的出水端相交于所述噴嘴本體的內腔壁上。
6.根據權利要求2至5任一項所述的水冷噴嘴，其特征在于所述內錐套與所述外錐套之間設置有用于調節所述第一噴射通道流量的調節墊片。
專利摘要本實用新型提供了一種水冷噴嘴，包括管體，具有進水口；以及，噴嘴本體，具有沿軸向貫通的用于容納軋件的內腔，設置于管體內、并與管體之間形成與進水口連通的集水腔；噴嘴本體上沿周向設有向其軸心收斂的第一噴射通道，第一噴射通道與噴嘴本體的軸心線之間形成第一噴射角；噴嘴本體上沿其周向還設有向其軸心收斂的第二噴射通道，第二噴射通道與噴嘴本體的軸心線之間形成第二噴射角；第一噴射通道與第二噴射通道的收斂方向相同，且第一噴射角小于第二噴射角。本實用新型的水冷噴嘴改變了冷卻水的壓力和流量的分布，具有大水量、沖擊小，冷卻均勻的特點，有效破壞蒸汽膜，保證軋件與冷卻水充分熱交換，增加導熱系數，合理控制軋件的水冷強度。
文檔編號B05B7/08GK202725648SQ20122037860
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月1日 優先權日2012年8月1日
發明者梁鴻, 熊堅, 馬志勇, 童鎮, 劉煒, 李新林, 孫長城, 王任全 申請人:北京京誠瑞信長材工程技術有限公司