专利名称：水冷喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水冷喷嘴，尤其涉及一种适用于棒、线材水冷装置中的高效水冷喷嘴。
背景技术：
水冷装置是对于轧制后的高温棒、线材进行强制冷却和在线热处理的设备，其原理是利用棒、线材热轧后在奥氏体状态下快速冷却，棒、线材表面淬成马氏体，随后由其心部放出余热进行自回火，提高棒、线材的强度和塑性，改善韧性，从而得到良好的综合力学性能。 在利用水冷装置对轧件进行轧后水冷处理时，冷却水遇炽热的轧件表面时，会受到来自轧件表面快速生成的膨胀的蒸汽膜的排斥作用，而改变冷却水流的运动方向，从而降低冷却水的作用效果。因此，水冷装置在冷却过程中冷却水的压力以及流量是影响轧件冷却效果的两个主要因素。而水冷装置中水冷喷嘴的结构直接影响着冷却水的射流方式和冷却水的流量，是棒、线材水冷装置中的关键部件。首先，水冷喷嘴的结构影响了冷却水的压力分布。水冷喷嘴射流的喷射角是决定水冷喷嘴冷却效果的一个关键因素，喷射角小时，冷却水流体在管体入口处的断面速度分布均匀，接近轧件表面时，冷却水流体速度较大，流体冲击力大，易破膜，但是，喷射角小时，流体冲击力大会造成轧件受到冲击而在水冷装置中窜动，导致轧件内部组织发生不良；喷射角大时，垂直分量较大，也利于破膜，但是喷射角大时，冷却不均匀。其次，轧件的温度降低要以水的温升来平衡，因此冷却水的流量会影响轧件的冷却速度。现有技术中，传统的水冷喷嘴的射流方式有环形收敛缝和孔洞两种。其中，采用孔洞进行射流的水冷喷嘴，当水流从喷嘴的孔洞喷出，加大流股的喷射动能，会有效的破坏轧件表面的蒸汽膜，热交换效率高。射流孔洞同轧件运行方向形成一定角度，存在喷射角小时，冷却水流体速度较大，流体冲击力大，轧件受到冲击而在水冷装置中窜动，轧件内部组织发生不良，喷射角大时。扭是会造成轧件温降梯度比较大、轧件表层温降较快、心部冷却效果较差、冷却强度难以控制、轧件冷却不均匀等问题。而现有技术中采用环形收敛缝进行射流的水冷喷嘴，一般主要由内锥套和外锥套构成，内锥套具有向轴心收敛的第一锥面，外锥套具有与第一锥面配合的第二锥面，第二锥面与第一锥面配合而形成收敛的环形缝隙，该环形缝隙即为冷却水的喷射通道，喷射通道与内锥套的轴心线之间夹角形成其喷射角，冷却水经该环形缝隙高速喷出，形成流股的喷射动能，击打棒线材表面，这种结构的水冷喷嘴通过调整垫片调整环形缝隙大小，进而控制冷却水的流量，可以有效的控制轧件的冷却温度，减少轧件的温降梯度，但是，这种结构的水冷喷嘴为了保证冷却水喷射出时的速度，环形缝隙必须做的小，在使用一段时间后，由于浊环水的高压冲击，喷嘴磨损较快。喷嘴损后，环隙变大，冷却水压力变低，冷却强度变弱。为了保证对轧件的冷却强度，必须加大冷却水的流量，增加生产成本。另外，用轧制浑浊循环水作为冷却水时，容易堵塞，影响轧件的冷却，事故率高。
实用新型内容为了解决以上现有技术中水冷喷嘴中所存在的问题，本实用新型提供一种高效的水冷喷嘴，其直接改变了冷却水的压力和流量的分布，具有大水量、冲击小，冷却均匀的特点，能有效的击破隔热膜，增加导热系数，合理的控制轧件的水冷强度。本实用新型所提供的技术方案为一种水冷喷嘴，包括管体，具有进水口；以及，喷嘴本体，具有沿轴向贯通的用于容纳轧件的内腔，设置于所述管体内、并与所述管体之间形成与所述进水口连通的集水腔；·所述喷嘴本体上沿周向设有向其轴心收敛的第一喷射通道，所述第一喷射通道与所述喷嘴本体的轴心线之间形成第一喷射角；所述喷嘴本体上沿其周向还设有向其轴心收敛的第二喷射通道，所述第二喷射通道与所述喷嘴本体的轴心线之间形成第二喷射角；所述第一喷射通道与所述第二喷射通道的收敛方向相同，且所述第一喷射角小于所述第二喷射角。进一步的，所述喷嘴本体包括内锥套，具有向其轴心收敛的第一锥面，所述第一锥面上沿周向均匀分布有多个沿所述第一锥面的素线方向延伸的直导流槽，每一直导流槽进水端与所述集水腔连通，出水端与所述内锥套的内腔连通；外锥套，具有与所述第一锥面配合的第二锥面，且所述第二锥面与所述内锥套的第一锥面上的多个直导流槽配合，而形成沿第一锥面的素线方向而向所述内锥套轴心收敛的所述第一喷射通道。进一步的，所述外锥套内部具有沿其周向均匀分布的多个直排孔，每一直排孔进水端与所述集水腔连通，出水端与所述外锥套的内腔连通，多个直排孔的进水端至多个直排孔的出水端逐渐收敛，而形成向所述外锥套轴心收敛的所述第二喷射通道，进一步的，多个直导流槽与多个直排孔呈空间交错。进一步的，多个直导流槽的出水端与多个直排孔的出水端相交于所述喷嘴本体的内腔壁上。进一步的，所述内锥套与所述外锥套之间设置有用于调节所述第一喷射通道流量的调节垫片。本实用新型的水冷喷嘴在对轧件进行冷却时，冷却水自进水口进入集水腔内，并在集水腔内充满后沿第一喷射通道和第二喷射通道交叉高速喷出，其中，与喷嘴本体轴心线形成第一喷射角的第一喷射通道喷射出小喷射角射流束，在轧件表面可形成高速流体，流体的冲击力大，有利于破坏轧件表面的蒸汽膜，并可对轧件产生推动力；与喷嘴本体轴心线形成第二喷射角的第二喷射通道喷射出大喷射角射流束，会延长轧件上的破膜长度，增大蒸汽膜破坏面积，提高换热效率；另外，第二喷射通道的大喷射角射流束的较大垂直分量会被第一喷射通道的小喷射角射流束阻挡和消耗，改变了以往水冷喷嘴以单一喷射角进行喷射而形成柱状喷射的方式，两股射流束相互作用，削弱了冷却水射流的动能，形成均匀射流，减少了强水流对轧件的冲击，避免了轧件在水冷装置中窜动，从而避免轧件内部组织发生不良变化；此外，本实用新型的水冷喷嘴采用两个喷射通道，增大了冷却水流量，在对轧件冷却时，可实现大流量、低水冷的冷却工艺，冷却效果好。本实用新型的有益效果为本实用新型的水冷喷嘴直接改变了冷却水的压力和流量的分布，具有大水量、冲击小，冷却均勻的特点，加大了冷却水的喷射面积，即可有效破坏轧件表面的隔热保护蒸汽膜，又保证了轧件与冷却水进行充分热交换，增加导热系数，多层喷射孔的交错布置，不易堵塞和磨损，达到了合理的控制轧件的水冷强度。
图I表示本实用新型的水冷喷嘴的结构示意图；图2表示图I中A-A向结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图I和图2所示，本实用新型提供了一种水冷喷嘴，用于棒、线材的预水冷或穿水冷装置中，包括轴向贯通的管体I，具有进水口 11 ;以及，喷嘴本体2，具有沿轴向贯通的用于容纳轧件的内腔20，设置于管体I内、并与管体I之间形成与进水口 11连通的集水腔12 ；喷嘴本体2上沿周向设有第一喷射通道2a，第一喷射通道2a的进水端与集水腔12连通，其出水端与喷嘴本体2的内腔20相通，且第一喷射通道2a自其进水端至出水端逐渐向喷嘴本体2的轴心收敛，第一喷射通道2a与喷嘴本体2的轴心线之间形成第一喷射角(图I中第一喷射角为α )；喷嘴本体2上沿周向还设置有第二喷射通道2b，第二喷射通道2b的进水端与集水腔12连通，其出水端与喷嘴本体2的内腔20相通，且第二喷射通道2b自其进水端至出水端逐渐向喷嘴本体2的轴心收敛，第二喷射通道2b与喷嘴本体2的轴心线之间形成第二喷射角(图I中第二喷射角为β);第一喷射通道2a与第二喷射通道2b的收敛方向大致相同，从而第一喷射通道2a喷出的射流水平方向与第二喷射通道2b喷出的射流水平方向均与轧件行进方向相同；且第一喷射角α小于第二喷射角β，从而第一喷射通道2a喷出的射流与第二喷射通道2b喷出的射流可交叉。本实用新型的水冷喷嘴在对轧件进行冷却时，冷却水自进水口 11进入集水腔12内，并在集水腔12内充满后沿第一喷射通道2a和第二喷射通道2b交叉高速喷出，其中，与喷嘴本体2轴心线形成第一喷射角的第一喷射通道2a喷射出小喷射角射流束，在轧件表面可形成高速流体，流体的冲击力大，有利于破坏轧件表面的蒸汽膜；在现有技术中，轧件脱离轧机进入水冷装置后，由于摩擦阻力，逐渐减少前进的动力，本实用新型的水冷喷嘴按流体力学角度喷射，可对轧机产生托浮和向前推进的作用力；与喷嘴本体2轴心线形成第二喷射角的第二喷射通道2b喷射出大喷射角射流束，会延长轧件上的破膜长度，增大蒸汽膜破坏面积，提高换热效率；另外，第二喷射通道2b的大喷射角射流束的较大垂直分量会被第一喷射通道2a的小喷射角射流束阻挡和消耗，改变了以往水冷喷嘴以单一喷射角进行喷射而形成柱状喷射的方式，两股射流束相互作用，削弱了冷却水射流的动能，形成均匀射流，减少了强水流对轧件的冲击，避免了轧件在水冷装置中窜动，从而避免轧件内部组织发生不良变化；此外，本实用新型的水冷喷嘴采用两个喷射通道，增大了冷却水流量，在对轧件冷却时，可实现大流量、低水冷的冷却工艺，冷却效果好。以下提供一种喷嘴本体2的优选实施装配方式。如图I和图2所示，喷嘴本体2 包括内锥套21，具有向其轴心收敛的第一锥面，第一锥面的素线与内锥套21的轴心线之间夹角大小为α，第一锥面上沿周向均匀分布有多个沿第一锥面的素线方向延伸的直导流槽21a，每一直导流槽21a进水端与集水腔12连通，出水端与内锥套21的内腔20连通；以及，外锥套22，具有与第一锥面配合的第二锥面，且第二锥面与第一锥面的多个直导流槽21a配合，而形成沿第一锥面的素线方向而向内锥套21轴心收敛的第一喷射通道2a ；外锥套22上沿其周向均匀分布有多个直排孔22a，每一直排孔22a进水端与集水腔12连通，出水端与外锥套22的内腔连通，多个直排孔22a的进水端至多个直排孔22a的出水端逐渐收敛，而形成向外锥套22轴心收敛的第二喷射通道2b，每一直排孔22a的中心线与外锥套22轴心线之间夹角为β。图2为第一喷射通道2a和第二喷射通道2b的断面结构示意图。如图2所示，第一喷射通道2a的多个直流槽沿内锥套21周向均匀分布，第二喷射通道2b的多个直排孔22a沿外锥套22周向均匀分布，由于第二喷射通道2b的第二喷射角大于第一喷射通道2a的第一喷射角，则构成第二喷射通道2b的多个直排孔22a位于构成第一喷射通道2a的多个直流槽的外围。如图I所示，本实施例中，优选的，多个直导流槽21a与多个直排孔22a呈空间交错设置。此外，需要说明的是，图2中所示直导流槽21a与直排孔22a的数量均为6个，且6个直导流槽21a和6个直排孔22a交错设置，在实际应用中，直导流槽21a与直排孔22a可根据工艺要求确定数量和孔径。本实施例中，优选的，多个直导流槽21a的出水端与多个直排孔22a的出水端相交，且相交处位于喷嘴本体2的内腔壁上，这种结构第一喷射通道2a与第二喷射通道2b喷射的射流之间相互作用效果最好。当然，在实际应用中，在保证第一喷射通道2a与第二喷射通道2b喷射的射流交叉的前提下，多个直导流槽21a的出水端与多个直排孔22a的出水端也可以设计为不相交。本实施例中，优选的，内锥套21与外锥套22之间还可以设置有用于调节内锥套21与外锥套22配合间隙的调节垫片23，通过该调节垫片23可调节第一喷射通道2a的冷却水流量。采用上述结构的喷嘴本体2由于第一喷射通道2a是由第一锥面和第二锥面配合形成，则可通过调节第一锥面与第二锥面的配合间隙调整第一喷射通道2a的流量，从而控制冷却水的流量；另外，第一喷射通道2a采用多个直流槽与第二锥面配合形成，也就是说，第一喷射通道2a采用孔洞射流方式，而第二喷射通道2b采用多个直排孔22a形成，也是采用孔洞射流方式，则冷却水中杂质不易堵塞直流槽和直排孔22a，且大流速冷却水对直流槽和直排孔22a的冲蚀影响小，进而保证了冷却水的流量。当然，在实际应用中，喷嘴本体2还可以采用其他结构形式，例如喷嘴本体2不采用内锥套21与外锥套22配合的结构形式，而是设计为一整体结构，在该整体结构的喷嘴本体2上设置收敛的第一喷射通道2a和第二喷射通道2b，并满足第一喷射角小于第二喷射角；或者，喷嘴本体2仍采用内锥套21和外锥套22配合,而第一喷射通道2a由内锥套21与外锥套22构成的环形缝隙形成；或者，喷嘴本体2仍为内锥套21和外锥套22配合，而形成第一喷射通道2a的多个直导流槽21a设置于外锥套22的第二锥面上等，在此不一一列举。另外，需要说明的是，本实用新型的水冷喷嘴在应用时，其适用的介质不仅包括冷却水，还可以为乳化液等，采用乳化液为介质时，可对轧机件进行防锈处理。如图I所示，本实用新型的水冷喷嘴的管体I 一端具有第一法兰，另一端具有第二法兰，在应用于水冷装置时，本实用新型的水冷喷嘴通过管体I的第一法兰与入口导管连接，通过管体I的第二法兰与紊流管连接，并在第一法兰与入口导管的连接处以及第二法兰与紊流管的连接处设有紫铜材质的密封垫片，既可以起到密封作用，又可以耐高温。以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种水冷喷嘴，包括 管体，具有进水口 ；以及， 喷嘴本体，具有沿轴向贯通的用于容纳轧件的内腔，设置于所述管体内、并与所述管体之间形成与所述进水口连通的集水腔； 所述喷嘴本体上沿周向设有向其轴心收敛的第一喷射通道，所述第一喷射通道与所述喷嘴本体的轴心线之间形成第一喷射角； 其特征在于， 所述喷嘴本体上沿其周向还设有向其轴心收敛的第二喷射通道，所述第二喷射通道与所述喷嘴本体的轴心线之间形成第二喷射角； 所述第一喷射通道与所述第二喷射通道的收敛方向相同，且所述第一喷射角小于所述第二喷射角。
2.根据权利要求I所述的水冷喷嘴，其特征在于，所述喷嘴本体包括 内锥套，具有向其轴心收敛的第一锥面，所述第一锥面上沿周向均匀分布有多个沿所述第一锥面的素线方向延伸的直导流槽，每一直导流槽进水端与所述集水腔连通，出水端与所述内锥套的内腔连通； 外锥套，具有与所述第一锥面配合的第二锥面，且所述第二锥面与所述内锥套的第一锥面上的多个直导流槽配合，形成沿第一锥面的素线方向向所述内锥套轴心收敛的所述第一喷射通道。
3.根据权利要求2所述的水冷喷嘴，其特征在于所述外锥套内部具有沿其周向均匀分布的多个直排孔，每一直排孔进水端与所述集水腔连通，出水端与所述外锥套的内腔连通，多个直排孔的进水端至多个直排孔的出水端逐渐收敛，而形成向所述外锥套轴心收敛的所述第二喷射通道，
4.根据权利要求3所述的水冷喷嘴，其特征在于多个直导流槽与多个直排孔呈空间交错。
5.根据权利要求4所述的水冷喷嘴，其特征在于多个直导流槽的出水端与多个直排孔的出水端相交于所述喷嘴本体的内腔壁上。
6.根据权利要求2至5任一项所述的水冷喷嘴，其特征在于所述内锥套与所述外锥套之间设置有用于调节所述第一喷射通道流量的调节垫片。
专利摘要本实用新型提供了一种水冷喷嘴，包括管体，具有进水口；以及，喷嘴本体，具有沿轴向贯通的用于容纳轧件的内腔，设置于管体内、并与管体之间形成与进水口连通的集水腔；喷嘴本体上沿周向设有向其轴心收敛的第一喷射通道，第一喷射通道与喷嘴本体的轴心线之间形成第一喷射角；喷嘴本体上沿其周向还设有向其轴心收敛的第二喷射通道，第二喷射通道与喷嘴本体的轴心线之间形成第二喷射角；第一喷射通道与第二喷射通道的收敛方向相同，且第一喷射角小于第二喷射角。本实用新型的水冷喷嘴改变了冷却水的压力和流量的分布，具有大水量、冲击小，冷却均匀的特点，有效破坏蒸汽膜，保证轧件与冷却水充分热交换，增加导热系数，合理控制轧件的水冷强度。
文档编号B05B7/08GK202725648SQ20122037860
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者梁鸿, 熊坚, 马志勇, 童镇, 刘炜, 李新林, 孙长城, 王任全 申请人:北京京诚瑞信长材工程技术有限公司