一種自吸式噴嘴的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種自吸式噴嘴，可用在金屬板淬火機上。所述自吸式噴嘴安裝在淬火機的上壓輥之間為上噴嘴，安裝在淬火機的下輸送輥之間為下噴嘴。上噴嘴和下噴嘴上均設有噴射口和擋水輥，所述噴射口與金屬板運行方向成一定夾角，所述擋水輥分別通過執行機構壓在待淬火工件的上、下表面，上噴嘴和下噴嘴于噴射口和擋水輥之間均設有收集水槽，多余的冷卻水沖向收集水槽，并由收集水槽的兩側排出。自吸式噴嘴可有效減少鋼板表面的冷卻殘水，也使得淬火金屬板的上下表面與上下噴嘴對應的接觸區均勻受冷，可增加淬火金屬板的冷卻均勻性。
【專利說明】一種自吸式噴嘴
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于金屬板材淬火【技術領域】，尤其涉及于一種板材淬火用的自吸式噴 嘴。
【背景技術】
[0002] 淬火是提高金屬材料強度的重要熱處理手段。對金屬板材而言，一般采用輥式淬 火機進行連續淬火。輥式淬火機由上壓輥、板材輸送輥道及噴水冷卻系統組成。噴水冷卻 系統的冷卻水通過眾多噴嘴作用在板材表面，通過控制噴嘴的流量控制金屬板材溫度，而 獲得所要求組織的淬火板材。
[0003] 為了獲得較好的淬火板形，通常采用的噴嘴布置如圖1所示，A為板材運行方向， 板材4分別從上壓輥la、輸送輥道Ib和上壓輥2a、輸送輥道2b中通過，上噴嘴3a和下噴 嘴3b對稱地布置在板材厚度的兩側，其目的是上噴嘴3a在板材上表面的射流線Dota和下 噴嘴3b在板材下表面的射流線Dotb位于同一堅直面上，即同時冷卻板材上下表面的Dota 和Dotb，減少上下表面的溫差以控制淬火板材的板形。但實際上，上噴嘴3a的冷卻水流經 Dota向板材前進方向滑行,直至達到2a棍后向上游上方回旋，Dota與2a棍間存有一段水 層，專利CN 101035913B稱之為"積水現象";而下噴嘴3b的冷卻水流經Dotb后由于水的自 重即刻離開了板材的下表面，因此造成上下表面冷卻不均，影響淬后板材的板形。
[0004] 為了改善這種情況，CN 101035913B公開了一種淬火裝置，通過在板材上方設置抽 吸裝置，同時設置一根螺旋輥將"積水層"的冷卻水排走。這種方式減少了 "積水現象"，但 帶來了三個問題：
[0005] 1)淬火機一般由多組噴嘴組成，因此需要多組抽吸裝置，而抽吸裝置價格昂貴，增 加了投資成本；
[0006] 2)螺旋輥可把積水排到了螺旋輥的下游，但由于螺旋水槽儲水量要局部偏大，造 成金屬板面周期性局部過冷，形成黑印。
[0007] 3)下冷卻水經噴射后下落，水的利用率低。
[0008] 本實用新型提供了一種噴嘴，既能保證冷卻均勻性，又能節省投資，還能提高水的 利用效率。 實用新型內容
[0009] 鑒于現有技術的現狀，本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、較低成本的自 吸式噴嘴，用于淬火設備上，使得淬火件冷卻均勻，產品質量佳。
[0010] 為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種自吸式噴嘴，設置在輥式 淬火機上，所述淬火機包括上壓輥和輸送輥道，上壓輥和輸送輥道之間為待淬火工件，其特 征在于，所述上壓輥和輸送輥道之間分別安裝有上噴嘴和下噴嘴，所述上噴嘴和下噴嘴上 均設有噴射口和擋水輥，所述擋水輥分別通過執行機構壓在待淬火工件的上、下表面，上噴 嘴和下噴嘴于噴射口和擋水輥之間均設有收集水槽。上方的集水槽高于下方的集水槽，從 噴射口噴射出的水流噴射在待淬火工件上，隨著工件的移動，依附其上的水流在擋水輥、收 集水槽、鋼板表面及噴射面之間形成一穩定水層，其中上水層的高度Ha大于等于下水層的 高度Hb，由于水是有重量的，下面的水容易從水槽和兩側流走，所以下面的水層高度應該小 于等于上面的水層高度。多余的冷卻水沖向收集水槽，并由收集水槽的兩側排出。這樣穩 定水層的存在使得淬火金屬板的上下表面與上下噴嘴對應的接觸區均勻受冷，提高工件淬 火的質量。相比現有的淬火機水是直接掉下來統一匯流，然后再通過冷卻系統進行循環冷 卻，本實用新型同時充分利用水層進一步冷卻，提高冷卻水的使用效率。
[0011] 作為優選，上噴嘴還包括進水口，所述進水口連接穩流腔，穩流腔與噴射腔通過穩 流板隔離，其隔離板上設有穩流孔聯通穩流腔與噴射腔，噴射腔上設有噴射口朝向待淬火 工件。水由進水口進入穩流腔中是混亂的，經隔離板上的穩流孔留至噴射腔后，噴射腔中的 水流狀態就比較穩定。
[0012] 作為優選，下噴嘴還包括進水口，所述進水口連接穩流腔，穩流腔與噴射腔通過穩 流板隔離，其隔離板上設有穩流孔聯通穩流腔與噴射腔，噴射腔上設有噴射口朝向待淬火 工件。
[0013] 作為優選，上噴嘴和下噴嘴的噴射口對應淬火工件上下表面的噴射點位于同一堅 直面上。同時冷卻工件上、下表面的噴射點，減少上下表面的溫差以控制淬火板材的板形。
[0014] 作為優選，上噴嘴和下噴嘴噴射口噴射出的水流與待淬火工件小于45°夾角。
[0015] 作為優選，上收集水槽的厚度La大于等于小收集水槽的厚度Lb，上收集水槽的寬 度Wa大于下收集水槽的寬度Wb，下收集水槽的寬度Wb大于待淬火工件的最大寬度W。主 要目的是為了加快上面水層的流出和降低下面水層的流出。
[0016] 作為優選，上噴嘴連接的執行機構的壓下力和所述下噴嘴連接的執行結構的壓上 力相等，或壓上力大于壓下力，保證待淬火工件水平向前運行。
[0017] 如上所述，本實用新型提出的自吸式噴嘴，與傳統噴嘴噴射相比具有以下有益效 果：使鋼板上表面的冷卻殘水及時導出，避免了在鋼板上表面隨意流動造成冷卻不均；有 效的減少了下噴射水由于重力掉落造成冷卻水利用效率低的弊端，較好的規整了下噴嘴噴 射水流與鋼板下表面的接觸區域，提高了接觸區的冷卻均勻性和水的利用率；可以合理匹 配鋼板上下表面與冷卻水接觸區的寬度，減少上下表面的冷卻差異，增加冷卻均勻性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1顯示為【背景技術】中帶輸送機構的結構示意圖。
[0019] 圖2顯示為本實施例的自吸式噴嘴的結構示意圖。
[0020] 圖3為圖2中自吸式噴嘴的B- B剖面圖。
[0021] 圖4為不同噴射角度下的噴射流場。
[0022] 圖5為不同噴射角度下沖擊區距離鋼板表面5mm處溫度對比。
[0023] 圖6為圓柱噴射下，垂直噴淋和傾斜噴淋對鋼板不同區域溫降曲線的影響。
[0024] 圖7為縫隙噴射下，垂直噴淋和傾斜噴淋對鋼板不同區域溫降曲線的影響。
[0025] 零件標號說明
[0026] la、2a 上壓輥，
[0027] lb、2b 輸送輥道，
[0028] 3a 上噴嘴，
[0029] 3b 下噴嘴，
[0030] 4 板材，
[0031] 5a 上噴嘴，
[0032] 5b 下噴嘴，
[0033] 6a、6b 執行機構，
[0034] 7a、7b 擋水輥，
[0035] 8a、8b 收集水槽。
【具體實施方式】
[0036] 以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說 明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另 外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應 用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0037] 根據附圖2、3所示，本實施例的自吸式噴嘴，應用在淬火設備上，板材4依次通過 上壓輥Ia和輸送輥道Ib之間、上壓輥2a和輸送輥道2b之間，其中上壓輥Ia和上壓輥2a 均設置在板材4上方，輸送輥道lb、輸送輥道2b對應上壓輥Ia和上壓輥2a設置在板材4 的下方，并承載板材4的重量。板材4隨上壓輥和輸送輥道的轉動，水平單向移動。
[0038] 上壓輥Ia和輸送輥道Ib分別鉸接有上噴嘴5a和下噴嘴5b。
[0039] 上噴嘴5a的進水口連接穩流腔，穩流腔與噴射腔通過穩流板隔離，其隔離板上設 有穩流孔聯通穩流腔與噴射腔，噴射腔上設有噴射口朝向板材4。上噴嘴5a靠近上壓輥2a 的末端設有擋水棍7a，噴射口與擋水棍7a之間在板材4的表面形成一穩定水層。擋水棍 7a通過執行機構6a壓下在鋼板4的表面上。
[0040] 下噴嘴5b的進水口連接穩流腔，穩流腔與噴射腔通過穩流板隔離，其隔離板上設 有穩流孔聯通穩流腔與噴射腔，噴射腔上設有噴射口朝向板材4。下噴嘴5b靠近輸送輥道 2b的末端設有擋水棍7b，噴射口與擋水棍7b之間在板材4的表面形成一穩定水層。擋水 輥7b通過執行機構6b壓下在鋼板4的表面上。
[0041] 執行機構6a的壓下力和6b的壓上力相等，或6b的壓上力稍大于6a的壓下力，保 證板材水平向前運行。
[0042] 上噴嘴5a于噴射口與擋水輥7a之間設有收集水槽8a，下噴嘴5b噴射口與擋水輥 7b之間設有收集水槽8b。上收集水槽的厚度La大于等于小收集水槽的厚度Lb，上收集水 槽的寬度Wa略大于下收集水槽的寬度Wb，下收集水槽的寬度Wb略大于冷卻板材的最大寬 度W。
[0043] 上噴嘴5a和下噴嘴5b噴射口噴射出的水流與鋼板表面呈一定夾角傾斜噴射，其 夾角小于45°。
[0044] 采用仿真和實驗方法，研究了噴射角度對冷卻均勻性的影響
[0045] 用Fluent模擬軟件進行不同噴射角度下流場和對鋼板冷卻效果的仿真研究。邊 界條件如下：
[0046] 水溫： 35°C 鋼板開冷溫度： 900°C 鋼板厚度： 30mm 鋼板材料： 采用?0.2% C含量，比熱容，導熱系數按此成分定 噴嘴出口水流速： 3 2m/s 噴嘴與鋼板表面垂直距離： 50_ 縫隙噴嘴寬度： 2mm 噴射角度 IOa、20。、30°、45°、60°、75°、90°
[0047] 流場仿真結果見圖4。當水流與鋼板表面夾角為10°時，冷態條件下，在板坯表面 可能有卷氣現象發生。當卷氣現象發生后，會在板坯表面的冷卻水中形成氣泡，減少了冷卻 水與板坯接觸的有效面積，降低了冷卻效率，也影響了在沖刷區的冷卻均勻性。
[0048] 當水流與鋼板表面夾角20°、25°、30°時，冷態條件下，冷卻水在板坯表面的流 動比較順暢，其流動方向基本是沿著來流方向向前流動，且基本沒有卷氣現象發生。對板坯 冷卻來說，這種流動狀態是有利的。
[0049] 當水流與鋼板表面夾角為45°、60°、75°、90°時，冷態條件下，冷卻水在板坯表 面基本流動狀態為：當冷卻水打擊到鋼板上時，冷卻時向板坯兩端分別流動，在流動過程中 沒有卷氣發生。由于冷卻水向板坯兩端分別流動，從而減少了主冷區冷卻水的流量，降低了 主冷卻的冷卻效率。
[0050] 圖5顯示了在20°?30°的噴射角度范圍內，隨著角度增加，冷卻能力增強。根 據以上分析得出，較為理想的噴射角度為30°。
[0051] CAE分析已經得出了傾斜噴淋有利于鋼板的冷卻均勻性，靜態噴淋實驗中也證實 了該結論。圖6為圓柱噴射下，鋼板在垂直噴淋和傾斜噴淋時，沖擊區和平流區鋼板中心溫 度的變化，可看出25°傾斜噴射時，沖擊區和平流區的冷卻差異大大弱于垂直噴射。圖7為 在同樣噴射壓力的縫隙噴射下，30°傾斜噴射時鋼板沖擊區和平流區表面3mm和厚度中心 的溫降曲線，進一步證明了傾斜噴射時，可以十分有效的減少沿鋼板長向的冷卻差異，提高 冷卻均勻性。
[0052] 需要說明的是，本實用新型利用了水層的進一步冷卻，提高了水的使用效率，但如 果取消水層，噴射口與收集水槽沿堅直面對稱布置，即水接觸鋼板后立刻通過水槽離開鋼 板表面，雖然水的利用率有所降低，但仍然可以提高淬火板材的板形，這種情況應有本實用 新型的權利要求所涵蓋。
[0053] 上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新 型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行 修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精 神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1. 一種自吸式噴嘴，設置在輥式淬火機上，所述淬火機包括上壓輥和輸送輥道，上壓輥 和輸送輥道之間為待淬火工件，其特征在于，所述上壓輥和輸送輥道之間分別安裝有上噴 嘴和下噴嘴，所述上噴嘴和下噴嘴上均設有噴射口和擋水輥，所述擋水輥分別通過執行機 構壓在待淬火工件的上、下表面，上噴嘴和下噴嘴于噴射口和擋水輥之間均設有收集水槽。
2. 根據權利要求1所述的自吸式噴嘴，其特征在于，所述上噴嘴還包括進水口，所述進 水口連接穩流腔，穩流腔與噴射腔通過穩流板隔離，其隔離板上設有穩流孔聯通穩流腔與 噴射腔，噴射腔上設有噴射口朝向待淬火工件。
3. 根據權利要求1所述的自吸式噴嘴，其特征在于，所述下噴嘴還包括進水口，所述進 水口連接穩流腔，穩流腔與噴射腔通過穩流板隔離，其隔離板上設有穩流孔聯通穩流腔與 噴射腔，噴射腔上設有噴射口朝向待淬火工件。
4. 根據權利要求2或3所述的自吸式噴嘴，其特征在于，所述上噴嘴和下噴嘴的噴射口 對應在淬火工件上下表面的噴射點位于同一堅直面上。
5. 根據權利要求2或3所述的自吸式噴嘴，其特征在于，所述上噴嘴和下噴嘴噴射口噴 射出的水流與待淬火工件小于45°夾角。
6. 根據權利要求1所述的自吸式噴嘴，其特征在于，所述上收集水槽的厚度La大于等 于小收集水槽的厚度Lb，上收集水槽的寬度Wa大于下收集水槽的寬度Wb，下收集水槽的寬 度Wb大于待淬火工件的最大寬度W。
7. 根據權利要求1所述的自吸式噴嘴，其特征在于，所述上噴嘴連接的執行機構的壓 下力和所述下噴嘴連接的執行結構的壓上力相等，或壓上力大于壓下力，保證待淬火工件 水平向前運行。
【文檔編號】C21D1/667GK204138712SQ201420581511
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】方建忠, 韓會全, 楊春楣 申請人:中冶賽迪工程技術股份有限公司