完全锥形液体喷嘴和金属铸造中引导冷却液的喷射系统技术方案

一种喷嘴（１２），其特别适用于将液态冷却剂引导至连铸金属型材上。该喷嘴（１２）包括喷嘴主体（１８）和叶片（３０），喷嘴主体（１８）具有与排放孔（２２）相通的液体流动通道（２１），而叶片（３０）设于通道（２１）内并处于排放孔（２２）的上游。叶片（３０）具有用于产生轴流的中心孔（３５），以及多条周向隔开的成角度的通道（３６），其用于切向式引导多股液流，这些液流会产生液体湍流、分离并与轴流混合，使得从排放孔（２２）中喷出的液体能够更均匀地冷却铸造金属，而与因金属浇铸的速度变化所引起的液压变化无关。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及喷嘴，更具体地涉及完全锥形(full cone)的液体喷嘴，其特别适用于在金属铸造操作中喷射液态冷却剂。
技术介绍
在金属铸造操作中，尤其对于从铸模中挤出钢板、钢坯或其它金属型材的金属连铸系统而言，需要用水来喷射显露出来的金属以快速散热。希望这种喷射以精细地雾化并均匀地引导至金属上，以便实现均匀的冷却。液态冷却剂的不均匀分布导致了金属的不均匀冷却，这可能会导致裂纹、高应力以及降低的表面质量和边缘质量。在金属连铸操作中已经使用了完全锥形的液体喷嘴，以便将冷却液即水引导至金属表面上，从而使冷却效果最大化且不会因增压空气而分解。现有的完全锥形喷嘴通常包括具有排放孔的喷嘴主体和上游叶片，其将涡流运动施加给穿过喷嘴的液体，以便使液流分离并将液体颗粒分布在整个排出的锥形喷流形状上。然而，现有的完全锥形喷嘴具有一些操作上的缺点。现有的完全锥形液体喷嘴的一个问题是由于液体流量完全由液压控制的原因所引起的。为了获得适当的冷却，在连铸操作中喷出的液体体积必须与型钢的铸造速率相符。换句话说，当金属以较高的速率从铸模中显露出时，需要比低速率铸造期间更大量的冷却剂以实现适当的冷却。然而，在现有的完全锥形喷嘴中，为改变喷射体积所需的液压变化也改变了所排出的锥形射流的角度，这又改变了喷射的覆盖范围，即液体所冲击的金属表面的面积。喷射覆盖范围的变化又可能通过改变了相邻喷嘴的排出射流的重叠范围而改变了冷却的均匀性，在某些情况下会导致在相邻喷嘴的排出射流之间存在间隙。在金属连铸操作中使用现有的完全锥形液体喷嘴的另一问题在于，无论喷射的压力如何，排出射流在本质上都是不均匀的。测试表明，在平行于喷嘴轴线的一个狭窄平面部分中的每单位面积上所聚集的液体体积(即液体密度)与喷嘴轴线上的垂直于第一平面部分的第二狭窄平面部分中的液体密度相比存在显著的变化。虽然考虑到这种不均匀性而将喷嘴以相互间预定的关系来安装，但通常只是通过螺纹将喷嘴拧紧在供应管上，使得一个喷嘴的不规则喷流形状与相邻喷嘴的不规则喷流形状没有任何关系，这对移动的铸造金属的冷却来说产生了进一步的不均匀。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种铸造金属的液体喷射系统，其具有适于更均匀的液体喷射的完全锥形液体喷嘴，因而适于更均匀的金属冷却。另一目的是提供一种完全锥形的液体喷嘴，其中可根据金属铸造操作的速度来容易地改变排出射流的液体喷射体积，而不会对冷却的均匀性造成负面影响。又一目的是提供一种具有上述特征的完全锥形的喷嘴，其中所排出的锥形喷射角以及喷射的覆盖范围基本上不受液压变化的影响。还有一目的是提供一种上述类型的完全锥形的液体喷嘴，其中排出射流中的液体密度在包括了通过喷嘴轴线且彼此垂直的平面部分在内的全部喷流形状上都基本上相似。另外一目的是提供一种上述类型的完全锥形的液体喷嘴，其构造相对简单，并适于经济的制造和可靠的使用。具体地，本专利技术提出一种完全锥形的液体喷嘴，包括喷嘴主体，其具有位于下游端的排放孔和位于上游端以便与液体供给管相连的入口，穿过所述主体并与所述入口和所述排放孔相通的液体流动通道，设于所述通道内并处于所述排放孔的上游的叶片，所述液体流动通道在所述叶片和所述排放孔之间形成了涡流混合腔，所述叶片具有截头锥形的下游端、和与所述排放孔同轴延伸穿过所述叶片以产生和引导轴流的中心孔，以及所述叶片具有围绕所述中心孔周向设置的至少三条成角度的通道，用于切向地引导多股液流，所述多股液流产生了液体湍流、分离并与所述轴流相混合，使得从所述排放孔中喷出的液体具有锥形的喷流形状，并且液体颗粒分布在整个喷流形状上。本专利技术也提出一种用于在金属铸造装置中引导冷却液的喷射系统，包括多个相互间并排设置的喷嘴，各所述喷嘴可被操作以将冷却液的锥形喷流形状引导至要被冷却的金属表面的覆盖区域上，并且相邻喷嘴的排出射流的覆盖区域相互间部分地重叠，各所述喷嘴包括喷嘴主体，其具有位于下游端处的圆形排放孔，穿过所述主体并与所述主体上游端处的液体入口和所述排放孔相通的液体流动通道，设于所述通道内并处于所述排放孔的上游的叶片，所述液体流动通道在所述叶片和所述排放孔之间形成了涡流混合腔，所述叶片具有截头锥形的下游端和多条液体流动通道，所述多条液体流动通道包括至少三条围绕所述叶片周向设置的成角度的通道，所述成角度的通道至少部分地与所述叶片的所述截头锥形的下游端相通，用于切向地引导多股液流至所述涡流混合腔内，使得从所述排放孔中喷出的液体具有锥形的喷流形状，并且液体颗粒分布在整个喷流形状上；液体供应源，其用于根据特定冷却应用所需的所述喷嘴喷出的液体体积而在预定压力范围内的不同压力下将增压冷却液引导至所述喷嘴中；即使所述预定压力范围内的液压产生变化，所述喷嘴也可以有效地以恒定的锥形喷射角排出锥形喷流形状，以用于冲击在恒定覆盖范围上。本专利技术还提出一种用于在金属铸造装置中引导冷却液的喷射系统，包括多个相互间并排设置的喷嘴，各所述喷嘴可被操作以将冷却液的锥形喷流形状引导至要被冷却的金属表面的覆盖区域上，并且相邻喷嘴的排出射流的覆盖区域相互间部分地重叠，所述喷嘴均包括喷嘴主体，其具有位于下游端处的圆形排放孔，穿过所述主体并与所述主体上游端处的液体入口和所述排放孔相通的液体流动通道，设于所述通道内并处于所述排放孔的上游的叶片，所述液体流动通道在所述叶片和所述排放孔之间形成了涡流混合腔，所述叶片具有截头锥形的下游端、和与所述排放孔同轴延伸穿过所述叶片以产生轴流的中心孔，以及所述叶片具有多条围绕所述中心孔周向设置的成角度的通道，所述成角度的通道用于切向地引导多股液流，所述多股液流产生了液体湍流、分离并与所述轴流相混合，使得从所述排放孔中喷出的液体具有锥形的喷流形状，并且液体颗粒分布在整个喷流形状上；液体供应源，其用于将增压冷却液引导至所述喷嘴中；即使所述预定压力范围内的液压产生变化，所述喷嘴也可以有效地排放出锥形的喷流形状，并且在通过所述喷嘴主体轴线的第一平面部分中的每单位面积的液体流量与通过所述喷嘴主体轴线且垂直于所述第一平面部分覆盖区域的第二平面部分中的每单位面积的液体流量基本上相似。在阅读了下述详细描述并参考了附图之后，可以清楚本专利技术的其它目的和优点，其中附图说明图1是一种连铸装置的侧视图，其包括具有根据本专利技术的喷嘴的喷射系统； 图2是沿图2中线2-2的平面的截面视图；图3是所示喷射系统的一个喷嘴的放大的纵向截面；图4是图3所示喷嘴的上游端的平面图；图5是施加给图3所示喷嘴的叶片上的涡流的放大的侧视图；图6是图5所示叶片的下游端的平面图；图7是所示喷嘴的下游端的平面图，其显示了通过喷嘴轴线的直线部分，在该直线部分内采集排出射流以用于分析评估；图8是用于比较所示喷嘴在不同液压下工作时的每单位面积的液流流量(喷射密度)和排出射流的覆盖范围的图；图9是用于比较现有技术的完全锥形液体喷嘴在不同液压下工作时的喷射密度和排出射流的覆盖范围的图表；和图10是现有技术的完全锥形液体喷嘴在通过喷嘴轴线且彼此垂直的不同平面部分上的喷射密度比较的图示。虽然本专利技术具有多种修改形式和备选结构，然而在图中显示了其某一示例性实施例并将在下文中进行详细的介绍。然而应当理解，本专利技术并不局限于所公开的特定形式，恰恰相反，本专利技术覆盖了处于其精神和范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种完全锥形的液体喷嘴，包括：喷嘴主体，其具有位于下游端的排放孔和位于上游端以便与液体供给管相连的入口，穿过所述主体并与所述入口和所述排放孔相通的液体流动通道，设于所述通道内并处于所述排放孔的上游的叶片，所述液体流动通道在所述叶片和所述排放孔之间形成了涡流混合腔，所述叶片具有截头锥形的下游端、和与所述排放孔同轴延伸穿过所述叶片以产生和引导轴流的中心孔，以及所述叶片具有围绕所述中心孔周向设置的至少三条成角度的通道，用于切向地引导多股液流，所述多股液流产生了液体湍流、分离并与所述轴流相混合，使得从所述排放孔中喷出的液体具有锥形的喷流形状，并且液体颗粒分布在整个喷流形状上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C霍赫尔，
申请(专利权)人：喷雾系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]