淺談冶金噴嘴參數(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計思路

周紅梅

（揚(yáng)州宏誠冶金設(shè)備有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225200）

目前，冶金噴嘴主要有三類，一類是連鑄噴嘴，主要用于連鑄機(jī)二冷段冷卻使用的水噴嘴與水氣霧化噴嘴，冷卻鑄坯，使液態(tài)鑄坯順利連續(xù)的形成固態(tài)鋼坯。第二類是高壓除鱗噴嘴，用于軋鋼廠軋鋼過程中對鋼坯的除鱗，即去除氧化皮。第三類是螺旋除塵噴嘴，用于煉鋼轉(zhuǎn)爐煙道除塵降溫的大流量噴嘴。

1 三類噴嘴的技術(shù)參數(shù)

1.1 連鑄噴嘴

連鑄噴嘴主要包括PZ系列水噴嘴和HPZ系列氣-水霧化噴嘴。水噴嘴PZ系列型號參數(shù)

X1 PZ X2 X3 X4 X5

X1表示連接螺紋，PZ表示水噴嘴，X2表示標(biāo)準(zhǔn)壓力為0.3MPa時的10倍的流量（L/min），X3表示標(biāo)準(zhǔn)壓力為0.3MPa時噴射角度，X4表示噴淋形狀，X5表示噴淋種類（1、2、3……表示）。

例如：3/8PZ7895B1

3/8--螺紋接口 PZ--水噴嘴78--流量7.8L/min 95--噴射角95° B--扁平形 1--噴淋種類號。

連鑄水噴嘴根據(jù)噴霧形狀可分為扁平帶狀（B）、實心錐霧(QZ)、錐型空心圓環(huán)狀(KZ)、橢圓噴霧(TY)、矩形噴霧(J)、正方形噴霧(F)等噴淋形狀。通過噴嘴型號可以對應(yīng)出唯一技術(shù)參數(shù)的噴嘴。連鑄水噴嘴不同的噴射形狀設(shè)計不同的螺旋分散等結(jié)構(gòu)的內(nèi)芯，配合不同的噴口結(jié)構(gòu)，通過測試數(shù)據(jù)形成所需要的不同參數(shù)的噴嘴。流量、壓力、與噴射角度是水噴嘴重要的檢測參數(shù)數(shù)據(jù)。

氣-水霧化噴嘴HPZ系列型號參數(shù)

HPZ Y1 - Y2 Y3 Y4

HPZ表示氣水霧化噴嘴,Y1表示標(biāo)準(zhǔn)壓力下水流量（一般水、氣壓力均為0.2MPa）,Y2表示標(biāo)準(zhǔn)壓力下噴射角度,Y3表示噴淋形狀,Y4表示噴淋種類（1、2、3……表示）.

例如：HPZ7-140B1

HPZ--氣水霧化噴嘴 7--流量7L/min 140--噴射角95° B--扁平形 1--噴淋種類號

連鑄氣-水霧化噴嘴，有進(jìn)水進(jìn)氣兩個通道，一般噴嘴結(jié)構(gòu)比水噴嘴外形要復(fù)雜。有板式連接與螺紋連接方式。噴射為水氣霧化噴霧，水流量更少，噴霧粒度更細(xì)更密。噴淋形狀有雙峰錐形(QZ),扁平扇形（B）,其中扁平扇形使用特別廣泛，有30多種噴淋種類，不同的噴嘴類型有不同的水量分布特性與不同的流量特性曲線。比如B1的水氣噴嘴噴霧粒子較小，擴(kuò)散角較大，特別適用于板坯連鑄二次冷卻與超低頭連鑄機(jī)的二次冷卻。B3的水氣噴嘴有兩個噴頭結(jié)構(gòu)，霧化均勻，用較少的噴嘴即可滿足冷卻要求，尤其適用于合金鋼板坯連鑄的二次冷卻。B5的噴嘴屬氣、水直交流內(nèi)混式結(jié)構(gòu)霧化噴嘴，噴霧分布呈山峰狀，霧化良好，不易堵塞，與設(shè)備安裝采用接板式連接，安裝及更換十分方便，主要適用于大方坯和大圓坯連鑄的二次冷卻。

1.2 高壓除鱗噴嘴

這種噴嘴噴出的高壓水呈很薄的扇形高流速水簾，其單位面積、沖擊力很強(qiáng)。噴嘴型式主要為扁平形。

GPZ Z1 Z2 -Z3 -Z4

GPZ表示高壓噴嘴,Z1表示噴嘴形式,Z2表示噴淋形狀種類,Z3表示標(biāo)準(zhǔn)壓力為10MPa時的10倍的流量（L/min）,Z4表示標(biāo)準(zhǔn)壓力為10MPa下的噴射角.

例如：GPZB7-720-30

GPZ--高壓噴嘴B--噴嘴形式7--噴淋種類號 720--流量72.0L/min 30--噴射角30°

GPZ系列高壓噴嘴的工作壓力范圍2.0-50.0MPa，在不同的工作壓力下，具有不同的流量、噴射角度及打擊力。其原理就是利用高壓液體極高的動能，起到除鱗、清洗的作用。壓力、流量、噴射角、打擊力是高壓噴嘴的重要技術(shù)與檢測數(shù)據(jù)。

B形式的高壓噴嘴有20多種形狀種類，不同形狀種類的噴嘴具有各自的優(yōu)點(diǎn)，比如B4類的高壓噴嘴，噴頭與噴體采用燕尾連接形式，更換噴嘴快速準(zhǔn)確，接口采用焊接連接，同時外形長度超短，尤其適合安裝位置受嚴(yán)格限制的場合。

B5類的高壓噴嘴為強(qiáng)力噴嘴，其結(jié)構(gòu)較一般噴嘴增加了整流裝置，經(jīng)整流后的高壓水流態(tài)，基本為層流態(tài)，噴射出的呈扇形的高速水簾較均勻，接口為焊接，積極較大，適用于對安裝位置尺寸要求不高的場合。

B12類的高壓噴嘴除了有強(qiáng)力噴嘴的特性之外，還具備外圓直徑小，可安裝在要求噴嘴噴射距離較近，打擊力要求高，而導(dǎo)致噴嘴安裝距離必須較密的場合。

1.3 螺旋除塵噴嘴

該噴嘴的噴霧區(qū)域是由一系列一個或幾個連續(xù)的同心圓錐環(huán)組合而成的，其噴射形狀為空心錐形和實心錐形兩類。其獨(dú)特的設(shè)計結(jié)構(gòu)可使較小流量的噴嘴出口尺寸達(dá)到較一般噴嘴數(shù)倍大液體流通截面，由于沒有內(nèi)芯結(jié)構(gòu)，因此使噴嘴的通道更加暢通，最大程度的減少阻塞現(xiàn)象；主要用于煉鋼轉(zhuǎn)爐煙道除塵降溫。

螺旋噴嘴型號參數(shù)

Q1 PZ Q2 Q3 LZ Q4

Q1表示連接螺紋，PZ表示噴嘴，Q2表示標(biāo)準(zhǔn)壓力為0.3MPa時的10倍的流量（L/min），Q3表示標(biāo)準(zhǔn)壓力為0.3MPa時噴射角度，LZ表示螺旋噴淋形狀，Q4表示噴淋種類。

例如：2PZ1105060LZ3

2--螺紋接口 PZ--噴嘴 11050--流量1105L/min 60--噴射角60° LZ--螺旋噴嘴2--噴淋種類號。

螺旋噴嘴只有一種LZ螺旋噴淋形狀，5個噴淋種類。LZ1與LZ2都是螺紋連接形式，LZ1噴射霧場為空心錐形，LZ2噴射霧場為實心心錐形；LZ3與LZ4都是法蘭連接形式，LZ3噴射霧場為空心錐形，LZ4噴射霧場為實心心錐形；LZ5是LZ2的加長版，這種噴嘴具有最大的暢通通道，可允許大顆粒的雜質(zhì)通過。設(shè)計參數(shù)與連鑄噴嘴類似，流量、壓力、與噴射角度是螺旋噴嘴的主要設(shè)計與檢測數(shù)據(jù)。

2 各類型噴嘴的檢測范圍與要求

2.1 連鑄噴嘴：

1)低壓水壓力范圍：0.05—1.5Mpa，流量范圍：0.5—50L/min

2)系統(tǒng)空氣壓力要求：0.05—0.8Mpa，空氣流量：0.8—60Nm3/h；

3)流量、壓力檢測精度：0.6級，測量重復(fù)精度0.3%；4)噴霧密度分布測試范圍：X方向：2500mm；

5)水氣壓力流量的檢測和控制采用兩套控制系統(tǒng)；

6)噴嘴采用自動控制，調(diào)節(jié)范圍：高度范圍為50mm—500mm，Y方向為0—1000mm，Y方向速度為0—6000mm/min，調(diào)速方式為無級調(diào)速，噴嘴夾持裝置沿X方向即橫梁方向任意移動；

7)噴嘴的每次測試時間，從壓力穩(wěn)定后到測試數(shù)據(jù)的輸出須在五分鐘內(nèi)完成；

8)壓力與流量測試結(jié)果形成壓力-流量特性數(shù)據(jù)與曲線圖，水噴嘴與水氣霧化噴嘴形成各自的數(shù)據(jù)與曲線形式。可以表達(dá)出該噴嘴的壓力與流量的關(guān)系。

10)測量粒度范圍：6-2000微米。測量時間：單次數(shù)據(jù)采集時間小于1秒。數(shù)據(jù)處理時間小于60秒。處理模式：R-R模式處理結(jié)果可同時在顯示器和打印機(jī)輸出，結(jié)果包括粒度分布曲線，各尺寸帶粒子所占白分比，D（V，0.1），D（V，0.5）, D（V，0.9），SMD，D43，SPAN。按照要求打印測試結(jié)果報告。

2.2 高壓除鱗噴嘴

高壓水壓范圍：5—30Mpa，流量范圍：1—200L/min，噴射角0-40°，測試滑臺橫向移動范圍(X)：220mm；縱向移動范圍(Y)：300mm；高度方向移動范圍(Z)：400mm；沖擊力傳感器轉(zhuǎn)動角度-10°-+10 °，傳感器手動安裝傾斜角（面向噴嘴）為5 °、10 °、15 °。最終形成沖擊力三維分布圖。

2.3 螺旋除塵噴嘴

低壓大流量水壓力范圍：0.05—3Mpa，流量范圍：2—4000L/min。通過智能儀表檢測，形成壓力-流量特性數(shù)據(jù)與曲線圖。

3 各類型噴嘴的檢測設(shè)計思路：

3種系列的噴嘴檢測實際是3種不同的檢測設(shè)備，僅僅水源氣源公用一個蓄水池與一組儲氣源。水動力源采用儲水池和水泵，儲水池采用雙池傾斜過濾網(wǎng)，管道采用不銹鋼材料，水管道中加過濾器，逆止閥，水源循環(huán)利用；通過液位變送器控制水泵自動開啟。氣動力源采用壓縮空氣，通過儲氣罐和空壓機(jī)來實現(xiàn)；為滿足更穩(wěn)定的氣源，采用兩臺儲氣罐串聯(lián)，每臺儲氣罐容量2立方米。

3.1 連鑄噴嘴:

1)檢測結(jié)構(gòu)原理圖

2)連鑄水噴嘴、氣水霧化噴嘴綜合性能測試，為滿足測試精度，水氣壓力流量的檢測和控制采用兩套控制系統(tǒng)；水流量范圍：0.5—50L/min分為0.5-5L/min與5-50L/min兩級控制，氣流量范圍：0.8—60Nm3/h分為0.8-7Nm3/h與7-60Nm3/h兩級控制。每級控制系統(tǒng)分別有閘閥、電動調(diào)節(jié)器、壓力變送器、電磁流量計，通過通過PLC 控制，采集數(shù)據(jù)。通過編程各種圖表，將測試的數(shù)據(jù)用圖表表達(dá)出來，形成所需的測試參數(shù)。

3)水流量的控制采用手動調(diào)節(jié)和計算機(jī)自動調(diào)節(jié)兩種方式；壓縮空氣壓力，流量信號均為自動檢測，壓力調(diào)節(jié)采用手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)兩種方式；這里的手動是設(shè)置某個自定的壓力參數(shù)，系統(tǒng)采集該壓力下的流量數(shù)據(jù)。自動是根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的不同壓力，系統(tǒng)自動檢測出不同壓力下的流量數(shù)據(jù)，形成壓力-流量特性數(shù)據(jù)與曲線圖。

（二）多形式培養(yǎng)學(xué)生說的能力。語言是人類最重要的交際工具。素質(zhì)教育中的語文教學(xué)就應(yīng)充分重視說的訓(xùn)練。這種說的訓(xùn)練，是學(xué)生主動用自己的語言來表達(dá)自己思想的技能技巧的練。在課內(nèi)，主要要求教師以說明理，引導(dǎo)學(xué)生懂得說是進(jìn)行思想交流和感情溝通的最根本途徑。教師要想方設(shè)法為學(xué)生營造說的環(huán)境。在課堂內(nèi)進(jìn)行敘述，說明等實踐，充分鍛煉學(xué)生說的能力。在課堂外經(jīng)常舉行小型故事會，演講會，辯論會，詩歌朗誦會等以說為主的活動，培養(yǎng)學(xué)生快速思維能力，語言運(yùn)用能力和思變能力等。

4)噴霧密度分布檢測，是在固定壓力（水噴嘴壓力0.3MPa）(氣水噴嘴水壓力0.2MPa氣壓力0.2MPa）下，檢測噴霧密度分布。在噴霧下方X方向：2500mm的范圍內(nèi)設(shè)計一臺流量分布集水臺，這個集水臺有一組接水試管，每個試管下方設(shè)計一組電磁閥與流量傳感器，檢測出每個試管的流量數(shù)據(jù)，形成該噴嘴的噴霧流量分布圖。

5)噴嘴固定安裝在升降裝置上面，通過檢測試管接水流量，找出噴霧邊緣流量數(shù)據(jù)得到水平測試寬度，該數(shù)據(jù)與自動升降高度數(shù)據(jù)，測算出噴嘴噴射角度。

6)噴霧粒度檢測，選用激光粒度檢測原理，尋找專業(yè)廠家合作，最終用符合R-R分布的標(biāo)準(zhǔn)粒子板，分別在激光粒度測試儀和英國馬爾文粒度測試儀進(jìn)行對比測試，用300mm焦距的鏡頭，采用R-R模式處理,SMD(D32)和D43參數(shù)誤差不大于10%為檢驗合格標(biāo)準(zhǔn)。

2)管路設(shè)計壓力以40Mpa為標(biāo)準(zhǔn)。管路設(shè)計有前置水泵與高壓柱塞水泵、高壓電動調(diào)節(jié)閥、壓力變送器、電磁流量計，通過PLC數(shù)據(jù)檢測出不同壓力下的流量數(shù)據(jù)，主要檢測數(shù)據(jù)分布在 5.0MPa、10.0MPa、12.0MPa、15.0MPa、18.0MPa、20.0MPa、25.0MPa壓力下的對應(yīng)流量，形成高壓噴嘴的壓力-流量特性數(shù)據(jù)與曲線圖。

3)設(shè)定高壓沖擊力測試界面，可動態(tài)顯示X，Y，Z，旋轉(zhuǎn)軸位置，高壓壓力、流量沖擊力傳感器測試數(shù)值(軟件設(shè)計前指定三只)數(shù)值。任意輸入高壓壓力(高壓泵手動調(diào)壓區(qū)域內(nèi))可實現(xiàn)沖擊力測量，實現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的三種測試軌跡的自動測量。

3.3 螺旋除塵噴嘴

1)檢測結(jié)構(gòu)原理圖

2)管路設(shè)計壓力以3Mpa為標(biāo)準(zhǔn)。通過大流量水泵，管路布置有穩(wěn)壓閥、閘閥、電動調(diào)節(jié)閥、壓力變送器、電磁流量計，PLC控制，主要對0.07MPa、0.15MPa、0.3MPa、0.7MPa、2.5MPa壓力點(diǎn)下流量進(jìn)行檢測。將測試的數(shù)據(jù)用圖表表達(dá)出來，形成所需的測試參數(shù)和曲線圖。

4 總結(jié)

20多年前，冶金噴嘴是宏誠公司創(chuàng)業(yè)產(chǎn)品，那時正是國外連鑄備件轉(zhuǎn)化國內(nèi)生產(chǎn)的瘋狂時期，沒有技術(shù)、沒有標(biāo)準(zhǔn)，更沒有檢測手段。隨著技術(shù)的發(fā)展，我們不斷的摸索，不斷的學(xué)習(xí)，不斷的總結(jié)，目前我們所在的城市“江都”已被大家域名為“噴嘴之鄉(xiāng)”。但我們的技術(shù)發(fā)展永無止境，創(chuàng)新工作還在繼續(xù)前行。