浅谈冶金喷嘴参数与测试系统设计思路

周红梅

（扬州宏诚冶金设备有限公司，江苏 扬州 225200）

目前，冶金喷嘴主要有三类，一类是连铸喷嘴，主要用于连铸机二冷段冷却使用的水喷嘴与水气雾化喷嘴，冷却铸坯，使液态铸坯顺利连续的形成固态钢坯。第二类是高压除鳞喷嘴，用于轧钢厂轧钢过程中对钢坯的除鳞，即去除氧化皮。第三类是螺旋除尘喷嘴，用于炼钢转炉烟道除尘降温的大流量喷嘴。

1 三类喷嘴的技术参数

1.1 连铸喷嘴

连铸喷嘴主要包括PZ系列水喷嘴和HPZ系列气-水雾化喷嘴。水喷嘴PZ系列型号参数

X1 PZ X2 X3 X4 X5

X1表示连接螺纹，PZ表示水喷嘴，X2表示标准压力为0.3MPa时的10倍的流量（L/min），X3表示标准压力为0.3MPa时喷射角度，X4表示喷淋形状，X5表示喷淋种类（1、2、3……表示）。

例如：3/8PZ7895B1

3/8--螺纹接口 PZ--水喷嘴78--流量7.8L/min 95--喷射角95° B--扁平形 1--喷淋种类号。

连铸水喷嘴根据喷雾形状可分为扁平带状（B）、实心锥雾(QZ)、锥型空心圆环状(KZ)、椭圆喷雾(TY)、矩形喷雾(J)、正方形喷雾(F)等喷淋形状。通过喷嘴型号可以对应出唯一技术参数的喷嘴。连铸水喷嘴不同的喷射形状设计不同的螺旋分散等结构的内芯，配合不同的喷口结构，通过测试数据形成所需要的不同参数的喷嘴。流量、压力、与喷射角度是水喷嘴重要的检测参数数据。

气-水雾化喷嘴HPZ系列型号参数

HPZ Y1 - Y2 Y3 Y4

HPZ表示气水雾化喷嘴,Y1表示标准压力下水流量（一般水、气压力均为0.2MPa）,Y2表示标准压力下喷射角度,Y3表示喷淋形状,Y4表示喷淋种类（1、2、3……表示）.

例如：HPZ7-140B1

HPZ--气水雾化喷嘴 7--流量7L/min 140--喷射角95° B--扁平形 1--喷淋种类号

连铸气-水雾化喷嘴，有进水进气两个通道，一般喷嘴结构比水喷嘴外形要复杂。有板式连接与螺纹连接方式。喷射为水气雾化喷雾，水流量更少，喷雾粒度更细更密。喷淋形状有双峰锥形(QZ),扁平扇形（B）,其中扁平扇形使用特别广泛，有30多种喷淋种类，不同的喷嘴类型有不同的水量分布特性与不同的流量特性曲线。比如B1的水气喷嘴喷雾粒子较小，扩散角较大，特别适用于板坯连铸二次冷却与超低头连铸机的二次冷却。B3的水气喷嘴有两个喷头结构，雾化均匀，用较少的喷嘴即可满足冷却要求，尤其适用于合金钢板坯连铸的二次冷却。B5的喷嘴属气、水直交流内混式结构雾化喷嘴，喷雾分布呈山峰状，雾化良好，不易堵塞，与设备安装采用接板式连接，安装及更换十分方便，主要适用于大方坯和大圆坯连铸的二次冷却。

1.2 高压除鳞喷嘴

这种喷嘴喷出的高压水呈很薄的扇形高流速水帘，其单位面积、冲击力很强。喷嘴型式主要为扁平形。

GPZ Z1 Z2 -Z3 -Z4

GPZ表示高压喷嘴,Z1表示喷嘴形式,Z2表示喷淋形状种类,Z3表示标准压力为10MPa时的10倍的流量（L/min）,Z4表示标准压力为10MPa下的喷射角.

例如：GPZB7-720-30

GPZ--高压喷嘴B--喷嘴形式7--喷淋种类号 720--流量72.0L/min 30--喷射角30°

GPZ系列高压喷嘴的工作压力范围2.0-50.0MPa，在不同的工作压力下，具有不同的流量、喷射角度及打击力。其原理就是利用高压液体极高的动能，起到除鳞、清洗的作用。压力、流量、喷射角、打击力是高压喷嘴的重要技术与检测数据。

B形式的高压喷嘴有20多种形状种类，不同形状种类的喷嘴具有各自的优点，比如B4类的高压喷嘴，喷头与喷体采用燕尾连接形式，更换喷嘴快速准确，接口采用焊接连接，同时外形长度超短，尤其适合安装位置受严格限制的场合。

B5类的高压喷嘴为强力喷嘴，其结构较一般喷嘴增加了整流装置，经整流后的高压水流态，基本为层流态，喷射出的呈扇形的高速水帘较均匀，接口为焊接，积极较大，适用于对安装位置尺寸要求不高的场合。

B12类的高压喷嘴除了有强力喷嘴的特性之外，还具备外圆直径小，可安装在要求喷嘴喷射距离较近，打击力要求高，而导致喷嘴安装距离必须较密的场合。

1.3 螺旋除尘喷嘴

该喷嘴的喷雾区域是由一系列一个或几个连续的同心圆锥环组合而成的，其喷射形状为空心锥形和实心锥形两类。其独特的设计结构可使较小流量的喷嘴出口尺寸达到较一般喷嘴数倍大液体流通截面，由于没有内芯结构，因此使喷嘴的通道更加畅通，最大程度的减少阻塞现象；主要用于炼钢转炉烟道除尘降温。

螺旋喷嘴型号参数

Q1 PZ Q2 Q3 LZ Q4

Q1表示连接螺纹，PZ表示喷嘴，Q2表示标准压力为0.3MPa时的10倍的流量（L/min），Q3表示标准压力为0.3MPa时喷射角度，LZ表示螺旋喷淋形状，Q4表示喷淋种类。

例如：2PZ1105060LZ3

2--螺纹接口 PZ--喷嘴 11050--流量1105L/min 60--喷射角60° LZ--螺旋喷嘴2--喷淋种类号。

螺旋喷嘴只有一种LZ螺旋喷淋形状，5个喷淋种类。LZ1与LZ2都是螺纹连接形式，LZ1喷射雾场为空心锥形，LZ2喷射雾场为实心心锥形；LZ3与LZ4都是法兰连接形式，LZ3喷射雾场为空心锥形，LZ4喷射雾场为实心心锥形；LZ5是LZ2的加长版，这种喷嘴具有最大的畅通通道，可允许大颗粒的杂质通过。设计参数与连铸喷嘴类似，流量、压力、与喷射角度是螺旋喷嘴的主要设计与检测数据。

2 各类型喷嘴的检测范围与要求

2.1 连铸喷嘴：

1)低压水压力范围：0.05—1.5Mpa，流量范围：0.5—50L/min

2)系统空气压力要求：0.05—0.8Mpa，空气流量：0.8—60Nm3/h；

3)流量、压力检测精度：0.6级，测量重复精度0.3%；4)喷雾密度分布测试范围：X方向：2500mm；

5)水气压力流量的检测和控制采用两套控制系统；

6)喷嘴采用自动控制，调节范围：高度范围为50mm—500mm，Y方向为0—1000mm，Y方向速度为0—6000mm/min，调速方式为无级调速，喷嘴夹持装置沿X方向即横梁方向任意移动；

7)喷嘴的每次测试时间，从压力稳定后到测试数据的输出须在五分钟内完成；

8)压力与流量测试结果形成压力-流量特性数据与曲线图，水喷嘴与水气雾化喷嘴形成各自的数据与曲线形式。可以表达出该喷嘴的压力与流量的关系。

10)测量粒度范围：6-2000微米。测量时间：单次数据采集时间小于1秒。数据处理时间小于60秒。处理模式：R-R模式处理结果可同时在显示器和打印机输出，结果包括粒度分布曲线，各尺寸带粒子所占白分比，D（V，0.1），D（V，0.5）, D（V，0.9），SMD，D43，SPAN。按照要求打印测试结果报告。

2.2 高压除鳞喷嘴

高压水压范围：5—30Mpa，流量范围：1—200L/min，喷射角0-40°，测试滑台横向移动范围(X)：220mm；纵向移动范围(Y)：300mm；高度方向移动范围(Z)：400mm；冲击力传感器转动角度-10°-+10 °，传感器手动安装倾斜角（面向喷嘴）为5 °、10 °、15 °。最终形成冲击力三维分布图。

2.3 螺旋除尘喷嘴

低压大流量水压力范围：0.05—3Mpa，流量范围：2—4000L/min。通过智能仪表检测，形成压力-流量特性数据与曲线图。

3 各类型喷嘴的检测设计思路：

3种系列的喷嘴检测实际是3种不同的检测设备，仅仅水源气源公用一个蓄水池与一组储气源。水动力源采用储水池和水泵，储水池采用双池倾斜过滤网，管道采用不锈钢材料，水管道中加过滤器，逆止阀，水源循环利用；通过液位变送器控制水泵自动开启。气动力源采用压缩空气，通过储气罐和空压机来实现；为满足更稳定的气源，采用两台储气罐串联，每台储气罐容量2立方米。

3.1 连铸喷嘴:

1)检测结构原理图

2)连铸水喷嘴、气水雾化喷嘴综合性能测试，为满足测试精度，水气压力流量的检测和控制采用两套控制系统；水流量范围：0.5—50L/min分为0.5-5L/min与5-50L/min两级控制，气流量范围：0.8—60Nm3/h分为0.8-7Nm3/h与7-60Nm3/h两级控制。每级控制系统分别有闸阀、电动调节器、压力变送器、电磁流量计，通过通过PLC 控制，采集数据。通过编程各种图表，将测试的数据用图表表达出来，形成所需的测试参数。

3)水流量的控制采用手动调节和计算机自动调节两种方式；压缩空气压力，流量信号均为自动检测，压力调节采用手动调节和自动调节两种方式；这里的手动是设置某个自定的压力参数，系统采集该压力下的流量数据。自动是根据已经设定好的不同压力，系统自动检测出不同压力下的流量数据，形成压力-流量特性数据与曲线图。

（二）多形式培养学生说的能力。语言是人类最重要的交际工具。素质教育中的语文教学就应充分重视说的训练。这种说的训练，是学生主动用自己的语言来表达自己思想的技能技巧的练。在课内，主要要求教师以说明理，引导学生懂得说是进行思想交流和感情沟通的最根本途径。教师要想方设法为学生营造说的环境。在课堂内进行叙述，说明等实践，充分锻炼学生说的能力。在课堂外经常举行小型故事会，演讲会，辩论会，诗歌朗诵会等以说为主的活动，培养学生快速思维能力，语言运用能力和思变能力等。

4)喷雾密度分布检测，是在固定压力（水喷嘴压力0.3MPa）(气水喷嘴水压力0.2MPa气压力0.2MPa）下，检测喷雾密度分布。在喷雾下方X方向：2500mm的范围内设计一台流量分布集水台，这个集水台有一组接水试管，每个试管下方设计一组电磁阀与流量传感器，检测出每个试管的流量数据，形成该喷嘴的喷雾流量分布图。

5)喷嘴固定安装在升降装置上面，通过检测试管接水流量，找出喷雾边缘流量数据得到水平测试宽度，该数据与自动升降高度数据，测算出喷嘴喷射角度。

6)喷雾粒度检测，选用激光粒度检测原理，寻找专业厂家合作，最终用符合R-R分布的标准粒子板，分别在激光粒度测试仪和英国马尔文粒度测试仪进行对比测试，用300mm焦距的镜头，采用R-R模式处理,SMD(D32)和D43参数误差不大于10%为检验合格标准。

2)管路设计压力以40Mpa为标准。管路设计有前置水泵与高压柱塞水泵、高压电动调节阀、压力变送器、电磁流量计，通过PLC数据检测出不同压力下的流量数据，主要检测数据分布在 5.0MPa、10.0MPa、12.0MPa、15.0MPa、18.0MPa、20.0MPa、25.0MPa压力下的对应流量，形成高压喷嘴的压力-流量特性数据与曲线图。

3)设定高压冲击力测试界面，可动态显示X，Y，Z，旋转轴位置，高压压力、流量冲击力传感器测试数值(软件设计前指定三只)数值。任意输入高压压力(高压泵手动调压区域内)可实现冲击力测量，实现预先设定的三种测试轨迹的自动测量。

3.3 螺旋除尘喷嘴

1)检测结构原理图

2)管路设计压力以3Mpa为标准。通过大流量水泵，管路布置有稳压阀、闸阀、电动调节阀、压力变送器、电磁流量计，PLC控制，主要对0.07MPa、0.15MPa、0.3MPa、0.7MPa、2.5MPa压力点下流量进行检测。将测试的数据用图表表达出来，形成所需的测试参数和曲线图。

4 总结

20多年前，冶金喷嘴是宏诚公司创业产品，那时正是国外连铸备件转化国内生产的疯狂时期，没有技术、没有标准，更没有检测手段。随着技术的发展，我们不断的摸索，不断的学习，不断的总结，目前我们所在的城市“江都”已被大家域名为“喷嘴之乡”。但我们的技术发展永无止境，创新工作还在继续前行。