一种后混合磨料水射流除鳞喷嘴

摘要

一种应用于带钢冷轧生产时，在来料开卷并拉矫后替代酸洗除鳞的磨料水射流除鳞后混合喷嘴结构。其包括水入口与四个磨料入口，所述的后混合喷嘴包括混合腔，混合腔内部的圆锥挡板及支撑柱，以及磨料水缩口及出口形状。本发明中圆锥挡板结构的存在，大大加大了磨料与水的混合程度，并且解决了后混合喷嘴磨料与水混合时不能进入水束中间部位的缺陷。磨料与水充分混合后，打击到带钢表面进行除鳞时效率大大增加，进而可以降低系统泵站的压力，减少成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种后混合磨料水射流除鳞喷嘴结构，在轧钢的冷轧过程中或 其它冷态用于去除钢板表面的氧化铁皮。

背景技术

传统的冷轧工艺中采用酸洗方法去除带钢表面的氧化铁皮。其工作机理是 采用硫酸、盐酸及氢氟酸的溶液，通过化学反应溶解金属表面的氧化物。但是 酸洗除鳞具有很多危害。另外，对于复合材料表面处理，酸洗除鳞容易腐蚀金 属基体。在大尺寸零件表面除鳞中，酸洗除鳞存在清除不干净的缺陷。

磨料水射流冷态除鳞改变了传统的酸洗作业方式和技术工艺路线，可以广 泛应用于不锈钢冷轧生产线和冷轧钢生产线，市场前景十分广阔，社会效益和 经济效益非常显著。但传统的后混式喷嘴结构设计简单，导致水与磨料混合时 间短，磨料颗粒不能进入水流束中心，混合不充分，系统除鳞效率比前混式低。 且它对系统压力的要求高，装机容量较大，成本较高。

针对后混式喷嘴中水与磨料混合不均匀以及其对系统压力要求高的难题， 设计了一种新型后混合喷嘴结构，即可以使水与磨料充分混合，使其除鳞的效 率大大提高；又可以降低系统压力，减少成本。

发明内容

本发明的目的在于为解决后混喷嘴中水与磨料混合不均匀的问题提出改变 喷嘴内部结构，在喷嘴混合腔中央布置一个圆锥挡板，使高压水束通过挡板时 中心区域散开与磨料颗粒充分混合。

要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

本发明为一种基于流体仿真基础设计的后混喷嘴。喷嘴内部是混合腔，在混 合腔中心位置设有一个圆锥结构的挡板，圆锥挡板与混合腔之间有四个椭圆形 支撑柱。在混合腔左端轴心位置是高压水入口，其四周均匀分布有四个磨料入 口，在混合腔右端设有一个缩口，经过一定长度的敞口后是磨料水喷射出口。

所述的喷嘴长径比为3:1；

所述的混合腔左右两端曲线都为二次B样条曲线，t从0到1变化值。其方 程表达式分别为：

$\left(\begin{array}{c}x\left(t\right)=5t+2.5\\ y\left(t\right)=-1.1t^2-0.5t+3.15\end{array}\right),(0\le t\le 1)$

$\left(\begin{array}{c}x\left(t\right)=5t+2.5\\ y\left(t\right)=-t^2+2.5t+4.75\end{array}\right),(0\le t\le 1)$

所述的圆锥挡板最大直径占混合腔最大直径的2/5；

所述的圆锥挡板最大直径距其前端与距其后端的比例为3:2；

所述的圆锥挡板曲线都为B样条曲线，t从0到1变化值。其方程表达式为：

$\left(\begin{array}{c}x\left(t\right)=-t^2+6t+3\\ y\left(t\right)=-2t^2+2t+1\end{array}\right),(0\le t\le 1)$

所述的圆锥挡板最大直径点位于距喷嘴前端占总长度的3/5；

所述的磨料入口角度与水平方向成45度；

所述的磨料入口直径与混合腔最大直径的比例为1:5；

所述的缩口直径与混合腔最大直径的比例为2:5；

所述的出口直径与混合腔最大直径的比例为3:5；

所述的敞口长度与喷嘴总长度的比例为1:5；

所述的圆锥挡板支撑结构是椭圆结构；

采用本发明的设计方案，能得到以下的有益效果：

本发明所述的后混合喷嘴结构，与现有技术相比，提出并设计了一种混合腔 中间有圆锥挡板结构的喷嘴，磨料与水在混合腔中混合时，由于圆锥挡板的存在， 大大加大了二者的混合程度，并且解决了后混合喷嘴磨料与水混合时不能进入水 束中间部位的缺陷。磨料与水充分混合后，打击到带钢表面进行除鳞时效率大大 增加，进而可以降低系统泵站的压力，减少成本。

附图说明

图1是后混合喷嘴内部结构二维示意图；

图2是后混合喷嘴内部结构三维框架示意图；

图3是后混合喷嘴整体结构三维示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实际的描述，对本发明的具体实施方式如涉及到的各 个构件形状、构造以及各部分之间的位置关系进行进一步说明。

如附图1-附图3所示，本发明是一种后混和喷嘴结构，喷嘴内部是混合腔，在混 合腔中心位置设有一个圆锥结构的挡板，圆锥挡板与混合腔之间有四个椭圆形 支撑柱。在混合腔左端轴心位置是高压水入口，其四周均匀分布有四个磨料入 口，在混合腔右端设有一个缩口，经过一定长度的敞口后是磨料水喷射出口。

所述的喷嘴长径比L₁/d₃为3:1；

所述的混合腔左右两端曲线都为二次B样条曲线，t从0到1变化值。其方程表达式分 别为：

$\left(\begin{array}{c}x\left(t\right)=5t+2.5\\ y\left(t\right)=-1.1t^2-0.5t+3.15\end{array}\right),(0\le t\le 1)$

$\left(\begin{array}{c}x\left(t\right)=5t+2.5\\ y\left(t\right)=-t^2+2.5t+4.75\end{array}\right),(0\le t\le 1)$

所述的圆锥挡板最大直径d₄占混合腔最大直径d₃的2/5；

所述的圆锥挡板最大直径距其前端L₄与距其后端L₅的比例为3:2；

所述的圆锥挡板曲线都为B样条曲线，t从0到1变化值。其方程为：

$\left(\begin{array}{c}x\left(t\right)=-t^2+6t+3\\ y\left(t\right)=-2t^2+2t+1\end{array}\right),(0\le t\le 1)$

所述的圆锥挡板最大直径点L₂位于距喷嘴前端占总长度L₁的3/5；

所述的磨料入口角度与水平方向θ成45度；

所述的磨料入口直径d₂与混合腔最大直径d₃的比例为1:5；

所述的缩口直径d₅与混合腔最大直径d₃的比例为2:5；

所述的出口直径d₆与混合腔最大直径d₃的比例为3:5；

所述的敞口长度L₃与喷嘴总长度L₁的比例为1:5；

所述的圆锥挡板支撑结构是椭圆结构；

应用喷嘴进行除鳞时，根据图3标识，磨料入口处加入无压力的浓度为30％ 的磨料水，水入口处加入压力为20MPa的高压水进行混合喷射除鳞，喷嘴安装 角度为与带钢表面垂直方向成15°。

传统后混合喷嘴在进行CFD仿真后喷嘴出口磨料体积分数波动大，其出口 处磨料体积分数波动范围为4.2％-30％；本发明所述的后混合喷嘴在进行CFD仿 真后喷嘴出口磨料体积分数分布均匀，其出口处磨料体积分数波动范围为 9.5％-12.1％，可见，本发明所述的后混合喷嘴在出口处的磨料均匀性大大提高。

本发明所述的后混合喷嘴结构，与现有技术相比，提出并设计了一种混合腔 中间有圆锥挡板结构的喷嘴，磨料与水在混合腔中混合时，由于圆锥挡板的存 在，大大加大了二者的混合程度，并且解决了后混合喷嘴磨料与水混合时不能 进入水束中间部位的缺陷。磨料与水充分混合后，打击到带钢表面进行除鳞时 效率大大增加，进而可以降低系统泵站的压力，减少成本。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明具体的实现并不受 上述方式的限制，只要采取了本发明的方法和技术方案进行各种改进设计，或 未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合，均在本发明的保护 范围内。