淺談冶金噴嘴參數與測試系統設計思路

周紅梅

（揚州宏誠冶金設備有限公司，江蘇 揚州 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，使液態鑄坯順利連續的形成固態鋼坯。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，用于煉鋼轉爐煙道除塵降溫的大流量噴嘴。

1 三類噴嘴的技術參數

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

X1 PZ X2 X3 X4 X5

X1表示連接螺紋，PZ表示水噴嘴，X2表示標準壓力為0.3MPa時的10倍的流量（L/min），X3表示標準壓力為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。

連鑄水噴嘴根據噴霧形狀可分為扁平帶狀（B）、實心錐霧(QZ)、錐型空心圓環狀(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出唯一技術參數的噴嘴。連鑄水噴嘴不同的噴射形狀設計不同的螺旋分散等結構的內芯，配合不同的噴口結構，通過測試數據形成所需要的不同參數的噴嘴。流量、壓力、與噴射角度是水噴嘴重要的檢測參數數據。

氣-水霧化噴嘴HPZ系列型號參數

HPZ Y1 - Y2 Y3 Y4

HPZ表示氣水霧化噴嘴,Y1表示標準壓力下水流量（一般水、氣壓力均為0.2MPa）,Y2表示標準壓力下噴射角度,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，有進水進氣兩個通道，一般噴嘴結構比水噴嘴外形要復雜。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，擴散角較大，特別適用于板坯連鑄二次冷卻與超低頭連鑄機的二次冷卻。B3的水氣噴嘴有兩個噴頭結構，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、水直交流內混式結構霧化噴嘴，噴霧分布呈山峰狀，霧化良好，不易堵塞，與設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。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表示標準壓力為10MPa時的10倍的流量（L/min）,Z4表示標準壓力為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與檢測數據。

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點，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格限制的場合。

B5類的高壓噴嘴為強力噴嘴，其結構較一般噴嘴增加了整流裝置，經整流后的高壓水流態，基本為層流態，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

該噴嘴的噴霧區域是由一系列一個或幾個連續的同心圓錐環組合而成的，其噴射形狀為空心錐形和實心錐形兩類。其獨特的設計結構可使較小流量的噴嘴出口尺寸達到較一般噴嘴數倍大液體流通截面，由于沒有內芯結構，因此使噴嘴的通道更加暢通，最大程度的減少阻塞現象；主要用于煉鋼轉爐煙道除塵降溫。

螺旋噴嘴型號參數

Q1 PZ Q2 Q3 LZ Q4

Q1表示連接螺紋，PZ表示噴嘴，Q2表示標準壓力為0.3MPa時的10倍的流量（L/min），Q3表示標準壓力為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通過。設計參數與連鑄噴嘴類似，流量、壓力、與噴射角度是螺旋噴嘴的主要設計與檢測數據。

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；

6)噴嘴采用自動控制，調節范圍：高度范圍為50mm—500mm，Y方向為0—1000mm，Y方向速度為0—6000mm/min，調速方式為無級調速，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，從壓力穩定后到測試數據的輸出須在五分鐘內完成；

8)壓力與流量測試結果形成壓力-流量特性數據與曲線圖，水噴嘴與水氣霧化噴嘴形成各自的數據與曲線形式?？梢员磉_出該噴嘴的壓力與流量的關系。

10)測量粒度范圍：6-2000微米。測量時間：單次數據采集時間小于1秒。數據處理時間小于60秒。處理模式：R-R模式處理結果可同時在顯示器和打印機輸出，結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-流量特性數據與曲線圖。

3 各類型噴嘴的檢測設計思路：

3種系列的噴嘴檢測實際是3種不同的檢測設備，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，管道采用不銹鋼材料，水管道中加過濾器，逆止閥，水源循環利用；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來實現；為滿足更穩定的氣源，采用兩臺儲氣罐串聯，每臺儲氣罐容量2立方米。

3.1 連鑄噴嘴:

1)檢測結構原理圖

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；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。每級控制系統分別有閘閥、電動調節器、壓力變送器、電磁流量計，通過通過PLC 控制，采集數據。通過編程各種圖表，將測試的數據用圖表表達出來，形成所需的測試參數。

3)水流量的控制采用手動調節和計算機自動調節兩種方式；壓縮空氣壓力，流量信號均為自動檢測，壓力調節采用手動調節和自動調節兩種方式；這里的手動是設置某個自定的壓力參數，系統采集該壓力下的流量數據。自動是根據已經設定好的不同壓力，系統自動檢測出不同壓力下的流量數據，形成壓力-流量特性數據與曲線圖。

（二）多形式培養學生說的能力。語言是人類最重要的交際工具。素質教育中的語文教學就應充分重視說的訓練。這種說的訓練，是學生主動用自己的語言來表達自己思想的技能技巧的練。在課內，主要要求教師以說明理，引導學生懂得說是進行思想交流和感情溝通的最根本途徑。教師要想方設法為學生營造說的環境。在課堂內進行敘述，說明等實踐，充分鍛煉學生說的能力。在課堂外經常舉行小型故事會，演講會，辯論會，詩歌朗誦會等以說為主的活動，培養學生快速思維能力，語言運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的范圍內設計一臺流量分布集水臺，這個集水臺有一組接水試管，每個試管下方設計一組電磁閥與流量傳感器，檢測出每個試管的流量數據，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據得到水平測試寬度，該數據與自動升降高度數據，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，尋找專業廠家合作，最終用符合R-R分布的標準粒子板，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D43參數誤差不大于10%為檢驗合格標準。

2)管路設計壓力以40Mpa為標準。管路設計有前置水泵與高壓柱塞水泵、高壓電動調節閥、壓力變送器、電磁流量計，通過PLC數據檢測出不同壓力下的流量數據，主要檢測數據分布在 5.0MPa、10.0MPa、12.0MPa、15.0MPa、18.0MPa、20.0MPa、25.0MPa壓力下的對應流量，形成高壓噴嘴的壓力-流量特性數據與曲線圖。

3)設定高壓沖擊力測試界面，可動態顯示X，Y，Z，旋轉軸位置，高壓壓力、流量沖擊力傳感器測試數值(軟件設計前指定三只)數值。任意輸入高壓壓力(高壓泵手動調壓區域內)可實現沖擊力測量，實現預先設定的三種測試軌跡的自動測量。

3.3 螺旋除塵噴嘴

1)檢測結構原理圖

2)管路設計壓力以3Mpa為標準。通過大流量水泵，管路布置有穩壓閥、閘閥、電動調節閥、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壓力點下流量進行檢測。將測試的數據用圖表表達出來，形成所需的測試參數和曲線圖。

4 總結

20多年前，冶金噴嘴是宏誠公司創業產品，那時正是國外連鑄備件轉化國內生產的瘋狂時期，沒有技術、沒有標準，更沒有檢測手段。隨著技術的發展，我們不斷的摸索，不斷的學習，不斷的總結，目前我們所在的城市“江都”已被大家域名為“噴嘴之鄉”。但我們的技術發展永無止境，創新工作還在繼續前行。