连铸机二冷设计中喷嘴的选择和测试

总第１５４期　２０１５年第２期　山西冶金　ＳＨＡＮＸＩ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ　Ｔｏｔａｌ　１５４　Ｎｏ．２，２０１５　—　螭　ＤＯＩ：１０．１６５２５￣．ｃｎｋｉ．ｃｎｌ４—１１６７／ｔｆ．２０１５．０２．１８　

连铸机二冷设计中喷嘴的选择和测试　

冯立江，谢慧清　

（山东省冶金设计院股份有限公司，　山东济南２５０１０１）　

摘要：从连铸机喷嘴的分类入手，对各种喷嘴的特性进行了简要说明并结合研究实践，对某板坯连铸机选用　的Ｄ２５型系列喷嘴的测试做了探讨，包括测试内容、测试结果以及高差对水喷嘴喷水量的影响情况等。　关键词：连铸机喷嘴选择测试　中图分类号：ＴＦ３４１．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—１１５２（２０１５）０２—００５２—０２　

在连铸机＝冷设计中，喷嘴的选择是重要的一环。　

喷嘴的型号很多，由流量的不同分为小水量和大水量　的喷嘴；由喷射形状不同分为圆锥形、环形、扁形和方　

形喷嘴等；由喷射物质不同分为水喷嘴和气水喷嘴。　

１各种喷嘴的特性　根据设计水量和喷嘴总量可选择合适流量的喷　

嘴。需要注意的是，喷嘴的工作压力经常在０．３　ＭＰａ　左右，最小０．１　ＭＰａ，最大一般不超过０．６　ＭＰａ。如水　量再小就不会形成喷雾，喷射角锐减，影响冷却效　

果；水量过大，会提高对系统的要求，要么发生溢漏，　

要么增加成本。所以设计中水量变化不可太大，并且　设计最小水量以便喷嘴能正常工作。　

圆锥形和方形喷嘴水量较大、分布均匀，适合具　有开阔工作面的铸机，如小方坯和大方坯铸机。而板　

坯铸机由于夹持辊的存在，更适合选用扁喷嘴。　与水喷嘴相比，气水喷嘴有许多优点：气水喷嘴　

孔隙大，不容易堵塞；水量调节范围宽；喷水覆盖的　范围大，分布均匀，降低铸坯表面温度波动；单位耗　水量下降一半左右。但气水喷嘴也有缺点：需要压缩　

空气，增加设备投资；增加安装和维修费用，增加设　

计和安装的难度［　。　２检测装置　

选择好喷嘴的各项要求后，可以向喷嘴生产厂　家订制，也可查阅系列喷嘴的样本册，选择与要求接　

近的标准喷嘴。在样本册中可查到喷嘴的压力流量　特性和喷射角等参数，在最终选择某喷嘴之前最好　

到喷嘴测试实验室进行检测。喷嘴的检测在国家连　

收稿日期：２０１５－０１－２４　第一作者简介：冯立江（１９７３一），男，硕士研究生，主要研究加　热炉设计、喷嘴、烧嘴研究及数值模拟。　铸中心喷嘴检测实验室完成，测试项目包括压力流　量特性、喷水分布和喷射角。检测装置如图１所示。　

源　

图１　喷嘴检测装置示意图　

３测试报告　３．１喷嘴介绍　某板坯连铸机选用的是Ｄ２５型系列喷嘴，该系　

列喷嘴采用卡套接管连接，安装和对中十分方便，在　使用过程中喷头磨损可以更换，它的喷淋形状为扁　

平带状，具有雾化均匀、水量调节范围宽、不易堵塞　

等特点；主要用于板坯连铸机宽面的二次冷却及需　要雾化增湿的场所［　。　

３．２测试内容　目前，国内喷嘴的生产还比较落后，尤其是气水　

喷嘴，还处在仿制阶段，喷嘴测试也没有完整的标准。　测试的办法是将国内生产厂家的仿制喷嘴同国外相　

同型号的喷嘴进行性能比较，各项指标与进口喷嘴的　

差距在允许的范围内（５％左右）便认为仿制是成功的。　测试内容包括压力流量特性、喷射角和喷水分布。　

３．３测试结果　受喷嘴厂家公司委托对其送检的４种型号ｌ２　

支气水喷嘴和两种型号４支水喷嘴进行测试。测试　２０１５年第２期　冯立江，等：连铸机二冷设计中喷嘴的选择和测试　

结果见表１。　

表１喷嘴测试结果　供气压力　水压力　水流量　空气流量　喷射角度　型号　编号　／ｌ（Ｐａ　／ｌｃＰ８　／（ｍ３￣ｈ一　，（ｍ　ｈ　）　，（。　）　进口　２００　２００　０－３２　ｌ３．８６　１２０　ｌ　２００　２ｏｏ　０Ｉ３１　１３．６８　ｌ１８　Ｄ２５／ｌ　ｌＯ一５Ｏ一５０　２　２０ｏ　２ｏｏ　０．２９　１４－３８　ｌｌ６　样本　２００　２ｏ０　０－３５　１４．７Ｏ　１２０　进口　２００　２０ｏ　Ｏ－３１　ｌ１．７８　９０　ｌ　２０ｏ　２００　Ｏ．２９　ｌ２．９９　８８　Ｄ２５，６５—４ｏ－４０　２　２００　２ｏｏ　Ｏ＿３ｌ　１２．９９　９０　样本　２００　２００　０．２９　１３．６Ｏ　９０　进口　２０ｏ　２ｏ０　Ｏ．２７　ｌ１．７８　１１５　１　２０ｏ　２ｏｏ　Ｏ．２７　ｌ１．７８　ｌ１５　Ｄ２５／１　１ｏ－３０－３０　２　２００　２ｏ０　０．２８　１２－３０　ｌ２０　样本　２０ｏ　２００　０．２８　１２．５Ｏ　１２０　进口　２００　２０ｏ　０．２４　１１．２５　９０　１　２００　２０ｏ　０．２５　ｌｌ＿ｏ９　９５　Ｄ２５，６５—３Ｏ一３０　２　２０ｏ　２ｏｏ　Ｏ．２６　１０．７４　９３　样本　２０ｏ　２ｏｏ　０．２６　ｌ２－３０　９０　

３．４高差对水喷嘴喷水量的影响　水量大，Ｊ、决定了冷却的强弱，同—支喷嘴的喷水量　会随压力增加而增　。当喷嘴在铸机垂直段布置时，由　于高差的存在，布置在下部喷嘴的水压要大于上部喷　嘴，造成匕下喷嘴水量的差异。不同的喷嘴对压力的敏　

感黻不同，能否对冷却造成影响需要实验来确定。　

３．４．１实验装置图（见图２）　

两支喷嘴高度差为１　ｍ，可调节进水口压力和流量。　３．４．２测试内容　

将同型号喷嘴安装在测试装置上，记录系统不　同压力下两支喷嘴的流量值；然后调换上下两支喷　嘴的位置，重新测量，以便弥补由于两支喷嘴本身差　

异造成的偏差。这样反复测量多次，将位于上部的喷　

嘴喷出的水量累加求平均值，作为较高位置喷嘴的　

图２实验装置示意图（单位：ｍｍ）　水量；位于下部的喷嘴喷出的水量累加求平均值，作　为较低位置喷嘴的水量。进行实验测量的喷嘴型号　为ＰＺ９３８０和ＰＺ６０９０，压力流量特陛曲线略。　３．４．３实验结果　

根据喷嘴的压力流量特性曲线可以大致估算出　实验高差下两支喷嘴的水量，实验测量结果和理论　

计算值如表２和表３。Ａ　Ｑ测量值指上下喷嘴测试　

平均水流量差值；平均百分比是喷嘴实测水流量与　理论流量偏差率的平均值，即每次测得偏差率之和　

与检测次数之比；Ａ　Ｑ计算值指的是喷嘴流量试验　数据与理论数值的差值。　

表２　ＰＺ９３８０实验测量结果　水压／ＭＰａ　Ｏ．１０　Ｏ．１５　Ｏ．２０　０．２５　０．３０　０－３５　上　ＰＺ９３８０一ｌ　４．１６９　５．２５９　６．Ｏ６７　６．８４４　７．３７５　喷　Ｐｚ９３８Ｏ一２　４．１９８　５．１１８　６．１０７　６．５４６　７．３７５　水流量　嘴　平均　４．１８４　５．１８９　６．０８７　６．６９５　７．３７５　／（ｍ３・ｈ一’）　Ｐｚ９３８０—１　４．３５０　５．０５３　５．８４７　６．６５０　６．８８７　下　喷　ＰＺ９３８０—２　４．６２２　６．１１ｌ　６Ｉ４５２　７－３ｌ４　７．４９４　嘴　平均　４．４８６　５．５８２　６．１５０　６．９８２　７．１９１　△Ｑ测量值，ｆｍ　・ｈ　）　０．３Ｏ２　０．３９４　０．０６３　０．２８７　—ｎ１８５　平均百分比，％　５．２５０　５．９８４　０．８５９　３．５１４　－２．１３５　ＡＱ计算值／（ｍ３・ｈ　）　Ｏ．１６　Ｏ．１５　０．１６　０．１０　Ｏ．１Ｏ　

表３　ＰｚＥ；Ｏ９０实验测试结果　水压／ＭＰａ　０．１０　０．１５　０．２０　０．２５　Ｏ．３Ｏ　０．３５　上　ＰＺ６Ｏ９０—１　３．ｏ０　３．７５　４．２５　４．９０　５．３ｏ　５．６５　喷　ＰＺ６Ｏ９Ｏ一２　３．１５　３．８５　４．４０　５．０５　５．４０　５．９５　水流量　嘴　平均　３．０８　３．８Ｏ　４．３３　４．９８　５．３５　５．８０　／（ｍ３・ｈ一　）　ＰＺ６Ｏ９０一ｌ　３．２０　３．８５　４．３５　４．９５　５．４０　５．７５　下　喷　ＰＺ６Ｏ９Ｏ一２　３．２５　３．９５　４．５０　５．１０　５．６０　６．００　嘴　平均　３．２３　３．９０　４．４３　５．０３　５．５Ｏ　５．８８　ＡＱ测量值／（ｍ　・ｈ　）　ｏ．１５　Ｏ．１Ｏ　Ｏ．１Ｏ　０．０５　ｏ．１５　ｎ０７　平均百分比肠　４＿２９　２．５５　２．０７　０．９４　２．５７　１．１４　

０７　ＡＱ计算值／（ｍ３・ｈ　）　０．１２　０．１５　０．１０　Ｏ．１Ｏ　０．０７　（０．Ｏ６６７）　

４结论　１）高差存在会影响喷嘴的喷水量。　２）喷水量差异实测值与理论计算值基本吻合。　

３）对于高差很小的布置（如ｌ　ｍ）造成的影响很　

小，故可以忽略［　。　４）喷嘴在较低压力下工作时，由高差造成的喷　水差异会比较明显。　５）同型号喷嘴之间的差异会使这种现象得到缓　解或加剧。　（下转第１００页）

　山西冶金　Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｘｙｊｂｊｂ＠１２６．ｔｏｍ　第３８卷　

来解决。处理方法同热划伤的解决方法相反。　

１）降低乳化液的浓度。　２）降低乳化液的温度。　

３）ｔｇ少乳化液中铁粉含量。停止搅拌机的搅拌，　撇掉上浮的油泥，或者通过提高磁性过滤器的工作　

效率等手段来减少乳化液中的铁粉含量，对预防打　

滑现象能起到一定的效果。　４）增大轧辊表面的粗糙度。轧辊在轧制过程中　

粗糙度会不断降低，提高轧辊的粗糙度可以抑制打　滑现象的发生，如果在轧制时经常发生打滑现象则　有必要考虑在轧制前就提高轧辊的粗糙度。　５）改良轧制油。用降低轧制油的黏度、提高乳化　

液稳定性的方法改良轧制油。　

４结语　可逆轧机的技术不断得到改进创新，应用面越　来越广，不仅有用于轧制普碳钢、硅钢、不锈钢等品　种的技术，甚至国内一些大型钢铁工程公司又在开　

发利用单机架可逆轧机轧制钛钢的新技术。而在可　逆轧机中乳化液的使用起着非常关键的作用，其使　

用情况不仅对轧制力压下率和成品带钢的表面质量　有直接影响，甚至对轧制过程中的厚度波动控制等　

起到很大的作用。　

参考文献　［１］ｗ．Ｌ．罗伯茨．冷轧带钢生产［Ｍ］　Ｅ京：冶金工业出版社，１９８５：　５８－５９．　［２］　肖进新，赵振国．表面活性剂应用原理［Ｍ］．北京：化学工业出版　社，２００３：１９９—２０５．　［３］孙建林．轧制工艺润滑原理技术与应用［Ｍ］．北京：冶金工业出　版社，２００４：７１—７２．　［４］段海军，雷武军，何永虎，等．冷轧乳化液理化指标研究［Ｇ］／／冶　金循环经济发展论坛论文集．北京：中国金属学会，２００８：　１８Ｏ一１８１．　（编辑：胡玉香）　

（上接第５３页）　参考文献　（６）：９８．　［１］靳星，陈登福，龙木军，等．连铸二冷区喷嘴布置方式优化方法　［４］陈登福，冯科，徐楚韶，等．高效连铸二次冷却喷嘴的性能［Ｊ］．冶　［Ｊ］．重庆大学学报，２０１１（１）：３２．　金能源，２０ｏ２（２）：６４．　［２］刘兵．连铸二冷喷嘴特性试验研究［Ｊ］．甘肃冶金，２００７（６）：１２６．　（编辑：王瑾）　［３］杜会英，杨兵业．板坯连铸机二冷段冷却水分配［Ｊ］．连铸，２０００　

Ｎｏｚｚｌｅ　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｃａｓｔｅｒ　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｃｏｏｌｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　

Ｆｅｎｇ　Ｌｉｊｉａｎｇ，Ｘｉｅ　Ｈｕｉｑｉｎｇ　（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉ－ｎａｎ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２５０１０１）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｓｔｅｒ　ｎｏｚｚｌｅ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｎｏｚｚｌｅｓ　ａｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｔｅｓｔｓ　ｏｆ　Ｄ２５　ｓｅｒｉｅｓ　ｎｏｚｚｌｅ　ｆｏｒ　ａ　ｓｌａｂ　ｃａｓｔｅｒ　ａｌｅ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｐｒａｙ　ｏｆ　ｎｏｚｚｌｅｓｓ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ，ｎｏｚｚｌｅ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ