大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴

708 编辑：中冶有色技术网来源：河北京安喷雾设备制造有限公司

2024-05-14 10:25:04

权利要求书： 1.一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，其特征是：包括，喷嘴头(1)，所述喷嘴头(1)的底端安装有螺母(2)，喷嘴体(4)，所述喷嘴体(4)通过所述螺母(2)与所述喷嘴头(1)连接，所述喷嘴体(4)顶端内腔设有分流器(3)，所述喷嘴体(4)右端内腔设有分水销(6)，气外格栅(8)，所述气外格栅(8)设在所述喷嘴体(4)的底端，所述气外格栅(8)顶端设有气接头(7)，所述气接头(7)位于所述喷嘴体(4)正对所述喷嘴头(1)的底端内腔，水内格栅(9)，所述水内格栅(9)设在所述喷嘴体(4)左端内腔，所述水内格栅(9)外侧设有螺堵(10)，

水外格栅(12)，所述水外格栅(12)设在所述水内格栅(9)下方，所述水外格栅(12)一端安装在所述喷嘴体(4)远离所述喷嘴头(1)的底端内腔。

2.根据权利要求1所述的一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，其特征是：所述分水销(6)与所述喷嘴体(4)之间设有垫片(5)。

3.根据权利要求1所述的一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，其特征是：所述螺堵(10)安装在所述喷嘴体(4)远离所述分水销(6)的一端。

4.根据权利要求1所述的一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，其特征是：所述气外格栅(8)、所述水外格栅(12)分别与所述喷嘴体(4)之间设有密封圈(11)。

5.根据权利要求1所述的一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，其特征是：所述喷嘴体(4)顶端内腔、所述喷嘴体(4)右端内腔、所述喷嘴体(4)正对所述喷嘴头(1)的底端内腔以及所述喷嘴体(4)远离所述喷嘴头(1)的底端内腔之间相互贯通。

6.根据权利要求1所述的一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，其特征是：所述喷嘴头(1)内腔顶端采用锥度为1：2的圆锥体空腔结构，所述圆锥体空腔中段表面设有弧度为

5.7的圆弧，所述圆弧中间设有半圆形空腔和圆柱形空腔。

说明书：一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴技术领域[0001] 本实用新型涉及钢铁冶金连铸机二次冷却工艺及设备领域，具体涉及一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴。

背景技术[0002] 钢铁冶金的连铸过程是将高温液态钢水转变为固态钢坯的过程，在这个过程中液态钢水需要经历一次冷却和二次冷却，一次冷却是液态钢水在结晶器的冷却过程，需要建

立高质量及安全的坯壳厚度从而防止漏钢事故及质量缺陷。铸坯进入到二次冷却的足辊区

需要进一步强制冷却，以防止鼓肚、菱变、漏钢等事故的产生，足辊区的冷却对铸坯的安全

凝固起到了举足轻重的作用，足辊冷却区即是二次冷却的开始，也是一次冷却的延长。作为

足辊区喷嘴冷却强度的高低、雾化的均匀性、工作状态、在线堵塞情况等直接影响铸坯的安

全和质量。优化足辊区喷嘴的雾化性能，保证足辊区喷嘴的在线完好性，是连铸工艺的重要

组成部分。足辊喷嘴必须具备在线使用的完好性、冷却强度的可调性、冷却效率的最大性。

[0003] 目前国内外钢铁企业连铸机足辊喷嘴基本上采用的是单介质全水喷嘴或简易双介质内混合气雾喷嘴，喷射形状为扁平扇形或锥形喷嘴，这类喷嘴在生产一般普碳钢强冷

大水量连铸的生产过程中没有太大问题，只要是水量符合设定要求就行，而在生产高碳钢、

合金钢、大断面的连铸坯时，这类喷嘴就满足不了连铸工艺配水要求，目前足辊喷嘴主要存

在以下问题：

[0004] 1、足辊喷嘴的水量调节比小，在二冷供水压力的范围内(水压一般0.3?0.9MPa，气压0.25MPa)，全水喷嘴的水量调节比仅有不到3倍，简易气水喷嘴的水量调节比不到4倍，这

些喷嘴无法适应多钢种、多断面、强、弱冷的工艺要求，而频繁的更换喷嘴将极大影响连铸

作业率。

[0005] 2、这种足辊全水喷嘴及简易气水喷嘴的孔径狭小，极易堵塞，一般连铸机喷嘴的在线堵塞率均超过30％，这对连铸机拉速和质量的影响很大，造成浇铸过程的液位波动，也

是制约连铸机高效化、铸坯优质化的瓶颈之一，不解决足辊喷嘴堵塞问题、冷却均匀性问题

将使连铸机的作业率降低，铸坯的质量也无法保证。

[0006] 3、这种足辊喷嘴的喷射角度稳定性不好，会随着压力的变化而变化，最大的变化幅度在30％以上，这会对连铸坯的均匀持续冷却造成不利的影响，特别是会造成铸坯的角

部过冷而产生角部裂纹的缺陷，而这类缺陷占大断面铸坯整个缺陷的50％以上。

[0007] 4、这种足辊喷嘴的雾化粒径大，索泰尔直径最大在350um以上，会导致换热效率低，近30％的水成为流淌水无法有效冷却连铸坯，同时铸坯的坯壳生长也较为缓慢，水资源

也造成一定的浪费。

[0008] 5、足辊简易气雾喷嘴的压缩空气消耗量大、利用率仅仅不到40％，大量的压缩空气浪费掉了，运行成本也大大提高，年产80万吨的连铸机每年的压缩空气的费用会多支出

近30万左右。

[0009] 目前使用的足辊全水喷嘴或简易气水喷嘴无法满足大断面、高节奏、高质量、多钢种、多断面的连铸生产要求，特别是对大断面、大钢水静压力铸坯的安全性有着重要的影

响，稍有不慎就会出现铸坯漏钢及质量问题，优化和改进目前连铸机足辊配置的全水和简

易气雾喷嘴对大断面连铸生产来讲显得尤为重要。

发明内容[0010] 鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴。

[0011] 根据本申请实施例提供的技术方案，一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，其特征是：包括，喷嘴头，喷嘴头的底端安装有螺母，喷嘴体，喷嘴体通过螺母与喷嘴头连

接，喷嘴体顶端内腔设有分流器，喷嘴体右端内腔设有分水销，气外格栅，气外格栅设在喷

嘴体的底端，气外格栅顶端设有气接头，气接头位于喷嘴体正对喷嘴头的底端内腔，水内格

栅，水内格栅设在喷嘴体左端内腔，水内格栅外侧设有螺堵，水外格栅，水外格栅设在水内

格栅下方，水外格栅一端安装在喷嘴体远离喷嘴头的底端内腔。

[0012] 本实用新型中，分水销与喷嘴体之间设有垫片，分水销能够对水路进行破碎雾化。[0013] 本实用新型中，螺堵安装在喷嘴体远离分水销的一端。[0014] 本实用新型中，气外格栅、水外格栅分别与喷嘴体之间设有密封圈，保证气路、水路流通时的外部密封。

[0015] 本实用新型中，喷嘴体顶端内腔、喷嘴体右端内腔、喷嘴体正对喷嘴头的底端内腔以及喷嘴体远离喷嘴头的底端内腔之间相互贯通，便于气、水流通。

[0016] 本实用新型中，喷嘴头内腔顶端采用锥度为1：2的圆锥体空腔结构，圆锥体空腔中段表面设有弧度为5.7的圆弧，圆弧中间设有半圆形空腔和圆柱形空腔，圆柱形空腔底端与

喷嘴头底端内腔连通，采用锥度和弧度分段设计，通过流道优化，可以保证雾化水经由喷嘴

头喷射时的角度始终维持相对不变。

[0017] 综上所述，本申请的有益效果：克服了现有的连铸机足辊区使用的简易全水和气雾喷嘴存在的诸多不足，提供一种可替代的高效气水雾化喷嘴，达到持续、高效、优质、节能

冷却连铸坯的目的，解决了目前大断面连铸机足辊喷嘴水量调节比低、雾化效果差、在线堵

塞率高、冷却不均匀、角度变化幅度大、压缩空气消耗量大的问题。

附图说明[0018] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0019] 图1为本实用新型结构示意图；[0020] 图2为本实用新型气水走向示意图；[0021] 图3为本实用新型喷嘴体示意图；[0022] 图4为本实用新型气外格栅示意图；[0023] 图5为本实用新型螺堵示意图；[0024] 图6为本实用新型气接头示意图；[0025] 图7为本实用新型喷嘴头示意图；[0026] 图8为本实用新型垫片示意图；[0027] 图9为本实用新型分流器示意图；[0028] 图10为本实用新型螺母示意图；[0029] 图11为本实用新型分水销示意图；[0030] 图12为本实用新型密封圈示意图；[0031] 图13为本实用新型水外格栅示意图；[0032] 图14为本实用新型水内格栅示意图。[0033] 图中标号：喷嘴头?1；螺母?2；分流器?3；喷嘴体?4；垫片?5；分水销?6；气接头?7；气外格栅?8；水内格栅?9；螺堵?10；密封圈?11；水外格栅?12。

具体实施方式[0034] 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了

便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

[0035] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

[0036] 如图1、图5、图6和图10所示，一种大断面方坯连铸机足辊区用气水喷嘴，喷嘴体4通过螺母2与喷嘴头1底端连接，气外格栅8设在喷嘴体4的底端，气外格栅8顶端设有气接头

7，气接头7位于喷嘴体4正对喷嘴头1的底端内腔，水内格栅9设在喷嘴体4左端内腔，水内格

栅9外侧设有螺堵10，水外格栅12一端安装在喷嘴体4远离喷嘴头1的底端内腔。

[0037] 如图2和图12所示，喷嘴采用双介质气水雾化形式，气、水经喷淋管的气路、水路连接板进入到喷嘴腔内，喷嘴同喷淋管的连接采用法兰螺栓连接，喷嘴的底部设有密封圈11，

可以同连接板密封连接，喷嘴自带水气过滤格栅，即水外格栅12和气外格栅8，安装时将水

气过滤格栅插入到喷淋管支管内，水、气进入喷嘴体4内腔需要经过水气过滤格栅，这样水、

气中的大颗粒的杂质会被水气过滤格栅过滤掉，从而避免了喷嘴堵塞。

[0038] 如图2所示，在喷嘴的进水路设计了水路内格栅过滤装置，即水内格栅9，对于进入到喷嘴腔内的水进一步精过滤，将大颗粒杂质堵在喷嘴内的混合腔外，避免喷嘴水路堵塞，

强化了喷嘴的防止堵塞功能。喷嘴的过滤格栅进行了格栅缝隙的优化设计，同喷嘴腔内的

流道通径进行兼顾设计，设计的原则是凡是进入到喷嘴内的水、气都能经喷嘴头1喷射出

去，不会堵塞喷嘴体4内腔及喷嘴头1内部，这样会始终保持喷嘴枪内的洁净，喷嘴的内部堵

塞情况基本被消除。由于喷嘴采用了格栅设计，对堵塞杂质进行了选分过滤，在现有的连铸

机水质条件下，大颗粒的杂质完全堵塞格栅最少需要4个月，这样，就有充足的时间对喷嘴

进行彻底清理而不用停机更换喷嘴。

[0039] 如图2、图3、图4、图8、图9、图11、图13和图14所示，该喷嘴采用了多级雾化设计，冷却水经由水外格栅12、水内格栅9后转向进入喷嘴体4内腔，在喷嘴体4右端内腔设计安装了

分水销6，分水销6与喷嘴体4之间设有垫片5，水经调整后成为液柱流，液柱流会打在分水销

6的端面而产生一次破碎雾化，另一方面，压缩空气经气外格栅8过滤后进入喷嘴体4正对喷

嘴头1的底端内腔，将一次雾化的水进行二次气液摩擦雾化，再次将液体进行雾化，经过两

次雾化的液体就成为了细颗粒的雾化水，雾化后的气液两相体进一步运行到达了分流器3，

分流器3设在喷嘴体4顶端内腔，在这里气液两相在狭窄的通道内进一步混合和气体灌注，

形成气泡雾化效应，而混合液流动速度在这里进一步得到提高，雾化程度达到进一步加强，

完成了多次雾化，索泰尔雾化粒径可以达到100um以下，可以实现最佳的冷却效率。采用了

多级雾化后，气体的有效利用率可以大大提高，雾化的过程不仅依靠压缩空气，同时把喷嘴

水介质的自身压力变为雾化动力，在加上设计了气泡雾化装置，这样便可以将压缩空气的

消耗降下来。

[0040] 如图2和图7所示，专为足辊喷嘴设计的喷嘴头1，内腔进行了流道优化，雾化水在喷嘴头1内的流动更加均匀，喷嘴头1内腔进行了锥度和弧度分段化设计，将液相的分布进

行均匀化控制，水雾离开喷嘴头1头部时，会形成均匀的冷却带，横向的水量分布呈梯形分

布，喷射角度可以始终维持不变。

[0041] 如图2、图9和图11所示，在喷嘴水流量较小的情况下(低于1.0升/分钟)，由于喷嘴采用了气路直接对应喷嘴头1的设计，气路会在水路的入口处产生高速流动，降低了水路出

口的压强，这样低流量的水也能顺利喷射进入混合室雾化，压缩空气起到了对水的引射作

用，喷嘴在弱冷低水量时也能雾化。另一方面，喷嘴在大流量下(流量大于8升/分钟)，水压

较高(大于0.5MPa)、水直接在分水销6出处强烈雾化，然后在分流器3处加速雾化，在压缩空

气的干预下进一步雾化，这样不仅可以保证大流量，喷嘴的雾化也不会受到影响，冷却效率

会得到进一步提升。喷嘴的水量调节比可以达到10倍以上。

[0042] 如图1所示，日常在维护喷嘴时，可将螺堵10、分水销6、气外格栅8、水外格栅12、喷嘴头1拆下，可进行正常的清理，将堵塞物、杂质、水垢、油泥清理出去，必要时采用弱酸进行

浸泡清理。喷嘴的使用寿命不会低于12个月。

[0043] 克服了现有的连铸机足辊区使用的简易全水和气雾喷嘴存在的诸多不足，提供一种可替代的高效气水雾化喷嘴，达到持续、高效、优质、节能冷却连铸坯的目的，解决了目前

大断面连铸机足辊喷嘴水量调节比低、雾化效果差、在线堵塞率高、冷却不均匀、角度变化

幅度大、压缩空气消耗量大的问题。二次冷却足辊区用气水喷嘴具有极强的防止堵塞性能，

优化设计了多级过滤装置可以大大降低喷嘴的堵塞，将喷嘴的在线堵塞率控制在5％以内，

喷嘴的在线完好率大于98％，从而可以保证铸机的拉速和铸坯质量。另一方面，喷嘴采用了

多级雾化装置，可以将雾化水碎化到较低的水平，最低索泰尔雾化粒径可以达到100um，换

热效率可以提高50％以上。喷嘴的内腔设计了分流器3，可以将压缩空气同水进行高效的结

合，对水进行气泡雾化，水、气动能的转换效率大大提高，达到充分雾化的目的，这样压缩空

气即可大大减少消耗，可降低原来消耗的30％以上。喷嘴的头部进行了流道优化设计，雾化

水经由头部喷射时喷射的角度始终维持相对不变，变化的幅度小于5％，对铸坯的影响微乎

其微。该新型足辊喷嘴可以广泛用于冶金连铸机的方坯、板坯足辊二次冷却，特别是替代目

前连铸用的全水足辊喷嘴，效果尤为明显，可以大大提高连铸坯的质量、提高连铸机的作业

率，以年产80万吨的连铸机为例，每年可为钢厂增加效益近100万元以上。

[0044] 通过使用新型的足辊气雾喷嘴，可以使连铸坯的作业率提高10％，铸坯的合格率提高0.5％，压缩空气的消耗降低30％，日常的维修量降低40％，年化综合效益不低于300万

元(80万吨年产量)，经济效益十分显著。

[0045] 以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理等方案的说明。同时，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也

应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形

成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征

进行互相替换而形成的技术方案。