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目前,在热轧带钢生产过程中,国内外均采用在线高压水除鳞系统去除钢坯表面的氧化皮,其除鳞效果的好坏将直接影响到钢坯的表面质量。高压水除鳞喷嘴是除鳞设备的关键零件,其喷口的形状、结构和布置方式对水射流的形状,出流速度,打击力大小及其分布有着重要影响。可见,高压水除鳞喷嘴的特性好坏将严重影响除鳞效果和除鳞效率。因此,对喷嘴喷射力学性能的试验研究显得尤为重要。
近年来,国内外一些研究人员对高压水除鳞喷嘴进行了大量的研究,结果表明,射流打击力是影响高压水除鳞效果的主要因素。本文在总结国内外大量文献的基础上,提出了一套先进的喷嘴喷射特性的测试方法,并在此基础上,运用流体力学理论、高压水射流技术、自动控制、运动控制等技术,研制了一套高压水除鳞喷嘴力学性能测试试验台,具体的研究内容如下:
首先,阐述了高压水钢坯除鳞的机理,探讨了射流相关参数对钢坯除鳞效果的影响。分析了各参数之间的关系和合理取值,提出了喷嘴喷射打击力的理论计算公式和方法,为高压水除鳞系统参数设计及系统的改进提供了理论依据。
建立了高压水除鳞喷嘴力学特性测试试验台,介绍了试验台的总体构成、工作原理和基本功能,并对高压水管路和电气控制系统进行了设计,实现了除鳞喷嘴力学性能的在线测试与分析。
运用LabVIEW和MATLAB软件混合编程,开发了喷嘴喷射性能监测系统,该系统具有图形显示与打印功能,能够自动绘制系统压力-流量特性曲线、打击力三维分布图、喷嘴运动轨迹图以及喷嘴喷射性能测试系统的压力、流量、打击力监测图形。
最后,运用水射流的基本理论,推导出了水射流特性参数计算公式。通过比较国内外打击力测试方法的优缺点,提出了传感器做“弓”字形运动的测试方案,并在此基础上进行了喷射打击力测试试验,证明了测试方法的可行性,并得到了喷嘴的压力-流量特性曲线、打击力与系统压力、打击力与靶距、打击力与水平位置之间的关系,为除鳞系统的优化设计提供了有力参考。