CN101543891A - 用于连续铸造的浸渍管 - Google Patents

Abstract

用于连续铸造的浸渍管包括筒状体，筒状体在上端具有入口，钢水从该入口导入筒状体内从入口向下延伸的通道中，筒状体具有底部和至少在下部截面扁平，下部具有两个窄侧壁和两个宽侧壁，窄侧壁具有与通道连通的一对相对的第一出口，底部具有与通道连通的一对第二出口。在一对第一出口之间，下部具有分别从宽侧壁的内表面突出到通道内的脊部。第二出口关于筒状体的轴线对称设置，以致使第二出口的轴线彼此相交在通道内。

Description

用于连续铸造的浸渍管

技术领域

本发明涉及一种用于将钢水从中间漏槽注入模型的连续铸造浸渍管。更具体地，本发明涉及一种用于高速铸造中等厚度板坯的浸渍管。

背景技术

随着以提高板坯的生产率为目的的连续浇铸快速化的趋势，例如，专利文献1揭示了一种有利地适应增加的铸钢产品通过量(throughput)的浸渍管，浸渍管具有设置在底部的多个小孔(见图15)。当铸钢产品的通过量(浇铸速率)为1m/min至1.5m/min时，浸渍管可没有困难地用在连续铸造中。

专利文献2揭示了一种用于连续浇铸的、包括圆柱形本体的浸渍管，该本体具有设置在其下部侧壁中的一对出口和形成在其向下变细的下部内的狭缝开口。该出口和狭缝开口被设计成可以减少由夹杂物的滞留所引起的铸造产品缺陷(见图16)。在这种浸渍管中，通过狭缝开口使开口区域更大，底部被充分打开。

专利文献3揭示了一种包括筒状本体的浸渍管，该本体具有在其下部侧壁中的一对相对横向出口。每个横向出口被一个或两个向内的水平突起分成两个或三个垂直排列部，以形成总共四个或六个出口(见图17)。该公报说明浸渍管允许禁止阻塞和产生更稳固且可控制的出射流，而该出射流的速度更加均匀并且显著减少了其中的翻滚和漩涡。

当铸钢产品的通过量(浇铸速率)为1m/min至1.5m/min时，专利文献1所揭示的浸渍管可毫无困难地用在连续铸造中。但是，就近来减少铸钢产品的厚度以在后续步骤中节省劳动力的趋势而言，在中等厚度板材(大约70mm或者大约150mm厚度)的高速浇铸中所采用的4m/min或者更大的通过量的苛刻情况下，不仅不能供应足够的钢水，而且由于出射流从管出口流出的过高速度会引起铸钢产品的固化外壳破裂，从而造成钢水泄露的危险。

在专利文献2揭示的浸渍管中，通过狭缝开口使开口区域更大，底部被充分打开。连续铸造操作不可避免地涉及到钢水表面处的高度波动，铸钢产品的通过量的变化，以及从浸渍管流出的钢水形态的变化。在专利文献2的浸渍管的情况下，由于其底部的大开口区域，所以钢水流动形态的变化可能引起从底部的狭缝开口流出的钢水的方向和/或速度较大幅度的变化，即，引起钢水流的漂移，和诸如向下流的在特定方向上钢水偏流。由于这些原因，所以可能难以在模具中建立钢水的均匀形态(pattern)。

专利文献3中所揭示的浸渍管不仅需要复杂的制造过程，而且容易使由出口的阻塞和热磨损引起的左右出射流之间的平衡损坏。

当传统的浸渍管被用于以4m/min或者更大的通过量连续铸造中等厚度板坯时，管侧壁上的相对出口必须在垂直方向较长，导致出射流的速度不均匀。此外，增加通过量和模型的长边长度引起在浸渍管的左右侧的不对称流。这就导致了模型中的钢水表面处的水平波动；由于保护渣(mold powder)的滞留引起的板坯质量的下降；和诸如泄漏的铸造操作的阻碍。

考虑到上述情况而做出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种用于连续铸造，尤其用于高速连续铸造中等厚度板坯的浸渍管，该管允许减少模型中钢水流的偏流并且允许减小钢水表面处的高度波动，以改善板坯的质量和生产率。

[专利文献1]日本未授权申请公开公报第57-106456号

[专利文献2]日本未授权申请公开公报第7-232247号

[专利文献3]国际公开公报2005/049249

发明内容

本发明提供一种用于连续铸造的浸渍管，该浸渍管包括：

(a)具有底部的筒状体，筒状体具有设置在上端、用于钢水进入的入口和从入口向下延伸且至少在下部截面扁平的通道，下部具有两个窄侧壁和两个宽侧壁；

(b)设置在下部的窄侧壁中以便与通道连通的一对相对的第一出口；和

(c)设置在底部以便与通道连通的一对第二出口，

其中，在一对第一出口之间，下部具有从宽侧壁的内表面水平突出到通道内的脊部，和

其中，一对第二出口关于筒状体的轴线对称设置，一对第二出口的轴线彼此相交在通道中。脊部的横截面基本呈矩形并且被彼此相对地设置。

纵观说明书，方向根据直立的浸渍管设定。术语“基本矩形的截面”指的是覆盖具有圆角的矩形截面。

在具有设置在筒状体下侧壁中的一对出口的传统浸渍管中，从出口下部排出的出口流量较大，这就导致了从出口下部排出的出射流和从出口上部排出的出射流的流量不平衡。在通过量上升时，这种不平衡会增加，以致在出口上部上形成负压，因此可能允许模型中的钢水通过出口上部流入管内。这就导致撞击模型窄侧壁的部分钢水流速过大，这将反过来引起撞击窄侧壁且返回的回流的速度增加。增加的回流速度提高模型中钢水表面处的高度波动，导致浸渍管左右侧流不对称。

在根据本发明的用于连续铸造的浸渍管中，筒状体在内部具有通道以允许钢水向下流动，并且至少在下部具有扁平截面。下部在窄侧壁分别具有一对出口，并且在一对第一出口之间分别具有从宽侧壁突出到通道中的脊部。脊部减小下部中钢水流的过大流速，并且也显著减少通过出口上部从模型流入管的钢水量。此外，脊部降低撞击模型窄侧壁的钢水流的最大速度，因此减少回流速度从而减小钢水表面处的高度波动，提供浸渍管左右侧的更对称的流。

在根据本发明的浸渍管中，更可取的是a/a′范围从0.1至0.25且b/b′范围从0.15至0.35，此处a’是第一出口的水平宽度；b’是第一出口的垂直长度；a是脊部的突出高度；且b是脊部的垂直宽度。

同样，更可取的是f/a′范围从0.75至0.9，e/e′范围从0.1至0.17，且α范围从40°至60°，此处f是第二出口沿窄侧壁的长度；α是第二出口的每个轴线和水平面之间形成的角度；e是一对第二出口之间的最小内部尺寸；并且e’是通道在第一出口紧上方沿宽阔侧壁的宽度。

此外，根据本发明的浸渍管可以进一步包括允许第一出口和第二出口之间连通的狭缝，以使出射流更加平衡。在这个方面，更可取的是d/a′范围从0.2至1，此处d是狭缝的宽度。

附图说明

图1A显示根据本发明的一个实施例的用于连续铸造的浸渍管。

图1B是沿图1的线A-A的截面图。

图1C是用于连续铸造的浸渍管的仰视图。

图1D是沿图1B的线B-B的截面图。

图2是浸渍管的部分侧视图。

图3是沿浸渍管下部的宽侧壁的、该浸渍管的部分垂直截面图。

图4A是浸渍管的仰视图。

图4B是沿图3的线B-B的截面图。

图5是用于解释利用根据本发明实施例的浸渍管的模型来进行的水模型试验(watermold test)的示意图。

图6显示根据本发明实施例的浸渍管的Δσ和a/a′之间关系的曲线图。

图7显示根据本发明实施例的浸渍管的Δσ和b/b′之间关系的曲线图。

图8显示根据本发明实施例的浸渍管的Δσ和f/a′之间关系的曲线图。

图9显示根据本发明实施例的浸渍管的Δσ和e/e′之间关系的曲线图。

图10显示根据本发明实施例的浸渍管的Lσ+Rσ和d/a′之间关系的曲线图。

图11A是解释根据本发明实施例的浸渍管的、用在流体分析中的仿真模型图。

图11B是解释根据现有技术的浸渍管的、用在流体分析中的仿真模型图。

图12A是显示利用根据本发明实施例的浸渍管的仿真模型执行流体分析结果的图，其中流速为4.0m/min。

图12B是显示利用根据现有技术的浸渍管的仿真模型执行流体分析结果的图，其中流速为4.0m/min。

图13A是显示利用根据本发明实施例的浸渍管的仿真模型执行流体分析结果的图，其中流速为4.4m/min。

图13B是显示利用根据现有技术的浸渍管的仿真模型执行流体分析结果的图，其中流速为4.4m/min。

图14A是显示利用根据本发明实施例的浸渍管的仿真模型执行流体分析结果的图，其中流速为4.8m/min。

图14B是显示利用根据现有技术的浸渍管的仿真模型执行流体分析结果的图，其中流速为4.8m/min。

图15是根据专利文献1的用于连续铸造的浸渍管的截面图。

图16A和图16B是根据专利文献2的用于连续铸造的浸渍管的截面图。

图17A和图17B是根据专利文献3的用于连续铸造的浸渍管的截面图。

具体实施方式

图1显示根据本发明的一个实施例的用于连续铸造的浸渍管10。

根据本实施例的浸渍管10包括具有底部20的筒状体11。筒状体11具有圆柱形的上部11a、具有扁平截面的下部11c和从侧面看逐渐变细并且连接上部11a和下部11c的锥状部11b。上部11a在上端处具有入口12，通道13从该入口12向下延伸穿过筒状体11。

具有扁平截面的下部11c具有相对的窄侧壁18，18和相对的宽侧壁19，19。窄侧壁18，18分别具有设置在靠近底部20位置处以便与通道13相连通的相对的第一出口14，14。第一出口14，14是垂直细长的狭槽。

宽侧壁19，19分别具有相对的水平脊部(ridge)15，15，该水平脊部从宽侧壁19，19的内表面突出到一对第一出口14，14之间的通道13内。脊部15具有矩形的截面。在显示窄侧壁18在前面的视图中，第一出口14在中间收缩。

筒状体11具有设置在底部20中以便与通道13相连通的一对第二出口16，16。第二出口16，16关于筒状体11的轴线对称设置，使得第二出口16，16各自的轴线24，24彼此相交在通道13中。当筒状体11沿其下部的宽侧壁被垂直切割时，第二出口16，16呈切去顶端的反转V(例如，日语片假名的“ハ”)设置。

在根据本实施例的浸渍管10中，通过分别设置在窄侧壁18，18中的垂直延伸的狭缝17，17，允许第一出口14，14与第二出口16，16相连通。

利用浸渍管10的模型进行水模试验以确定第一出口14，14、第二出口16，16和狭缝17，17的最佳构造。下面将说明进行的水模试验。

用于确定出口和狭缝的最佳构造的参数表示如下。第一出口14，14的水平宽度用a’表示，第一出口14，14的垂直长度用b’表示，脊部15，15的突出高度用a表示，脊部15，15的垂直宽度用b表示(见图2)。第二出口16，16在短边方向上的长度用f表示，每个第二出口16，16的轴线24，24与水平面之间形成的角度用α表示，第二出口16，16之间的最小内部尺寸用e表示，通道13的在第一出口14，14紧上方沿长边方向的宽度用e’表示(见图3和图4B)。狭缝17，17的宽度用d表示(见图2和图4B)。

图5是用于解释水模试验的示意图。

A1/1比例模型21由丙烯酸树脂制成。模型21的尺寸为长边(图5中，在左右方向上)长度是1300mm，且短边(图5中，在垂直于纸面的方向上)长度是100mm。借助于泵以等于4.4m/min的通过量的速率使水通过浸渍管10和模型21循环。

浸渍管10被放置在模型21的中心位置处，以便使扁平截面的长边与模型21的长边平行。螺旋桨型流速检测器22，22被分别安装在离模型21的窄侧壁23，23325mm(模型21长边长度的1/4)并且距水面30mm深的位置处。然后，测量回流Fr，Fr的速度。

下面将说明水模试验的结果。对于该试验，以下面尺寸构造假想基本模型。在每个试验中，仅改变用作目标参数的尺寸而其他尺寸具有与基本模型尺寸相对应的固定值。

基本模型的尺寸为：a＝5mm，a’＝26mm，b＝25mm，b’＝115mm，f＝23mm，e＝26mm，e′＝143mm，α＝60°，d＝10mm

图6显示表现Δσ和a/a′之间关系的曲线图。此处，Δσ是左右回流Fr，Fr速度的标准差之间的差值，其中利用通过借助于如图5所示的流速检测器22，22测量三分钟回流Fr，Fr的速度获得的数据来计算该标准差。当Δσ增大时，左右回流Fr，Fr的速度差变大。在本发明中，把4cm/sec或2cm/sec作为Δσ的临界值。当Δσ小于4cm/sec时，在水模试验中通过目测即可以确定各自的左右出射流与水平面的排出角基本相同。当Δσ小于2cm/sec时，不仅各自的左右出射流与水平面的排出角基本相同，并且本该周期性地产生在模型21的宽侧壁和浸渍管10之间的卡曼涡(Karman vortex)没有出现。卡曼涡导致保护渣的局部滞留的问题。

图6表示当a/a′的范围从0.1至0.25时，Δσ等于或小于2cm/sec，并且模型中的出射流是平衡的。当a/a′小于0.1时，脊部不能充分展现断流的效果，并且第一出口下部的出射流具有过大速度，从而使模型21中的左右流极不对称。另一方面，当a/a′超过0.25时，第一出口下部的出射流的速度稍微过于低，即，第一出口上部中的出射流具有过大速度，从而使在模型21中水面处的回流Fr，Fr的速度增大，因此引起诸如保护渣滞留的相反作用。

图7显示Δσ和b/b′之间的关系。图7表示当b/b′的范围从0.15至0.35时，Δσ等于或小于4cm/sec。当b/b′小于0.15时，脊部不能充分展现断流的效果，并且第一出口下部的出射流具有过大速度，从而在模型21中形成极不对称的左右流。另一方面，当b/b′超过0.35时，第一出口下部的出射流的速度稍微过于低，即，第一出口上部的出射流具有过大速度，从而使在模型21中水面处的回流Fr，Fr速度增大且引起诸如保护渣滞留的相反作用。

最好是在将每个第一出口都分割成垂直排列的两个相等部分的位置上设置脊部，以便平衡来自出口下部的出射流速度和来自出口上部的出射流速度。

图8显示表现Δσ和f/a′之间关系的曲线图。图8表示当f/a′的范围从0.75至0.9时，Δσ等于或小于2cm/sec。当f/a′小于0.75时，第二出口16，16的宽度f相对于第一出口14，14的长度a’太小，因此从第二出口排出的出射流的量不足，导致在模型21中水面处的回流Fr，Fr速度过大，从而引起诸如保护渣滞留的相反作用。另一方面，当f/a′超过0.9时，从第二出口排出的出射流的量过多，即，从第一出口排出的出射流的量不足，从而使模型21中的整个流不稳定。这就导致模型21中水面处的高度波动和左右流不对称。

图9显示表现Δσ和e/e′之间关系的曲线图。图9表示当e/e′的范围从0.1至0.17时，Δσ等于或小于4cm/sec。当e/e′小于0.1时，从第二出口排出的出射流的量过多，并且从第一出口排出的出射流的量不足，从而使模型21中的整个流不稳定。这就导致模型21中水面处的高度波动和左右流的不对称。另一方面，当e/e′超过0.17时，第二出口16，16的长度相对于通道13的宽度e’太短，因此从第二出口排出的出射流的量不足，这就引起在模型21中水面处的回流Fr，Fr速度过大，因此引起诸如保护渣滞留的相反作用。

虽然图中没有关于第二出口16，16的每个轴线和水平面之间的夹角α的试验结果的介绍，仍然可以确定当α为40°至60°时Δσ为最小。当α小于40°时，来自第二出口的出射流与来自第一出口的出射流同步，从而使在模型21中水面处的回流Fr，Fr速度增大，从而引起诸如保护渣滞留的相反作用。此外，由于第二出口的尺寸相对减小，来自第二出口的出射流具有增加的速度以提高回流Fr，Fr的速度并且进而极度增加水面处的高度波动。另一方面，当α超过60°时，来自一对第二出口的出射流汇合到一起，从而使流像钟摆一样不稳定地徘徊，导致Δσ超过4cm/sec，而这不是所期望的。

图10显示表现Lσ+Rσ和d/a′之间关系的曲线图。在该曲线图中，Lσ是左回流Fr速度的标准差，Rσ是右回流Fr速度的标准差，并且Lσ+Rσ是左右回流Fr，Fr速度的标准差之和。纵观所进行的试验，所有得到的Δσ值都小于2cm/sec，因此Lσ+Rσ被用作评价标准。

图10表示当d/a′的范围从0.2至1时，Lσ+Rσ等于或小于30cm/sec。当d/a′小于0.2时，回流Fr，Fr具有过大速度从而引起诸如保护渣滞留的相反作用。另一方面，由于当d/a′超过1时强度缺乏，所以在浸渍管的下端处发生诸如裂缝的问题。

下面将做出关于来自根据本发明实施例的用于连续铸造的浸渍管的出射流量和来自根据现有技术的浸渍管的出射流量的流体分析的说明。

利用由Fluent Asia Pacific Co.，Ltd(例如，目前的ANSYS Japan K.K.)制作的FLUENT(流体分析软件)来进行流体分析。图11A和11B显示用于流体分析的仿真模型。图11A显示根据本发明实施例的管的仿真模型，而图11B显示根据现有技术的管的仿真模型。图12A、13A和14A显示利用11A所示的模型进行的流体分析的结果，而图12B、13B和14B显示利用图11B所示的模型进行的流体分析的结果。根据现有技术的模型包括筒状体，该筒状体内部具有通道且至少在其下部具有扁平截面。在这种模型中，一对第一相对出口被设置在下部的窄侧壁中并且与通道相连通，而与通道相连通的第二出口以完全打开底部的方式形成在筒状体的底部。表1表现每个仿真模型的参数。

假定模型长1300mm，宽100mm；通过量为4.0m/min(图12)、4.4m/min(图13)和4.8m/min(图14)；管的浸渍深度为303mm，基于这些假定进行分析。

[表1]

 

参数	本发明实施例	现有技术
			a/a′	0.19	-
b/b′	0.20	-
			f/a′	0.88	-
e/e′	0.14	1.00
			α	55°	-
d/a′	0.4	-

图12至14表现分析的结果。这些图表明如下内容。

在根据现有技术的浸渍管的情况下，左右流不对称且回流速度高，引起保护渣滞留的危险和在钢水表面处的高度波动。另一方面，在根据本发明实施例的浸渍管的情况下，左右流基本对称且回流具有期望范围内的速度以减少钢水表面处的高度波动且改善板坯的质量和生产率。

以上已说明并显示本发明的优选实施例，应该了解，这些实施例是本发明的典型实例而并不视为对本发明的限制。另外，在不背离本发明的实质或范围的情况下，可以进行省略、替代和其他改进。因此，本发明并不局限于上述说明，并且仅局限于附加的权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种用于连续铸造的浸渍管，其特征在于，该浸渍管包括：

(a)具有底部的筒状体，所述筒状体具有设置在上端、用于钢水进入的入口和从所述入口向下延伸的通道，所述筒状体至少在下部截面下凹，所述下部具有两个窄侧壁和两个宽侧壁；

(b)设置在所述下部的所述窄侧壁中以便与所述通道连通的一对相对的第一出口；和

(c)设置在所述底部以便与所述通道连通的一对第二出口，

其中，所述下部具有在所述一对第一出口之间从所述宽侧壁的内表面水平突入所述通道内的脊部，和

其中，所述一对第二出口以所述筒状体的轴线为轴对称设置，所述一对第二出口的轴线彼此相交在所述通道中。

2.如权利要求1所述的浸渍管，其特征在于，所述脊部的横截面基本呈矩形并且彼此相对设置。

3.如权利要求2所述的浸渍管，其特征在于，a/a′范围从0.1至0.25，b/b′范围从0.15至0.35，其中，a’是所述第一出口的水平宽度；b′是所述第一出口的竖直长度；a是所述脊部的突出高度；b是所述脊部的竖直宽度。

4.如权利要求3所述的浸渍管，其特征在于，f/a′范围从0.75至0.9，e/e′范围从0.1至0.17，且α范围从40°至60°，其中，f是所述第二出口沿所述窄侧壁的长度；α是所述第二出口的每个轴线和水平面之间形成的角度；e是所述一对第二出口之间的最小内部尺寸；并且e’是所述通道在所述第一出口紧上方沿所述宽侧壁的宽度。

5.如权利要求3所述的浸渍管，其特征在于，进一步包括允许所述第一出口和所述第二出口之间连通的狭缝。

6.如权利要求5所述的浸渍管，其特征在于，d/a′范围从0.2至1，其中，d是所述狭缝的宽度。

7.如权利要求1所述的浸渍管，其特征在于，所述第一出口是竖直延长的狭槽。

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