CN101733375B - 薄板坯浸入式水口 - Google Patents
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Abstract
一种薄板坯浸入式水口，包括沿水口上部入口(2)向下延伸的两个水口大面(1)、两个水口大面(1)之间构成的水口下部内腔(3)以及由水口大面(1)和水口下部内腔(3)构成的水口下部(4)，其特征是所述水口下部(4)设有至少五个与水口下部内腔(3)连通的分流孔，分流孔分布在水口的窄面上，水口的其余部分为封闭状态。本发明有一对向上分流孔，其钢流可以使水口周围的温度场得到改善。本发明的分流孔呈发散状，钢流通过分流孔的时候，截面积有所增加，速度将有所减小，从而达到减轻对结晶器两侧凝固坯壳冲击的目的。
Description
本案申请是同日对发明创造既申请实用新型专利又申请发明专利，发明创造名称为薄板坯浸入式水口。
技术领域
本发明涉及薄板坯连铸技术领域，提供了一种可以优化薄板坯连铸机结晶器内钢液流场，确保钢液液面稳定，同时改善水口周围温度场的薄板坯浸入式水口，从而达到提高铸坯质量的效果。
背景技术
目前，薄板坯连铸是国外二十年前开发出来的近终形连铸连轧工艺，上世纪九十年代引入我国，现在已经发展到了十余台。由于该连铸机生产的铸坯具有厚度薄的特点，而且浇注时间长，普通浸入式水口根本不能满足生产的需要。
许多人已经就薄板坯浸入式水口的设计提出了不同的方案。公开号为CN1075968C的中国专利将流入结晶器的钢液分成了四个流股，在一定程度上改善了结晶器的流场。专利号为00920040677.2的中国专利在公开号为CN1075968C的中国专利基础上通过增加导流板，将钢流数目增加改善流场，该设计已在国内数家钢厂得到推广，客户反映较好。但以上两种水口都还存在一定的缺陷。那就是通过钢液的回流使热钢液回到结晶器的上部，由于回流长度有限，造成水口附近的钢液温度明显偏低，所以长时间低拉速浇钢时，有时会出现结冷钢搭桥现象，一旦再次提高拉速，水口有可能被拉断，从而引起生产事故。
发明内容
本发明的目的在于解决上述缺陷，提供一种可以将钢流直接分布到钢液表面的薄板坯浸入式水口，同时通过调整各个分流孔的大小和形状，改善结晶器内钢液流场。
本发明的技术方案是：
本发明的薄板坯浸入式水口，其钢液流动通道上不设导流板，水口出钢分流孔至少分为五个，通过分流孔开口方向及角度来控制钢液导流。
一种薄板坯浸入式水口，包括沿水口上部入口向下延伸的两个水口大面、两个水口大面之间构成的水口下部内腔以及由水口大面和水口下部内腔构成的水口下部，所述水口下部设有至少五个与水口下部内腔连通的分流孔，分流孔分布在水口的窄面上，水口大面上不出现任何形式的分流孔，水口的其余部分为封闭状态。
所述分流孔沿水口的中心线对称分布，水口下部底端设有第一分流孔，水口下部两侧上部设有一对开口向上的第四分流孔和第五分流孔，水口下部两侧下部设有一对开口向下第二分流孔和第三分流孔。
所述分流孔的形状为矩形、圆柱形、圆台形或由圆形与矩形组合而成的多曲率半径的形状。所述第一分流孔的中心线的方向垂直向下，第一分流孔开口左右两侧与水口中心线方向的夹角α相等，靠水口大面的两侧面与水口中心线相平行或带有向内夹角。
所述第一分流孔内侧出口截面积为d1*c1，外侧出口截面积为D1*C1，位于水口下部内腔的内侧出口截面积占内侧出口总截面积的5-15％，外侧出口截面积D1*C1大于或等于内侧出口截面积d1*c1。
所述第二分流孔和第三分流孔的中心线与垂直方向的夹角均为夹角β，夹角β在0°到90°之间，第二分流孔和第三分流孔距离水口底边的距离h2为20毫米至150毫米之间；第二分流孔和第三分流孔靠近水口大面的两侧面与水口大面平行或带有向内的夹角，第二分流孔和第三分流孔另外两侧面与其中心线的夹角为β1和β2，β1与β2可以相等，也可以不相等。
所述第二分流孔或第三分流孔位于水口下部内腔内侧出口截面积为d2*c2，外侧出口截面积为D2*C2，第二分流孔和第三分流孔位于水口下部内腔的内侧出口截面积占内侧出口总截面积的55-85％。
所述第四分流孔和第五分流孔的中心线与垂直方向的夹角均为夹角γ，夹角γ在0°到90°之间，第四分流孔和第五分流孔距离水口底边的距离h3为40毫米至200毫米之间；第四分流孔和第五分流孔靠近水口大面的两侧面与水口大面平行或带有向内的夹角，第四分流孔和第五分流孔另外两侧面与其中心线的夹角为γ1和γ2，γ1和γ2可以相等，也可以不相等。
所述第四分流孔和第五分流孔位于水口下部内腔内侧出口截面积为d3*c3，外侧出口截面积为D3*C3，第四分流孔和第五分流孔位于水口下部内腔的内侧出口截面积占内侧出口总截面积的10-30％。
所述水口下部内腔沿水口宽面方向的投影形状为半圆形、菱形、多半径圆弧形、多线段组成的几何图形或上述形状的组合，该图形沿水口的中心线几何对称；所述水口下部外型沿水口宽面方向的投影形状为半圆形、菱形、多半径圆弧形、多线段组成的几何图形或上述形状的组合，该图形沿水口的中心线几何对称。
本发明的有益效果是：
本发明所使用的设计原理为耗散理论，通过控制分流孔内侧表面积的大小以及增加水口底部面积来实现。以往设计的薄板坯浸入式水口，钢流到达水口底部的时候，钢流几乎没有在水口内部停留而直接通过分流孔进入结晶器。而本发明的薄板坯浸入式水口，部分钢流到达水口底部的时候，与封闭的水口底壁发生碰撞，消耗一部分动能，然后通过分流孔进入结晶器。同时，分流孔呈发散状，钢流通过分流孔的时候，截面积有所增加，速度将有所减小，从而达到减轻对结晶器两侧凝固坯壳冲击的目的。其中两个分流孔方向向上，直接到达结晶器钢液的表面，对水口周围补充一部分热钢液，从而达到消除水口周围温度底、结冷钢的现象。
附图说明
图1是本发明的实施例一的剖视示意图。
图2是本发明的实施例一的第一分流孔沿出口方向投影示意图。
图3是本发明的实施例一的第五分流孔沿出口方向投影示意图。
图4是本发明的实施例一的第三分流孔沿出口方向投影示意图。
图5是本发明的实施例二的剖视示意图。
图6是本发明的实施例二的第一分流孔沿出口方向投影示意图。
图7是本发明的实施例二的第五分流孔沿出口方向投影示意图。
图8是本发明的实施例二的第三分流孔沿出口方向投影示意图。
图9是国内某钢厂已使用的薄板坯浸入式水口实际测量的结晶器内钢液表面温度分布示意图。
图10是使用本发明的实施例一的薄板坯浸入式水口，实际测量的结晶器内钢液表面温度分布示意图。
图中：1为水口大面、2为水口上部入口、3为水口下部内腔、4为水口下部、5为第一分流孔、6为第二分流孔、7为第三分流孔、8为第四分流孔、9为第五分流孔、10为水口底边。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
一种薄板坯浸入式水口，包括沿水口上部入口2向下延伸的两个水口大面1、两个水口大面1之间构成的水口下部内腔3以及由水口大面1和水口下部内腔3构成的水口下部4，水口下部4设有至少五个与水口下部内腔3连通的分流孔，分流孔分布在水口的窄面上，水口大面1上不出现任何形式的分流孔，水口的其余部分为封闭状态。
分流孔沿水口的中心线对称分布，水口下部4底端设有第一分流孔5，水口下部4两侧上部设有一对开口向上的第四分流孔8和第五分流孔9，水口下部4两侧下部设有一对开口向下第二分流孔6和第三分流孔7。
分流孔的形状为矩形、圆柱形、圆台形或由圆形与矩形组合而成的多曲率半径的形状。
第一分流孔5的中心线的方向垂直向下，第一分流孔5开口左右两侧与水口中心线方向的夹角α相等，靠水口大面1的两侧面与水口中心线相平行或带有向内夹角。
第一分流孔5内侧出口截面积为d1*c1，外侧出口截面积为D1*C1，位于水口下部内腔3的内侧出口截面积占内侧出口总截面积的5-15％，外侧出口截面积D1*C1大于或等于内侧出口截面积d1*c1。
第二分流孔6和第三分流孔7的中心线与垂直方向的夹角均为夹角β，夹角β在0°到90°之间，第二分流孔6和第三分流孔7距离水口底边10的距离h2为20毫米至150毫米之间；第二分流孔6和第三分流孔7靠近水口大面1的两侧面与水口大面1平行或带有向内的夹角，第二分流孔6和第三分流孔7另外两侧面与其中心线的夹角为β1和β2，β1与β2可以相等，也可以不相等。
第二分流孔6或第三分流孔7位于水口下部内腔3内侧出口截面积为d2*c2，外侧出口截面积为D2*C2，第二分流孔6和第三分流孔7位于水口下部内腔3的内侧出口截面积占内侧出口总截面积的55-85％。
第四分流孔8和第五分流孔9的中心线与垂直方向的夹角均为夹角γ，夹角γ在0°到90°之间，第四分流孔8和第五分流孔9距离水口底边10的距离h3为40毫米至200毫米之间；第四分流孔8和第五分流孔9靠近水口大面1的两侧面与水口大面1平行或带有向内的夹角，第四分流孔8和第五分流孔9另外两侧面与其中心线的夹角为γ1和γ2，γ1和γ2可以相等，也可以不相等。
第四分流孔8和第五分流孔9位于水口下部内腔3内侧出口截面积为d3*c3，外侧出口截面积为D3*C3，第四分流孔8和第五分流孔9位于水口下部内腔3的内侧出口截面积占内侧出口总截面积的10-30％。
水口下部内腔3沿水口宽面方向的投影形状为半圆形、菱形、多半径圆弧形、多线段组成的几何图形或上述形状的组合，该图形沿水口的中心线几何对称；所述水口下部4外型沿水口宽面方向的投影形状为半圆形、菱形、多半径圆弧形、多线段组成的几何图形或上述形状的组合，该图形沿水口的中心线几何对称。
第一分流孔5、第二分流孔6、第三分流孔7、第四分流孔8和第五分流孔9的内侧截面积的总和大于或等于与水口上部入口2截面积。
分流孔内侧宽度c1、c2、c3与分流孔外侧宽度C1、C2、C3可以相等也可以不相等。
分流孔内侧长度d1、d2、d3与分流孔外侧长度D1、D2、D3可以相等也可以不相等，通常要求：分流孔外侧长度D1大于分流孔内侧长度d1；分流孔外侧长度D2大于分流孔内侧长度d2；分流孔外侧长度D3大于分流孔内侧长度d3。
水口内腔中不含有任何的导流槽或导流板，钢液流动通道上不设导流板，钢液导流通过分流孔开口方向及角度来控制。
实施例一。
如图1、图2、图3和图4，一种薄板坯浸入式水口，水口下部内腔3沿水口宽面方向的投影形状为半圆形，该图形沿水口的中心线几何对称；所述水口下部4外型沿水口宽面方向的投影形状为半圆形，该图形沿水口的中心线几何对称。
实施例二。
如图5、图6、图7和图8，一种薄板坯浸入式水口，水口下部内腔3沿水口宽面方向的投影形状为五条线段组成的几何图形，该图形沿水口的中心线几何对称；所述水口下部4外型沿水口宽面方向的投影形状为五条线段组成的几何图形，该图形沿水口的中心线几何对称。
如图1、图2、图3和图4，c1＝24.5mm；c2＝28.2mm；c3＝33.8mm；C1＝22.7mm；C2＝27.3mm；C3＝33.8mm；d1＝10.0mm；D1＝62.0mm；d2＝80.0mm；D2＝104.5mm；d3＝30.0mm；D3＝65.5mm；α＝45°；β＝60°；β1＝30°；β2＝20°；γ＝70°；γ1＝45°；γ2＝20°；h1＝26mm；h2＝78.6mm；h3＝170.0mm；R＝5.0mm。
本发明的试验条件如下：试验钢种为Q235-B；中间包钢液平均温度为1545℃；结晶器断面为70*1500；拉速为3.8m/min。我们把结晶器表面分成对称的两部分，每部分划分为A、B、C、D、E五个区域，同时对每个区域的温度进行测量，结果如下表：
表1.结晶器表面温度分布表。
| 时间1 | 时间2 | 时间3 | 平均值 | |
| 中包温度℃ | 1542 | 1550 | 1543 | 1545 |
| A区温度℃ | 1534 | 1540 | 1737 | 1537 |
| B区温度℃ | 1537 | 1544 | 1539 | 1540 |
| C区温度℃ | 1535 | 1542 | 1537 | 1538 |
| D区温度℃ | 1540 | 1547 | 1542 | 1543 |
| E区温度℃ | 1538 | 1545 | 1540 | 1541 |
从测量的数据来看，从A区到B区温度逐渐升高，然后在C区有所回调，在D区出现最高值。将其温度数据的平均值绘成图，如图10所示。
另外，对目前使用时的结晶器内钢液温度也进行了测量，结果如下表：
表2.结晶器内钢液温度分布表。
| 时间1 | 时间2 | 时间3 | 平均值 | |
| 中包温度℃ | 1546 | 1553 | 1545 | 1548 |
| A区温度℃ | 1532 | 1535 | 1531 | 1533 |
| B区温度℃ | 1535 | 1540 | 1535 | 1537 |
| C区温度℃ | 1541 | 1546 | 1539 | 1542 |
| D区温度℃ | 1544 | 1550 | 1543 | 1546 |
| E区温度℃ | 1542 | 1546 | 1541 | 1543 |
从测量的数据来看，从A区到D区温度逐渐升高，到D的位置达到峰值，然后有所下降。由于所测量的中间包的平均温度相对较高，将其折算为1545℃绘制成图，如图9所示。
比较以上两组数据可以发现，有向上分流孔的薄板坯浸入式水口有利于改善水口周围的流场，水口周围的温度相对较高，可以防止水口周围的冷钢搭桥，完全可以杜绝水口因拉速变化而出现浇注中断的现象。
Claims (2)
1.一种薄板坯浸入式水口，包括沿水口上部入口(2)向下延伸的两个水口大面(1)、两个水口大面(1)之间构成的水口下部内腔(3)以及由水口大面(1)和水口下部内腔(3)构成的水口下部(4)，其特征是所述水口下部(4)设有至少五个与水口下部内腔(3)连通的分流孔，分流孔分布在水口的窄面上，水口的其余部分为封闭状态；所述分流孔沿水口的中心线对称分布，水口下部(4)底端设有第一分流孔(5)，水口下部(4)两侧上部设有一对开口向上的第四分流孔(8)和第五分流孔(9)，水口下部(4)两侧下部设有一对开口向下第二分流孔(6)和第三分流孔(7)，第一分流孔(5)内侧宽度c1为24.5mm；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)的内侧宽度均为c2，c2为28.2mm；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)的内侧宽度均为c3，c3为33.8mm；第一分流孔(5)外侧宽度C1为22.7mm；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)的外侧宽度均为C2，C2为27.3mm；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)的外侧宽度均为C3，C3为33.8mm；第一分流孔(5)内侧长度d1为10.0mm；第一分流孔(5)外侧长度D1为62.0mm；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)的内侧长度均为d2，d2为80.0mm；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)外侧长度均为D2，D2为104.5mm；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)的内侧长度均为d3，d3为30.0mm；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)的外侧长度均为D3，D3为65.5mm；所述第一分流孔(5)的中心线的方向垂直向下，第一分流孔(5)开口左右两侧与水口中心线方向的夹角α相等，夹角α为45度，靠水口大面(1)的两侧面与水口中心线相平行或带有向内夹角；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)的中心线与垂直方向的夹角均为夹角β，夹角β为60°；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)的一个侧面与其中心线的夹角均为β1，β1为30°；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)的另一个侧面与其中心线的夹角均为β2，β2为20°；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)的中心线与垂直方向的夹角均为夹角γ，夹角γ为70°；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)的一个侧面与其中心线的夹角均为γ1，γ1为145°；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)的另一个侧面与其中心线的夹角均为γ2，γ2为20°；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)距离水口底边(10)的距离均为h1，h1为26mm；第二分流孔(6)和第三分流孔(7)距离水口底边(10)的距离均为h2，距离h2为78.6mm；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)距离水口底边(10)的距离均为h3，距离h3为170.0mm；第四分流孔(8)和第五分流孔(9)内侧与水口上部入口(2)交界处设有圆角，圆角半径R为5毫米。
2.根据权利要求1所述的薄板坯浸入式水口，其特征是所述水口下部内腔(3)沿水口宽面方向的投影形状为半圆形、菱形、多半径圆弧形、多线段组成的几何图形或上述形状的组合，该图形沿水口的中心线几何对称；所述水口下部(4)外型沿水口宽面方向的投影形状为半圆形、菱形、多半径圆弧形、多线段组成的几何图形或上述形状的组合，该图形沿水口的中心线几何对称。
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Address after: 214203 Jiangsu city of Wuxi province Yixing Qingyuan City Economic Development Zone East Road Patentee after: Huanai International (Yixing) Advanced Ceramics Co., Ltd. Address before: 214203 Jiangsu city in Danyang Province Economic Development Zone East Road Qingyuan Patentee before: Huanai International (Yixing) Advanced Ceramics Co., Ltd. |