CN101959630B

CN101959630B - 上浇注嘴

Info

Publication number: CN101959630B
Application number: CN2009801067909A
Authority: CN
Inventors: 沟部有人; 佐藤光信; 安田隆博
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: DE112009000614B4; BRPI0908161B1; KR20100125305A; AU2009224303A1; CN101959630A; KR101228380B1; BRPI0908161A2; JP5149373B2; AU2009224303B2; US8240524B2; GB201017209D0; AU2009224303C1; WO2009113662A1; DE112009000614T5; GB2470877B; GB2470877A; US20100219212A1; JPWO2009113662A1

Abstract

本发明提供一种上浇注嘴，着眼于上浇注嘴内孔的形状，具备具有如下作用的内孔形状，即通过产生能量损失少的平稳(一定)的钢液流，可抑制附着物的产生，为达到这个目的，使钢液通过的上浇注嘴(10)的内孔(11)上端的直径为下端直径的1.5倍以上，同时使内孔壁面(14)的断面形状为由log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))表示的形状，式中n为1.5～6。

Description

上浇注嘴

技术领域

本发明涉及一种嵌合于浇包或浇口盘的风口的上浇注嘴，尤其涉及可抑制附着物产生的上浇注嘴。

背景技术

在嵌合于浇口盘或浇包的风口的上浇注嘴中，氧化铝等会附着在钢液通过的内孔内成为附着物，流路将会缩小，妨碍作业，有时还存在流路被完全堵塞造成无法工作的情况。而作为防止附着物产生的方法，公开有例如设置气体吹入口以吹入惰性气体的方法(例如参照专利文献1或2)。

但是，专利文献1或2中记载的上浇注嘴因气体吹入而结构复杂，由于制造时费时费力，而且作业时需要气体，因此造成成本增高。另外，即使是气体吹入式浇注嘴，也难以做到完全防止附着物产生。

然而作为上浇注嘴，目前广泛使用例如由形成于上方的锥形部和形成于下方的直线形部构成的上浇注嘴(参照图12(a))、从锥形部到直线形部连续的部分为圆弧状的上浇注嘴(参照图13(a))等。另外，图2至图13中的各图(a)表示上浇注嘴设置在滑动水口装置(以下称“SN装置”)后的状态。而且，点划线的下面是上板的内孔。另外，内孔错开处的下侧是中间板或下板的内孔。

在钢液通过图12(a)所示的形状的上浇注嘴(长230mm)的内孔时，通过计算施加在内孔壁面的压力分布得到证实，如图12(b)中的虚线所示，在超过内孔形状从锥形变化到直线形的位置(距离内孔上端180mm)附近，压力发生了急剧的变化。

另外，在钢液通过图13(a)所示的形状的上浇注嘴(长230mm)的内孔时，通过计算施加在内孔壁面的压力分布得到证实，如图13(b)所示，与内孔形状从锥形变化到直线形的图12(a)所示形状的上浇注嘴相比，虽然抑制了急剧的压力变化，但压力却发生了圆弧状变化，压力变化并非一定。另外，图2 至图13中各图(b)的点划线的右侧是施加在上板内孔壁面的压力。

压力的急剧变化或圆弧状的压力变化之所以产生，是由于钢液的流动伴随内孔形状从锥形变化为直线形而产生了变化。另外，由于在有意使钢液流产生变化的旋转浇注嘴中，在钢液流变化的附近确认有附着物，因此，可认为通过产生平稳的钢液流，即产生压力相对于内孔壁面的变化大致一定的钢液流，能够抑制上浇注嘴内孔内的附着物。

作为使钢液流一定的技术方案，公开有涉及转炉出钢口的内孔形状的发明(例如参照专利文献3)。

专利文献1：日本国特开2007-90423号公报

专利文献2：日本国特开2005-279729号公报

专利文献3：日本国特表2008-501854号公报

但是，专利文献3是通过不在钢液流中心部产生真空部分来抑制渣卷入或氧、氮等混入，而并非防止附着物产生。此外，专利文献3是以转炉(精炼容器)为对象，在防止渣卷入等的效果方面最重要的是钢液排出末期(出钢时间为5分钟时的最后1分钟左右)。然而，为了防止在浇包或浇口盘(浇注容器)中产生附着物，必须在钢液排出末期以外的时间尤其发挥功效，期待功效发挥的时期亦不相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种上浇注嘴，其具备具有如下作用的内孔形状，即通过使钢液流外周部给予内孔壁的压力稳定，能够产生能量损失少的(平稳的)钢液流，可抑制附着物产生。

本发明是嵌合于浇口盘或浇包的风口的上浇注嘴，其特征为，当使浇注嘴长度为L，计算上的顶部高度为H，离上端部的距离z处的半径为r(z)时，沿钢液通过的内孔的轴切割后的内孔壁面的断面形状为由

log(r(z))＝(1/1.5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))和

log(r(z))＝(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的曲线之间的r(z)的z微分连续的曲线，所述计算上的顶部高度H为

H＝((r(L)/r(0))ⁿ×L)/(1-(r(L)/r(0))ⁿ)(n＝1.5～6)，所述内孔上端的内径r(0)是下端内经r(L)的1.5倍以上。

另外，在本发明中，可以使沿钢液通过的内孔的轴切割后的内孔壁面的断面形状的至少80％的形状为上述形状。

并且，在本发明中，可以使沿钢液通过的内孔的轴切割后的内孔壁面的断面形状为由

log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))(n＝1.5～6)

表示的曲线。在此情况下，也可以使内孔壁面的断面形状的至少80％的形状为上述曲线。

通过本发明，可以抑制附着物在钢液通过的上浇注嘴内孔产生。

附图说明

图1是表示本发明涉及的上浇注嘴的一个例子的纵剖视图。

图2是表示n＝1.5的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图3是表示n＝2的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图4是表示n＝4的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图5是表示n＝5的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图6是表示n＝6的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图7是表示n＝7的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图8是表示n＝8的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图9是表示n＝1的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图10是表示n＝4、1.5D的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图11是表示D＝1的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图12是表示现有的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

图13是表示现有的上浇注嘴的形状及钢液通过时压力分布的图。

符号说明

10-上浇注嘴；11-内孔；12-大径部；13-小径部；14-内孔壁面；15-n＝1.5时的内孔壁面；16-n＝6时的内孔壁面。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的最佳实施方式进行详细说明。

图1是沿钢液通过的内孔的轴向对本发明涉及的上浇注嘴进行切割后的剖视图的一个例子。如该图所示，本发明涉及的上浇注嘴10具备钢液通过的内孔11，该内孔通过具备嵌合于浇口盘或浇包的风口的大径部12、排出钢液的小径部13、从大径部12连到小径部13的内孔壁面14而构成。

而且，本发明的内壁14的沿内孔11的轴向切割后的断面形状(log(r(z)))为由

log(r(z))＝(1/1.5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))即15和

log(r(z))＝(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))即16

之间的平滑的面表示的曲线形状，更优选为由

log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))(n：1.5～6)

表示的曲线形状。在此，平滑的面是指对于(r(z))的微分连续的曲线，即由曲面和该曲面的切线组成的面。

本申请发明者认为，通过使浇注嘴的内孔壁面压力分布在高度方向上稳定，可以产生能量损失少的平稳(一定)的钢液流，因此发现了本发明的内孔形状，如以下说明所示，其可抑制内孔壁面产生急剧的压力变化。

首先，虽然上浇注嘴内孔中流动的钢液的量受到设置在上浇注嘴下部的SN装置的控制，但是获得钢液流速的能量基本是浇口盘内的钢液的顶部，因此，当重力加速度为g，钢液的顶部高度为H′，流量系数k时，离内孔上端的距离z的位置的钢液流速v(z)由

v(z)＝k(2g(H′+z))^1/2

表示。

而且，由于上浇注嘴内孔中流动的钢液的流量Q是流速v与断面积A的乘积，因此当上浇注嘴的长度为L，内孔下端的钢液流速为v(L)，内孔下端的断面积为A(L)时，则由

Q＝v(L)×A(L)＝k(2g(H′+L))^1/2×A(L)

表示。

另外，由于无论在内孔内的哪个位置与内孔轴垂直地取断面，流量Q都是一定的，因此，离内孔上端的距离z的位置的断面积A(z)由

A(z)＝Q/v(z)＝k(2g(H′+L))^1/2×A(L)/k(2g(H′+z))^1/2

表示，如果两边除以A(L)，则成为

A(z)/A(L)＝((H′+L)/(H′+z))^1/2。

这里，当圆周率为π时，由于A(z)＝πr(z)²，A(L)＝πr(L)²，因此成为

A(z)/A(L)＝πr(z)²/πr(L)²＝((H′+L)/(H′+z))^1/2

r(z)/r(L)＝((H′+L)/(H′+z))^1/4 式(1)。

因此，内孔任意位置的半径r(z)由

log(r(z))＝(1/4)×log((H′+L)/(H′+z))+log(r(L))

进行表示，可通过使内孔壁面的断面形状为满足该条件的形状来使能量损失最小。

浇口盘的熔融金属量在操作中大致保持一定，顶部的高度一定。但是已经公知的是，钢液并不是从浇口盘的熔融金属面直接流入上浇注嘴，而是从离浇口盘底面近的位置流入。而且，浇包虽然熔融金属面的高度有变化，但也与浇口盘一样，已公知钢液从离底面近的位置流入。另外，上浇注嘴内孔下端部(内孔小径部)的直径根据通过量而定。

本申请发明者进行了潜心研究，发现通过使上端部(内孔大径部)内径为下端部(内孔小径部)内径的1.5倍以上，能够对在内孔上端部附近发生的急剧的压力变化进行抑制。这是因为上端部的内径达不到下端部内径的1.5倍时，很难充分确保用于使从浇口盘或浇包至上浇注嘴的形状坡度小的距离，该形状会急剧变化。另外，优选上端部的内径是下端部内径的2.5倍以下。因为上端部的内径越大，浇口盘或浇包的风口也变得越大，不太现实。

因此，由于内孔大径部与内孔小径部的比根据上述的式(1)由

r(0)/r(L)＝((H+L)/(H+0))^1/4＝1.5～2.5

进行表示，因此，如果上端部和下端部的内径、两内径的比确定，就能够求出计算上的顶部高度H。即计算上的顶部高度H由

H＝((r(L)/r(0))⁴×L)/(1-(r(L)/r(0))⁴)

进行表示。

于是，本申请发明者在

log(r(z))＝(1/4)×log((H′+L)/(H′+z))+log(r(L))

中，用计算上的顶部高度H替代钢液的顶部高度H′，同时作为log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))，考虑到如果是具备n值变更后的断面形状的壁面的内孔形状的上浇注嘴，则即使是n＝4以外，是否也能形成比以往平稳的钢液流，因此针对具备n值不同的壁面形状的内孔的上浇注嘴，对内孔壁面上产生的压力进行了验证。

另外，此时计算上的顶部高度H也同样应用变数n，成为

H＝((r(L)/r(0))ⁿ×L)/(1-(r(L)/r(0))ⁿ)。

因为由

r(0)/r(L)＝((H+L)/(H+0))^1/n＝1.5～2.5

进行表示，因此，如果上端部和下端部的内径、两内径的比确定，就能够求出符合n值的计算上的顶部高度H。

下面，通过实施例对本发明进行更加详细的说明。而且，各实施例仅仅是本申请发明的一个方式，本发明不局限于下述实施例。

实施例

在本实施例中，当长度为230mm，内孔大径部直径为140mm，内孔小径部直径为70mm，内孔壁面形状(log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)))为n＝1.5(实施例1)时，也就是说，使用由

log(r(z))＝(1/1.5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图2(a)所示的上浇注嘴，对浇口盘或浇包的顶部高度为1000mm时施加在内孔壁面的压力的分布进行了计算。以施加在现有浇注嘴即图11记载的上浇注嘴的内孔上端内壁的压力为0，计算结果如图2(b)所示。另外，当n＝2(实施例2)、n＝4(实施例3)、n＝5(实施例4)、n＝6(实施例5)、n＝7(对比例1)、n＝8(对比例2)、n＝1(对比例3)时，即，使用由

log(r(z))＝(1/2)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图3(a)的上浇注嘴(实施例2)，使用由

log(r(z))＝(1/4)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图4(a)的上浇注嘴(实施例3)，使用由

log(r(z))＝(1/5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图5(a)的上浇注嘴(实施例4)，使用由

log(r(z))＝(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图6(a)的上浇注嘴(实施例5)，使用由

log(r(z))＝(1/7)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图7(a)的上浇注嘴(对比例1)，使用由

log(r(z))＝(1/8)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图8(a)的上浇注嘴(对比例2)，使用由

log(r(z))＝(1/1)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图9(a)的上浇注嘴(对比例3)，与实施例一样，对施加在内孔壁面的压力的分布进行了计算。计算结果如各图(b)所示。

在实施例1～3(n＝1.5～4)中，证实了压力从内孔上端直到下端逐渐发生变化。由于未发生急剧的压力变化，因此可知钢液流大致一定。

在实施例4及5(n＝5、6)中，虽然证实了在内孔上端部附近有较大的压力变化，但是之后证实压力逐渐发生变化。可知除了在口径大且难以因附着物而发生问题的内孔上端部附近以外，钢液流大致一定。

在对比例1及2(n＝7、8)中，压力在内孔上端部附近从约100Pa或约200Pa开始发生较大的变化。即，证实了在内孔上端部附近产生了比图11所示的现有上浇注嘴更大的压力之后，压力发生非常大的变化。在此对比例1及2中，在内孔上端部附近内孔直径急剧减小，可知钢液流在口径小且容易因附着物而发生问题的地方发生急剧变化。

在对比例3(n＝1)中，内孔壁面形状为锥形，与上板的接触部形成有角，虽然上浇注嘴内的压力变化小，但是例如将图2(b)与图9(b)进行比较则很明显，证实了钢液从上浇注嘴流入上板后发生了急剧的压力变化。

如此，在本发明中，由于钢液通过上浇注嘴内孔时施加在内孔壁面的压力变化大致一定，因此，可知钢液流是能量损失少的、一定的钢液流。另外，在浇包中，熔融金属面从约4000mm开始逐渐下降，在浇口盘中还存在熔融金属面为500mm左右的情况。但是，如前所述，流入风口的钢液是离浇口盘或浇包底面近的位置的钢液，虽然压力值根据熔融金属面的高度变化而变化，但是压力分布却与上述各实施例、对比例相同。

实施例6

在本实施例中，当长度为230mm，内孔小径部直径为70mm，内孔大径部直径为内径下端(内孔小径部)直径D的1.5倍(1.5D)即108mm，内孔壁面形状为n＝4时，也就是说，使用由

log(r(z))＝(1/4)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图10(a)的上浇注嘴，与实施例1一样，对施加在内孔壁面的压力的分布进行了计算。计算结果如图10(b)所示。

对比例4

在本对比例中，当长度为230mm，内孔小径部直径为70mm，内孔大径部直径为内径下端(内孔小径部)直径D的约1倍(1.06D)即73mm，内孔壁面形状为n＝4时，也就是说，使用由

log(r(z))＝(1/4)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的图11(a)的上浇注嘴，与实施例1一样，对施加在内孔壁面的压力的分布进行了计算。计算结果如图11(b)所示。

虽然在内孔的直径比约为1倍(1.06D)的对比例4中内孔上端部附近的压力变化很大，但是在内孔的直径比为1.5倍(1.5D)的实施例6或2倍(2D)的实施例3中，证实了即使在内孔上端部附近也是大致一定的压力变化。在内孔壁面的形状由上述log(r(z))表示的情况下，随着内孔直径增大，由于从浇口盘或浇包连到上浇注嘴的壁面坡度小，因此可知通过使内孔上端的直径为内孔下端直径的1.5倍以上，能够抑制内孔上端部附近的急剧的压力变化。

另外，根据现有浇注嘴或对比例1至4的压力变化，证实如果存在角或近似角的形状则发生急剧的压力变化，因此，通过使

log(r(z))＝(1/1.5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))和

log(r(z))＝(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))之间的形状为

内孔壁面上未形成角的平滑的断面形状，即对于r(z)的z的微分(d(d(z))/dz)连续的断面形状，可知能够使钢液流一定，能够抑制附着物产生。

此外，内孔上端部附近的形状有时还根据浇口塞等重要因素而决定，而且内孔上端部附近内径大，受附着物的影响小。另一方面，有时还由于制造方面的原因而决定内孔下端部附近的形状，即因为制造时插入器具而不得不制成直筒部。因此，内孔壁面的至少80％是由

log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))(n＝1.5～6)

表示的断面形状即可，而且也可以具备吹入Ar气体等的吹泡结构。

Claims

1.一种上浇注嘴，其为嵌合于浇口盘或浇包的风口的上浇注嘴，其特征为，

当使浇注嘴长度为L，计算上的顶部高度为H，离上端部的距离z处的半径为r(z)时，沿钢液通过的内孔的轴切割后的内孔壁面的断面形状为由

log(r(z))＝(1/1.5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))和

log(r(z))＝(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的曲线之间的r(z)的z微分连续的曲线，

所述计算上的顶部高度H为

H＝((r(L)/r(0))ⁿ×L)/(1-(r(L)/r(0))ⁿ)，式中n为1.5～6，

所述内孔上端的内径r(0)是下端内径r(L)的1.5倍以上。

2.一种上浇注嘴，其为嵌合于浇口盘或浇包的风口的上浇注嘴，其特征为，

当使浇注嘴长度为L，计算上的顶部高度为H，离上端部的距离z处的半径为r(z)时，沿钢液通过的内孔的轴切割后的内孔壁面的断面形状的至少80％的形状为由

log(r(z))＝(1/1.5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))和

log(r(z))＝(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))

表示的曲线之间的r(z)的z微分连续的曲线，

所述计算上的顶部高度H为

H＝((r(L)/r(0))ⁿ×L)/(1-(r(L)/r(0))ⁿ)，式中n为1.5～6，

所述内孔上端的内径r(0)是下端内径r(L)的1.5倍以上。

3.一种上浇注嘴，其为嵌合于浇口盘或浇包的风口的上浇注嘴，其特征为，

当使浇注嘴长度为L，计算上的顶部高度为H，离上端部的距离z处的半径为r(z)时，沿钢液通过的内孔的轴切割后的内孔壁面的断面形状为由下式表示的曲线，

log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))，其中n为1.5～6，

所述计算上的顶部高度H为

H＝((r(L)/r(0))ⁿ×L)/(1-(r(L)/r(0))ⁿ)，其中n为1.5～6，

所述内孔上端的内径r(0)是下端内径r(L)的1.5倍以上。

4.一种上浇注嘴，其为嵌合于浇口盘或浇包的风口的上浇注嘴，其特征为，当使浇注嘴长度为L，计算上的顶部高度为H，离上端部的距离z处的半径为r(z)时，沿钢液通过的内孔的轴切割后的内孔壁面的断面形状的至少80％的形状为由下式表示的曲线，

log(r(z))＝(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L))，式中n为1.5～6，

所述计算上的顶部高度H为

H＝((r(L)/r(0))ⁿ×L)/(1-(r(L)/r(0))ⁿ)，式中n为1.5～6，

所述内孔上端的内径r(0)是下端内径r(L)的1.5倍以上。