CN102554208A

CN102554208A - 大方坯连铸结晶器用浸入式水口

Info

Publication number: CN102554208A
Application number: CN2012100171218A
Authority: CN
Inventors: 徐海伦; 潘国友; 邵远敬; 马春武; 幸伟; 徐永斌; 叶理德
Original assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Current assignee: Wisdri Engineering and Research Incorporation Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种大方坯结晶器用浸入式水口，包括构成水口本体的侧壁、与侧壁相连的封闭的底部、侧壁与底部围成的垂直且顶端开口的内腔、以及侧壁上与内腔相连通的均匀分布的四个侧孔；所述四个侧孔中，相邻两侧孔的中心线相垂直，相对的两侧孔大小形状完全相同且沿水口内腔中心线呈轴对称；四个侧孔的中心线与结晶器四个壁面的中心对称线分别重合；其特征在于：所述四个侧孔四周的壁面均由内向外倾斜、呈外扩的喇叭状；水口外壁面上，布置在结晶器宽面的宽面侧孔的孔面积与布置在结晶器窄面的窄面侧孔的孔面积之比等于结晶器宽面面积与窄面面积之比。采用此方案结晶器内横向温度和成分的均匀性，促进初生坯壳的合理均匀凝固，减少铸坯裂纹和结晶器液面结壳。

Description

大方坯连铸结晶器用浸入式水口

技术领域

本发明属于钢的连铸结晶器技术领域，尤其涉及大方坯(指断面尺寸大于200mm×200mm的方坯)连铸结晶器用浸入式水口装置。

背景技术

结晶器内的钢液流动行为对连铸工艺顺行和铸坯最终质量均起着至关重要的作用，而结晶器内的钢液流动状况又在很大程度上取决于浸入式水口的几何结构尺寸，因此，适当的浸入式水口结构尺寸对于控制合理的结晶器流场、促进连铸工艺顺行和改善最终铸坯质量具有至关重要的作用。迄今为止，浸入式水口已经成为连铸生产中最常用和最重要的耐火材料装置，其结构尺寸的优化和设计也成为被广泛关注和研究的重要内容。

浸入式水口是中间包和结晶器之间的连通装置，其功能就是在密闭条件下连续不断的将中间包内的钢液传输至结晶器。为了保证连铸工艺的顺行和良好的铸坯质量，进入结晶器内的钢液必须保持较好的流动模式。通常情况下，衡量浸入式水口类型尺寸和布置结构是否合理就是看浇注时结晶器内是否能得到较好的流动模式，好的流动模式一般包含以下三个方面：1)结晶器液面波动和表面流速合适且稳定；在实际浇注过程中，结晶器液面波动一般要控制在±3mm以内。过大的液面波动和表面流速会造成卷渣和弯月面处的裂纹，值得注意的是，结晶器内液面波动也并非越小越好，过死的液面会造成化渣不良，导致保护渣结壳和流入不畅，同样可能引起裂纹缺陷；2)结晶器宽面具有均匀的流场和温度场；要保证温度场均匀，流场就必须均匀，这样可以避免钢液成分不均，更重要是可以防止温差较大产生的热应力裂纹；3)结晶器纵向上合理的温度梯度；为了促进坯壳较好的凝固，在保证上述两个条件下应该尽量提高钢液的热中心，使结晶器内形成上部温度高下部温度低的合理温度梯度，这样既可以尽量提高铸坯内部质量，又可以防止结晶器出口坯壳过薄而漏钢。

现有技术下，连铸大方坯结晶器浸入式水口主要有直通型水口、双侧孔水口和四孔水口三种类型。由于四孔水口可以将钢液流股分散，促进成分和温度的均匀性，同时降低了钢液的冲击深度，提高了钢液的热中心，有助于改善铸坯内部质量，因此，对于铸坯质量要求较高的钢种通常会采用四孔浸入式水口。目前所用的四孔浸入式水口中间是竖直的圆形中孔，底面封闭，底面以上的侧壁面上均匀分布四个大小形状完全相同的侧孔，侧孔上下沿壁面同时向下或向上呈相同角度的倾角，即上下沿壁面平行，侧孔的左右两侧壁面是平直的，与侧孔的中心线相平行。现场浇注时，将水口底部插入结晶器钢液面以下，四个侧孔分别对准结晶器四个侧面的中间位置，钢液从水口中孔流入，从四个侧孔均匀流出，流股碰撞结晶器壁面后再反弹并缓慢扩散至整个结晶器横向截面。采用这种四孔浸入式水口浇注，存在以下两个不足之处：1)现有的大方坯有宽面和窄面之分，并且宽面和窄面宽度存在差异，但是，目前的四孔浸入式水口四个侧孔的形状尺寸完全相同，这就使得大小不同的侧面上分配的高温钢液流量相同，明显不利于铸坯横断面的温度均匀性和初生凝固坯壳的合理生长；2)目前四孔浸入式水口的侧孔上下沿壁面平行、左右侧壁面是与侧孔中心线平行的平直壁面，因此钢液从水口出孔流出时流股向外扩张角度很小，高温钢液只能碰撞结晶器壁面中心部位后再反弹并扩散至整个宽面，到达结晶器角部的时间较长，非常不利于结晶器横向上的温度和成分的均匀性，容易产生纵向裂纹或成分偏析等缺陷。尤其是角部，属于二维冷却，冷却强度很大，同时又难以得到高温钢液的温度补偿，因此常常出现结冷钢或保护渣结壳等问题，严重影响了连铸工艺顺行和铸坯质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足而提供一种大方坯连铸结晶器用浸入式水口，使得结晶器内得到较好的流场和温度场，改善结晶器内横向温度和成分的均匀性，促进初生坯壳的合理均匀凝固，减少铸坯裂纹和结晶器液面结壳。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种大方坯结晶器用浸入式水口，包括构成水口本体的侧壁、与侧壁相连的封闭的底部、侧壁与底部围成的垂直且顶端开口的内腔、以及侧壁上与内腔相连通的均匀分布的四个侧孔；所述四个侧孔中，相邻两侧孔的中心线相垂直，相对的两侧孔大小形状完全相同且沿水口内腔中心线呈轴对称；四个侧孔的中心线与结晶器四个壁面的中心对称线分别重合；其特征在于：所述四个侧孔四周的壁面均由内向外倾斜、呈外扩的喇叭状；水口外侧壁面上，布置在结晶器宽面的宽面侧孔的孔面积与布置在结晶器窄面的窄面侧孔的孔面积之比等于结晶器宽面面积与窄面面积之比。

所述四个侧孔处于水口侧壁的同一高度且靠近水口底部处；各孔上下沿壁面与侧壁的相交线均相平齐。

各侧孔下沿壁面与外壁的相交线离水口底部的上表面距离为0～40mm。

所述侧孔四周壁面由内向外倾斜的倾角范围为5°～60°。

所述内腔为圆柱形或者带倒角的方柱形。所述底部为凸底、平底或者凹底。所述本体为耐火材料通过等静压成形的环体。

所述四个侧孔形状为带倒角的矩形，倒角半径为5mm～20mm；各侧孔高度相同，外侧壁面上宽面侧孔与窄面侧孔的孔宽度之比等于结晶器宽面和结晶器窄面的宽度比。

浇注时，钢液从水口内腔顶端开口流入，从靠近底部的四个侧孔流出。

本发明相对于现有技术，存在如下有益效果：

(1)由于侧孔四周壁面有外扩的倾角，从水口侧孔流出的钢液可以在外扩倾角的导流作用下向四周运动，使钢液均匀分散至结晶器的上部分区域，这样可以增加钢液的横向温度均匀性，防止因钢液横向温度和成分不均匀导致的裂纹或偏析等质量缺陷。

(2)侧孔两边外扩的角度可以将高温钢液引流至结晶器角部区域，对角部二维冷却区域有温度补偿，可以有效的避免角部因过冷产生的结冷钢和保护渣结块等浇注问题，有利于连铸工艺顺行。

(3)钢液在外扩形侧孔的导流作用下更加分散，可以减小钢液的流动速度和强度，降低了流股对凝固坯壳的冲击和结晶器液面的波动，保证了初生凝固坯壳的正常生长。

(4)水口侧孔面积根据凝固区域的面积进行设置，可以使高温钢液在横向上得到更加合理的分配，进一步促进了横断面上钢液的温度和成分均匀性，有利于最终铸坯质量的改善。

附图说明：

图1是本发明一个实施例中浸入式水口的结构示意图；

图2是浸入式水口的A-A向剖视图；

图3是浸入式水口布置在大方坯结晶器内的横截面示意图。

附图中标号如下，1-侧壁，2-底部，3-内腔，4-宽面侧孔，5-窄面侧孔，6-结晶器，7-结晶器宽面，8-结晶器窄面

具体实施方式：

以下结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

如图1～图3所示，一种大方坯结晶器用浸入式水口，包括水口侧壁1，所述水口侧壁1的下端为封闭的底部2，底部2可以为凸形、平形或者凹形。水口侧壁1围成的中心通道为内腔3，所述内腔3的形状可以为圆形柱体或倒角方形柱体。位于底部2上方的水口侧壁1上开有四个侧孔，包含相对的两个宽面侧孔4和相对的两个窄面侧孔5，两个宽面侧孔4大小形状完全相同，并且沿水口内腔中心线呈轴对称，两个窄面侧孔5大小形状也完全相同，同时沿水口内腔中心线呈轴对称，宽面侧孔4和窄面侧孔5中心线夹角为90°，呈垂直布置。宽面侧孔4和窄面侧孔5四周的壁面由内向外呈5°～60°的倾斜角，呈外扩的喇叭状。所述宽面侧孔4和窄面侧孔5与内腔3相连通，形成钢液的流动通道。宽面侧孔4与窄面侧孔5的外壁面的孔面积比等于结晶器宽面7与结晶器窄面8的面积比。

所述宽面侧孔4和窄面侧孔5处于水口侧壁1的同一高度处，各孔上下沿壁面与侧壁1的相交线均相平齐，各孔下沿壁面与外壁的相交线离水口底部2的上表面距离为0～40mm。所述浸入式水口的侧壁1及与其相连的底部2均采用耐火材料通过等静压成形，其现场应用效果已被证明十分理想。

作为一种优化的形状，宽面侧孔4和窄面侧孔5均为倒角的方形，倒角半径为5mm～20mm。宽面侧孔4和窄面侧孔5的高度相同，但宽度根据浇注结晶器6的结晶器宽面7和结晶器窄面8的面积而定，由于实际中结晶器宽面7和结晶器窄面8的高度相同，所述宽面侧孔4和窄面侧孔5的高度也相同，因此，只需要保证宽面侧孔4与窄面侧孔5的外壁面的孔宽度比等于结晶器宽面7和结晶器窄面8的宽度比即可。

实际浇注时，钢液从浸入式水口内腔3的上口流入，并根据侧孔的面积分别从宽面侧孔4和窄面侧孔5分配至结晶器宽面7和结晶器窄面8，同时沿侧孔外扩倾角向四周扩散，非常有利保证钢液横向温度和成分的均匀性，促进初生凝固坯壳的均匀合理生长。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims

1.一种大方坯结晶器用浸入式水口，包括构成水口本体的侧壁、与侧壁相连的封闭的底部、侧壁与底部围成的垂直且顶端开口的内腔、以及侧壁上与内腔相连通的均匀分布的四个侧孔；所述四个侧孔中，相邻两侧孔的中心线相垂直，相对的两侧孔大小形状完全相同且沿水口内腔中心线呈轴对称；四个侧孔的中心线与结晶器四个壁面的中心对称线分别重合；其特征在于：所述四个侧孔四周的壁面均由内向外倾斜、呈外扩的喇叭状；水口外侧壁面上，布置在结晶器宽面的宽面侧孔的孔面积与布置在结晶器窄面的窄面侧孔的孔面积之比等于结晶器宽面面积与窄面面积之比。

2.根据权利要求1所述的浸入式水口，其特征在于所述四个侧孔处于水口侧壁的同一高度且靠近水口底部处；各孔上下沿壁面与侧壁的相交线均相平齐。

3.根据权利要求2所述的浸入式水口，其特征在于各侧孔下沿壁面与外壁的相交线离水口底部的上表面距离为0～40mm。

4.根据权利要求1-3之一所述的浸入式水口，其特征在于所述侧孔四周壁面由内向外倾斜的倾角范围为5°～60°。

5.根据权利要求4所述的浸入式水口，其特征在于：所述内腔为圆柱形或者带倒角的方柱形。

6.根据权利要求1-3之一或5所述的浸入式水口，其特征在所述底部为凸底、平底或者凹底。

7.根据权利要求6所述的浸入式水口，其特征在于所述本体为耐火材料通过等静压成形的环体。

8.根据权利要求1-3之一或5或7所述的浸入式水口，其特征在于所述四个侧孔形状为带倒角的矩形，倒角半径为5mm～20mm；各侧孔高度相同，外侧壁面上宽面侧孔与窄面侧孔的孔宽度之比等于结晶器宽面和结晶器窄面的宽度比。