CN102665967A - 浸入式水口和带有上水口的水口的组件 - Google Patents

Abstract

本发明所指浇钢水口30，它包含有其上游端32，上游端通常的形状是矩形状上板面34包括上表面16及下表面。浇钢水口30还包括本体38，本体38的轴线40和上板面34的上表面16是完全垂直的。本体38从上板面34的下表面延伸至水口的下游端底部36。所述水口包括浇铸通道，该浇铸通道由穿过上板面34的上表面16形成的进入孔口18、上板面34上的孔和本体38中的孔50组成；本体管的下游端底部36是封闭的，浇铸通道在下游端底部36附近有穿过本体管38侧壁的流出孔46，46’。上板面34上的孔口，本体管上的孔和流出孔流线型连接。流出孔46，46’对称地布置在本体管38轴线40的任一侧。流出孔46，46’的中心，位于轴40的任一侧，决定了流出孔的轴线48，该轴线垂直于本体管38的轴线40。吐出口的轴线和上板面的一对边完全平行。所述孔口18是长椭圆形的并且具有长轴42和短轴44。孔口18的短轴44平行于流出孔的轴48。根据另一个发明目的，本发明还涉及这种浇钢水口和上水口的组合件。这种水口以及它与上水口的组合件被应用于从中间包到连续铸模的钢水连续铸造中。

Description

浸入式水口和带有上水口的水口的组件

本发明涉及用于从上游冶金容器到下游冶金容器进行连续的钢水铸造的耐火材料及设备。

根据本发明的特定实施例，水口用于从分配箱(有时也称为中间包)到铸造模具或结晶器(有时也称为容器)铸造钢水。

在从中间包到结晶器的连续铸钢中，浸入式水口用于保护液态钢免受周围空气的化学侵蚀并且在液态钢从上游容器转移到下游容器期间将其热隔离。这些水口，大致呈圆柱形，由具有上游端的单件组成，所述上游端具有安装在上游容器底部附近通常呈锥形的入口。这些水口被形成浇铸通道的孔完全穿通，所述浇铸通道能使液态钢朝着水口的下游端流动，所述水口的下游端浸入结晶器中。在大多数情况下，水口的底端是封闭的或者半封闭，以限制钢流的垂直流动，并且限制钢水主要通过水口下游端具有的边孔(也称为流出孔)涌入结晶器中。在本发明中，术语水口的“封闭”底端将用于表示水口实际上在它们的底部封闭或者仅仅受到一些限制。在将钢铸造成扁平产品的情况下，例如板材，使用结晶器，结晶器是具有四个侧壁的无底模具，通常由铜制造、水冷式、成对平行，并且具有大致呈矩形的截面，所述截面大概与平板的宽度和厚度相一致。所述结晶器的长度大体上大于它的宽度。在水口底部的边孔通常彼此对称设置以允许在结晶器中均匀流动。此外，边孔绝不会精准地朝向结晶器的长壁、也更接近水口，在没有边孔的情况下从中间包排放并且因此仍处于高温的液态钢将直接接触长壁，从而导致过度加热并且将在一段时间后熔化铜壁。这种钢水泄露的结果将会给工厂和职员带来灾难性的后果。反之，水口开口的边孔被定向为朝着结晶器的窄壁，所述结晶器的窄壁也是最远的；因此，从中间包流出的钢水在抵达壁之前有时间冷却接触先前的浇铸钢水。

特别强调的是该种浇铸水口是损耗件，它们的寿命可能限制浇铸时间。其次是，这些水口会由于氧化铝的沉积而堵塞，特别由于侵蚀性的残渣或钢种而导致化学腐蚀，由于热式或机械式冲击而裂化。因此，自20世纪80年代以来，已开发用于更换浸入式入水口的设备。

在这些设备中，由单件组成的并且从中间包底壁延伸到结晶器中央的浸入式水口被包括上水口和浸入式水口的组件所取代，所述上水口(对应于浸入式水口的顶部)传送钢水穿过中间包的底壁，所述浸入水口(对应于浸入式水口的底部)用于将钢水传送进结晶器。通常，所述上水口和浸入水口由单件组成，但是它们也可以由例如板面和本体管的组件组成。也可以在本体管周围铸造板块。在浇铸位置处，上水口的浇铸通道和浸入水口的浇铸通道流体地连通。上水口的下游端由具有孔口的板面组成并且将其严丝合缝地抵抗着另一个具有构成浸入水口上游端孔口的板面。这两块板面首先确保两个水口之间连接的紧密性，其次确保浸入水口从备用位置滑动到浇铸位置。这些板面通常呈矩形以便能够在导向系统中滑动。在本次的描述中，涉及这种通常为矩形的形状，尽管实践中所述板面不是这种形状，例如，它具有圆角或截角。在所有的情形中，所述板面通过矩形外切，所述矩形具有彼此成直角相交的四边并且其中的对边相互平行。顺带提一下，应当注意的是浸入水口在导向系统中以平行于一对边的方向滑动，所述对边与穿过边孔(排放口的轴)重心的轴所限定方向相一致。还将注意到，在一些情形中，水口的边孔被有意偏置，从而它们不能被精确地朝着结晶器的窄壁定向。例如，为了提高铸造制品的同质性，流放口的轴被向上偏移25°以促进在结晶器中钢水循环。为了在该设备中避免干扰也可以偏移用于引入和交换水口的设备。在这种情况下，如果希望流出口的轴完全地平行于结晶器的轴，那么有必要相对于导向系统中的滑动方向偏移这个轴。在本发明的中，当相对于流出口的轴限定了方向时，需考虑到该方向可以从-25°至+25°进行变化。因此，当提及平行于流出孔的轴的方向时，需理解该方向在25°内平行于流出口的轴。

在使用了这种用于引入和交换水口的设备的工厂中，通过上水口和第一浸入水口进行浇铸，所述上水口和第一浸入水口的孔相通。当必须更换浇铸位置的浸入水口时，在包括朝着浇铸位置的导向轨道的导向系统中，设备滑动新的浸入水口，直到备用位置。在滑动期间，新的浸入水口驱离待更换的浸入水口。在滑动期间，形成浸入水口的上游端的板面与上水口的浇铸通道一致并且将其封闭。欧洲专利EP-B1-192019描述了这种设备。该设备已完全满足市场需求并在连铸浇次上给出重要延伸。

在大部分情形中，浇铸钢水的流动规则，特别是在浇次结束处的浇铸中断，是通过由中间包顶部驱动的塞棒来实现的，其主体穿过液态钢池并且其鼻状物适于封闭上水口的入口。

连铸操作人员有时会遭遇紧急的情况，在紧急情况中需要毫不迟疑地中断浇铸。例如，在铸造期间塞棒破损或发生任何意外事件的情况下。现有技术在这种情况下建议使用盲板来替换新水口。当盲板抵达浇铸位置时(其应被称为关闭位置)，通过所述板面阻塞上水口的下孔并且中断浇铸。为处理紧急状况，浇铸操作人员通常将这个盲板永久性留在在导向系统的备用位置以便于在需要的情况下能够马上将它滑入关闭位置。当必须替换浸入水口时，则必须移除盲板并且用新水口来替换它。就在这一刻发生的紧急状况通常会导致重大事件，因为在通过盲板中断浇铸之前，需要从导向系统中拿出新水口，将它从浇铸结晶器中移出，恢复盲板，将后者安装在导向系统中并将其滑入关闭位置。错失良机将不能中断浇铸，同时设备已被损坏或者对于操作人员而言设备已不再能够使用。

现有技术(US-A1-5494201)对这个问题已提出解决方案，其包含提供具有附加导向系统的设备(例如，垂直于第一导向轨道放置附加导向系统，能够在任意时刻引入盲板，甚至在更换浸入水口的精确时刻，所述盲板仍在备用位置并且准备滑入关闭位置。可是该种设备相对笨重并且因此不适合浇铸工厂。

进一步建议使用浸入水口，浸入水口的板面构成上游端并且与滑动方向相反的方向延伸，距离至少等于浇铸孔。在这种方式下，通过稍微推动浸入水口来关闭浇铸通道是有可能的，浸入水口的所述上游板面的部分不具有与提供在上水口底端的浇铸通道的孔口相一致的孔口。这种开发没有在商业上取得重大成功，因为它要求延伸浸入水口的上游板面从而对升降装置的行程有要求。因此它不适用于在中间包下或在结晶器中的可用空间受到限制的工厂。

因此，目前通常使用的紧急封闭系统是具有上文所提到的所有缺陷的盲板。

因此，该行业仍在寻求用于紧急封闭系统的设备，该设备用于引入和交换连续浇铸水口，所述浇铸水口可应用在任何厂房中，尤其是应用在可用空间受限的厂房中。此外，需要能够在任何时候非常迅速地使用这种紧急关断系统，尤其是在操作人员面临更换浸入水口的时候。

本发明旨在提供这些问题的解决方案。

这个问题通过浸入水口来解决，所述浸入水口包括，具有上表面和下表面的通常呈矩形的板面，所述板面位于被称为上部的一端处，以及本体管，所述管部的轴大体上正交于板面的上表面，所述管部从所述板面的下表面延伸至水口的相对端，所述水口的相对端被称为水口下端。所述水口包括浇铸通道，浇铸通道包括穿过板面上表面的钢水进入孔，板面中和本体管中的浇钢孔，封闭的管部底端以及在底端侧面出现的穿过水口壁的流出孔。板面上的孔，板面和本体管上的孔以及流出孔是一个整体的浇铸通道，所述流出孔对称地配置在所述管的轴向的两边上，所述流出孔的中心位于限定了被称为水口管的两侧，大体上正交于所述管的轴线，所述流出孔的轴线大体上平行于所述板面的两边。根据本发明，进入孔口是长椭圆形的并且具有长轴和短轴，进入孔口的短轴平行于流出孔的轴，并且浇铸通道从长椭圆形截面到圆形截面垂直地通过。

需注意的是已有人提出使用滑动的闸阀来控制穿过水平排放口的有色液态金属的流动(参见文件GB-A-2160803)，所述水口包括套管或滑动闸门的水口和具有长椭圆孔口的水口。这个水口包括具有上表面和下表面的静止的通常呈矩形的板面，所述板面位于被称为上部的一端处，以及本体管，所述管部的轴大体上正交于所述板块的上表面，管部从所述板面的一个表面水平地延伸至水口的下端，所述水口的相反端被称为下游端。水口包括浇铸通道，所述浇铸通道由穿过所述板块的表面而形成的进入孔口，板面上的孔口和所述管部中的孔组成。水口的浇铸通道具有长椭圆形状，其长椭圆形状与所有沿伸孔的形状相同。所述板面上的孔口，板面上和管部中的流出孔流体地连通。通过类似于进入口的长椭圆形流出孔来打开水口的下端，从而从下端离开的液态金属喷射直接涌向模具。需注意的是该种水口被用于铸造有色金属的铸造应用，例如，铝压铸模。该种水口不能应用于从中间包进入连铸结晶器的熔态金属的连续铸造。实际上，未冷却的金属喷射不断地从水口端部涌出，并且直接涌向钢锭模的底端，这会引发严重的安全事故(泄露风险)。相反，根据本发明，连续的浸入水口是大体上垂直的，具有封闭的下游端，所述流出孔在底端附近管壁的两侧上。

在本发明中，浇铸孔口的最大尺寸将被称为术语“长轴”并且在垂直于长轴的方向上的浇铸孔口的最大尺寸将被称为术语“短轴”，即使所提及的“轴”不是对称轴。

凭借在所述板块上表面中浇铸通道的孔口的这种特定配置，可能通过滑动浸入水口非常迅速地关闭浇铸通道，从而不具有孔口的板面部分与形成在上水口底端上的浇铸通道的孔径相一致。对于浇铸通道孔口的相同浇铸截面，浇铸通道孔口的形状减少了水口运动的距离即从总开启位置关闭到总关闭位置。因此，按照相等的运动速度和相同的截面，将会比前面所描述的具有圆形孔口的水口更迅速地实现所述浇铸通道的封闭。因此，操作人员节省了用于中断浇铸的宝贵时间。

此外，先前系统被商业摒弃的缺陷，即通过扩展浸入水口的板面从而扩大控流的行程并将最终增加设备的体积的方式，被大幅减少，因为长椭圆形的孔口不需要显著地扩展板面。

有利地，相对于垂直于浇铸口轴的矩形边，长椭圆形孔口的长轴偏离了中央。通过这种方式充分利用了板面的表面。因此，即使缩小尺寸的板面也可能关闭浇铸通道。通常，设计板面的尺寸以便于在浇铸孔口和外围板面之间，在浇铸孔口和上水口板面之间，以及在所述关闭区域和外围之间留出充足的安全范围。尤其地，建议留出约为30mm的最小距离，优选40mm，或者甚至在浇铸孔口的外围与所述板面的外围之间留出50mm。由于在浸入水口中通过引入和切换的设备(特别是导向轨道)所施加的推力通常沿着它的靠近浇铸孔口的边进行分布，所以这种在所述孔口外围和平行于浇铸孔的轴的板面的边之间的距离可以较小。因此，20mm到30mm的安全距离足够。同样地，在浇铸孔口与上水口中意欲关闭浇铸的板面的区域之间，以及在该关闭区域与外围之间留出5mm至20mm是足够的。所述板面将不得不在与浇铸孔轴相一致的方向上具有两倍于通过安全距离来增加的孔口短轴的尺寸(为了在此处实现浇铸孔和关闭区域)。有益的是，所述板面的尺寸因此将至少是孔口短轴尺寸的三倍。

长椭圆形孔口可以采用任意拉长的形状，例如，矩形、卵形、椭圆形、通过直线段连接的圆弧形、等等。从纯几何学观点来看，矩形是可采用的一个形状，它能够对于给定的短轴尺寸具有最大的流动截面，这将是最大优势。可是，由于易于制造的原因，希望给出由直线段连接的圆弧形式。更有利的是，通过两个圆弧形成浇铸孔，所述两个圆弧的半径相等并且是它们的中心间距的两倍，通过平行的直线段连接所述两个圆弧。这种形状可以想象成圆形(其垂直于浇铸孔轴的直径相当于长椭圆形孔口的长轴)，其尺寸将被沿着平行弦(垂直于浇铸孔轴)缩短，所述平行弦的间距相当于短轴。

如上所述，所述浇铸通道包括流体连通的板面上的孔口，在板块和管部中的孔和流出孔。因此有必要依次连接这些元件，从而使以特定的方向进入的长椭圆形浇铸孔的喷射再次从流出孔出现，所述流出孔被定位在垂直方向上。可以设想出允许改变浇铸方向的浇铸通道的各种实施例。可以突然地发生这种方向上的改变，或者渐进地穿过浇铸通道中液态钢。在第一种情形下，首次进入浸入水口或靠近流出孔时它可能受到影响。

通过有限元分析进行的流动研究已确定实现非常突然地靠近水口中浇铸通道的进入孔的过渡是非常有利的。根据本发明，浇铸通道陡峭地从长椭圆形截面到圆形截面穿过(例如，从水口顶部的上表面起穿过20mm到50mm之间的距离)。这样突变的效果部分地减少了由穿过浸入水口的钢水产生的因负压而吸入的上水口和浸入水口之间的空气。

优选地，上水口是本发明的浸入水口的部分的直接上游，上水口具有相应的浇铸孔以便于大体上与水口中浇铸通道的进入孔口相同从而减少了对在这两个浇铸元件间接口处的钢水流动的干扰。因此，本发明另一个目的涉及根据本发明的浸入水口的组件和上水口，所述上水口包括板面，所述板面具有浇铸孔并且位于被称为下板面的一端，密封，所述密封在浸入水口和上水口之间通过连接上水口的下板面和浸入水口的上板面来实现。本发明的这个方面，以大体上相同的方式使上水口的浇铸口与浸入水口中浇铸通道的浇铸孔相一致，从而在浇铸位置处这两个孔口流体地连通。

可通过阅读下面的描述来更好地理解本发明，该描述仅通过举例和参考附图来给出，其中：

图1是根据现有技术的包括浇铸水口的连续铸造钢锭模的平面视图，

图2是根据本发明一个实施例的包括浇钢水口的连续铸造钢锭模的平面视图，

图3是根据本发明一个实施例的浸入水口的等角透视图，

图4是根据本发明的一个实施例的浸入水口截面的等角透视图。

能够在图1和图2中示意性地看到钢锭模20，其大体上呈矩形，具有两个长边12，12’以及两个小边14，14’。从上面看到，浇钢水口呈现在钢锭模的中央，仅能看到其中具有浇铸孔口18的上表面16。在这些附图中看不到引入和交换设备的细节。在引入和交换设备的水口中浇铸水口的也示出在每个钢锭模中。需注意的是，按平行于滑动方向20的方向对齐在图1和图2中示出的浇铸水口的浇铸孔。但是，从现有技术(图1)中了解的水口的浇铸孔口18是圆形的并且相对于上表面16被置于中央，而根据本发明的(图2)浇铸水口的浇铸孔18具有长椭圆形状。在垂直于水口滑动方向20的方向上拉长孔口，并且因此垂直于浇铸孔(未示出)的方向。这个长椭圆形孔口18在滑动方向20上偏离中心，并且孔口18在这个方向上位于板面的前面。

图3和图4示出了根据本发明特定实施例的浸入水口30的细节。两幅图示出了相同的浸入水口30，所述浸入水口30包括在它的上游端32的板面34，所述板面34大体上呈矩形，具有上表面16和下表面。所述水口30进一步包括本体管38，所述本体管38的轴40大体上相交于所述板面34的上表面16。所述本体管38从所述板面34的下表面延伸至水口的下游端36。所述水口包括浇铸通道，浇铸通道由所提供的穿过所述板面34的表面16的进入孔口18、在所述板面34上的孔、本体管38中的孔50组成；管的下游端36是封闭的，并且浇注通道出现在下游端36附近穿过在本体管38的侧壁上的流出孔46，46’。所述板面34的孔口，在所述板块和管上的孔以及流出孔流体地连通。所述流出孔46，46’对称地设置在本体管38的轴40的任一边上。在轴40的任一边上的流出孔46，46’的中央将流出孔的轴48限定为大体上正交于由浇铸通道限定的轴。流出孔的轴48大体上平行于所述板面34的一对边。所述孔口18是长椭圆形的并且具有长轴42和短轴44。孔口18的短轴44平行于流出孔的轴48。

Claims (7)

1.用于从中间包到连续铸模的钢水的连续铸造的浸入式水口(30)，包括：

上板面(34)，所述上板面(34)通常呈矩形，具有上表面(16)和下表面，并且位于被称为上游端(32)的一端，还有本体管(38)，本体管的轴(40)和上板面(34)的上表面(16)相垂直，从所述上板面的下表面延伸至所述水口的相反端，所述水口的相反端被称为下游端(36)，所述水口(30)包括，浇注通道，所述浇铸通道由穿过所述上板面(34)的上表面(16)形成的进入孔口(18)、所述上板面上的孔、所述本体管中的孔(50)，封闭的所述本体管的下游端(36)，以及在下游端底部36附近有穿过本体管38侧壁的流出口(46，46’)的浇注通道组成，所述上板面的孔口(18)，在所述上板面和本体管上的孔以及所述流出孔流线型地连接在一起，所述流出孔(46，46’)对称地布置在所述本体管(38)的轴(40)的任一边，在轴(40)的任何一侧的流出孔中心(46，46’)定义了一个轴，这个轴作为流出孔的轴的中心在限定了被称为流出孔(48)的轴的轴(40)的任一边上，该轴线垂直于本体管38的轴线40并和上板面的一对边完全平行，其特征在于：

所述进入孔口(18)是长椭圆形的并且具有长轴(42)和短轴(44)，所述孔口(18)的短轴(44)平行于所述流出孔的轴(48)，以及，所述浇铸通道陡峭地从长椭圆形截面穿过至圆形截面。

2.根据权利要求1所述的浸入式水口(30)，其中，所述长椭圆形孔口(18)的长轴(42)和相对于垂直于流出孔的轴(48)的矩形一对边的中心是偏心的。

3.根据权利要求1或2中任一项权利要求所述的浸入式水口(30)，其中，在与流出孔轴(38)相一致的方向上的所述上板面(34)的尺寸至少是所述孔口(18)短轴(44)尺寸的三倍。

4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的浸入式水口(30)，其中，所述长椭圆形孔口(18)由两个圆弧形成，所述两个圆弧的半径相等并且是它们中心的间隔距离的两倍，所述两个圆弧通过平行的直线段来连接，所述平行的直线段具有相同的长度并且垂直于流出孔的轴(48)。

5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的浸入式水口(30)，其中，所述从长椭圆形截面到圆形截面的浇铸通道穿过的距离为从所述板面(34)的上表面(16)起20mm到50mm的距离之间。

6.根据权利要求5所述浸入式水口(30)，截面积的变化会使流经该截面的流量相应减少。

7.根据权利要求1到6中任一权利要求的浸入式水口(30)的组件和上水口，上水口在一侧包含有一个板面，提供了流出孔口并且位于被称为下游端的一端上，浇铸水口和上水口之间的密封通过位于上水口的下游端板面和浸入式水口的上游端(34)之间的接缝来实现，特征在于：

上水口的排放孔口与浸入式水口(30)中浇铸通道的进入孔口(18)相一致，从而，在浇铸位置处，这两个孔口流线型地连通。

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