CN102764865B - 高拉速连铸结晶器的浸入式水口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的高拉速连铸结晶器的浸入式水口，包括有侧壁和封底，所述侧壁的外表面上设置有渣线，所述封底封装在侧壁下端上，所述侧壁围成具有垂直方向上开口的内腔，靠近封底上方的侧壁上开设有一个以上的侧孔，所述侧孔与侧壁内腔相连通，所述侧壁内腔底部上表面低于任意一个侧孔下沿，使侧壁内腔底部形成凹型，钢液经侧壁内腔的上开口流入，冲击侧壁内腔底部后反弹，并从侧壁的侧孔中流出；通过本技术方案，侧壁内腔底部能够有效的缓冲钢液的速度，大幅度耗散钢液的动能，减轻高拉速时钢液的冲击力度，降低钢液对结晶器壁面处坯壳的撞击和对液面的干扰，避免液面过大波动和卷渣出现。

Description

高拉速连铸结晶器的浸入式水口

技术领域

本发明属于钢的连续铸造技术领域，尤其涉及板坯和断面尺寸大于200mm×200mm的大方坯连铸结晶器用的高拉速连铸结晶器的浸入式水口。

背景技术

钢的连续铸造是将具有一定过热度的液态钢水，通过水冷结晶器连续冷却成具有一定形状的固态坯壳的过程，在连续铸钢过程中，一个非常重要的步骤就是采用由耐火材料制作的浸入式水口装置将中间包内的钢液连续注入结晶器内，浸入式水口是安装在中间包底部并插入结晶器液面以下的耐火材料套管，其主要作用是防止钢液的二次氧化、氮化、喷溅，同时避免液面卷渣、调节结晶器内钢液的流动模式和温度分布，从而促使结晶器内的坯壳均匀无缺陷生长，并尽量减少钢液中的气体和非金属夹杂物。由于浸入式水口对于提高铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作和防止铸坯表面和内部质量缺陷等方面均有显著的效果，因此在世界各国的连铸机上被广泛应用。

在通常情况下，浸入式水口的结构形状应满足如下要求：（1）水口出口的注流运动应能缓和而均匀的冲洗凝固前沿；（2）尽量降低注流的冲击深度而不引起结晶器液面的剧烈翻滚；（3）始终保持结晶器液面的高温；（4）浇注过程不得吸入空气；但是，要使得浸入式水口能够较好的发挥其冶金作用，就必须设计合理的浸入式水口结构形状，特别是在连铸拉速不断提升、铸坯质量要求不断提高的今天，浸入式水口的结构类型也应该进行不断的优化和改进。

在现有技术中，板坯连铸结晶器主要采用双侧孔浸入式水口浇注，铸坯断面尺寸大于200mm×200mm的大方坯连铸结晶器可以采用双侧孔水口或者四侧孔水口进行浇注。目前的板坯和大方坯结晶器所采用的侧开孔浸入式水口主体结构是耐火材料压制而成的上端开口、底端封闭、侧面开孔的空心管道，上端开孔的中心内腔和靠近底部的侧开孔相互连通，并构成浇注时钢液的流动通道。

现有技术中的侧开孔浸入式水口具有两个显著的特点，第一，浸入式水口内腔的底面呈光滑的平面或光滑的斜面；第二，所开侧孔四周的壁面呈光滑的平面或斜面。上述特点造成浸入式水口在浇注时存在以下不利因素：其一，由于水口内腔的底面是光滑的平面或斜面，使得钢液冲击底面后，造成较为强烈的冲击反弹，无论水口底部是凸底、平底还是凹底，对钢液的缓冲和动能消耗都比较小，高拉速浇注时钢液冲击较强，使得出口流股对初生凝固坯壳冲击较大，同时，液面波动也很剧烈，不利于坯壳的正常生长；其二，由于水口侧孔四周的壁面也是呈光滑的平面或斜面，使得侧孔壁面与钢液的接触面积有限，不能很好的利用侧壁与钢液之间的摩擦效应降低钢液的冲击动能，使得钢液对坯壳和液面的冲击较大，造成铸坯质量问题，同时，从侧孔流出流股的稳定性也较差，不利于坯壳生长的均匀性。尤其是随着高效连铸的发展，铸坯拉速普遍提高，连铸时钢液的流量相对较大，采用常规水口浇注时造成的上述不足就显得更为突出，这就需要对常规水口进行必要的改进，以适当于现代高效连铸技术的发展。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高拉速连铸结晶器的浸入式水口。，通过本技术方案，能够缓冲钢液的冲击能量，增大壁面对钢液的摩擦力，降低流股的冲击强度，削弱钢液对初生凝固坯壳的破坏和对结晶器液面的扰动，促进结晶器内坯壳的均匀合理生长。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种高拉速连铸结晶器的浸入式水口，包括有侧壁和封底，所述侧壁的外表面上设置有渣线，所述封底封装在侧壁下端上，所述侧壁围成具有垂直方向上开口的内腔，靠近封底上方的侧壁上开设有一个以上的侧孔，所述侧孔与侧壁内腔相连通，所述侧壁内腔底部侧壁内腔底部上表面低于任意一个侧孔下沿，使侧壁内腔底部形成凹型，钢液经侧壁内腔的上开口流入，冲击侧壁内腔底部后反弹，并从侧壁的侧孔中流出。

所述侧壁内腔底部上表面水平方向设置有横直交错的波浪形凹槽。

所述侧壁上的侧孔孔壁设置成高低起伏的波浪形曲面。

所述侧壁构成的外表面和侧壁内腔构成的内表面的截面形状分别为圆形、带有倒角的矩形或前后面为平面、左右两侧为弧面的马鞍型。

所述位于侧壁上的侧孔中心线与水平面间的夹角为-25°～15°。

本发明在工作时，所述侧壁内腔底部上表面水平方向设置的横直交错的波浪形凹槽，能够吸收钢液对底部的冲击，从而有效的降低了高速流动的钢液的冲击动能，同时减轻了钢液对结晶器液面和初生凝固坯壳的干扰；在所述侧孔四周的壁面设置成高低起伏的波浪形曲面，这种波浪形曲面相对于平面而言，能够大幅度的增加侧孔的表面积，使得钢液与侧孔的接触面积增大，当钢液流过侧孔壁面时，侧孔壁面会对钢液产生反向摩擦力，从而进一步消耗了钢液的动能，达到了对高速流动钢液的阻尼作用，降低了钢液的冲击强度和速度，更好的适用于高拉速浇注的要求。

采用上述技术方案后的有益效果是：一种高拉速连铸结晶器的浸入式水口，通过本技术方案，（1）侧壁内腔底部能够有效的缓冲钢液的速度，大幅度耗散钢液的动能，减轻高拉速时钢液的冲击力度，降低钢液对结晶器壁面处坯壳的撞击和对液面的干扰，避免液面过大波动和卷渣出现，同时，降低钢液冲击深度，提高了铸坯内部质量，并有利于非金属夹杂物和气泡的上浮；（2）侧孔四周壁面上的波浪形曲面，可以加大钢液与侧孔壁面的接触面积，增大壁面对钢液的反向摩擦力，是钢液在侧孔周围产生更多的低流速附面层，降低钢液的流动速度和强度，避免了钢液对初生凝固坯壳的冲击破坏和对液面保护渣的过渡扰动，非常有利于铸坯表面质量和内部质量的改善。

附图说明

图1为本发明双侧孔实施例剖视示意图。

图2为图1的侧视剖视图。

图3为图1的A-A向剖视图。

图4为图1的B-B向剖视图。

图5为本发明中侧孔示意图。

图6为本发明四侧孔实施例剖视示意图。

图7为图6的C-C向剖视图。

图中，1侧壁、2封底、3渣线、4内腔、5侧孔、6波浪形凹槽、7波浪形曲面。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1-图7所示，本发明涉及的高拉速连铸结晶器的浸入式水口，包括有侧壁1和封底2，所述侧壁1的外表面上设置有渣线3；所述封底2封装在侧壁1下端上，所述侧壁1围成具有垂直方向上开口的内腔4，靠近封底2上方的侧壁1上开设有二个或四个侧孔5，所述侧孔5与侧壁1内腔4相连通，所述侧壁1内腔4的底部上表面低于任意一个侧孔5下沿，使侧壁1内腔4的底部形成凹型，钢液经侧壁1内腔4的上开口流入，冲击侧壁1内腔4的底部后反弹，并从侧壁1的侧孔5中流出。

所述侧壁1内腔4的底部上表面水平方向设置有横直交错的波浪形凹槽6。

所述侧壁1上的侧孔5孔壁设置成高低起伏的波浪形曲面7。

所述侧壁1构成的外表面和侧壁1内腔4构成的内表面的截面形状分别为为圆形、带有倒角的矩形或前后面为平面、左右两侧为弧面的马鞍型。

所述位于侧壁1上的侧孔5中心线与水平面间的夹角为-25°～15°。

所述渣线3深度为10～25mm，高度为100～160mm,渣线3下端离水口底部2下表面距离为30～100mm；在实际应用中，侧壁1和封底2一般是由铝碳质或石英质耐火材料通过等静压成形，渣线3采用耐渣侵蚀性较好的氧化锆复合材料，这种配料和制造工艺在现场应用普遍；所述侧壁1上开有侧孔5，所述侧孔5可以为两个，也可以为四个，并且所有侧孔5大小形状相同，相邻两侧孔5之间的横向距离相等，相对的两侧孔5沿水口中心线呈轴对称。所述侧孔5的形状可以为倒角方形、椭圆形、圆形或上下为半圆中间为方形的组合形状，所述侧孔5中心线与水平面呈-25°～15°的倾角。所述侧壁内腔底部上表面离侧孔5的下沿距离为10～40mm，所述侧壁内腔底部上表面上开凿了纵横交错的波浪形凹槽6，所述波浪形凹槽6宽度为2～5mm，长度贯穿整个底部上表面，到侧壁1的内表面止，所述波谷到侧壁内腔底部上表面的深度为2～10mm，波峰到侧壁内腔底部上表面的高度为1～2mm，相邻波谷和相邻波峰之间间距相等，波谷和波峰之间均是以弧形面连接。纵向和横向的波浪形凹槽6都是呈等间距分布，纵向和横向相邻两波浪形凹槽6的间距均为3～8mm。据估算，相对于平面，纵横交错的波浪形凹槽6可使水口底部表面增大2-4倍。所述侧孔5四周为波浪形曲面7，所述波浪形曲面7的波峰与波谷之间以圆滑的弧面相连，二者高度落差为4～10mm。所述波浪形曲面7的相邻波峰和相邻波谷之间均是等间距分布，距离范围为5～15mm，据估算，相对于平面，波浪形曲面7可使水口侧孔四周壁面面积增大1.5-2.5倍。

实施例1

浇注拉速为1.5m/min的板坯时，可以采用如图1和图2所示的双侧孔实施例，在进行浇注时，所述侧壁1和内腔4的横截面均是圆形。所述封底2上表面以上20mm处的侧壁1上设置两个大小形状相同的侧孔5，两侧孔5沿水口内腔4的中心线呈轴对称，侧孔5中心线与水平面呈-15°的倾角；所述封底2上表面设置了纵横交错的波浪形凹槽6，所述波浪形凹槽6宽度为5mm，波谷到侧壁内腔底部的深度为6mm， 波峰到侧壁内腔底部的高度为2mm，相邻列和排的间距均为6mm，所述侧孔5四周设置成波浪形曲面7，所述波浪形曲面7的波谷与波峰高度差为8mm，相邻的波谷和波峰之间的间距均为10mm；采用该水口浇注时，钢液从内腔4的上开口进入，并先冲击水口封底2上表面，钢液经过封底3上表面的波浪形凹槽6的缓冲，动能大量耗散，然后从侧孔5流出，由于侧孔5的波浪形曲面7对钢液产生反向作用力，因此钢液冲击强度进一步削弱，从而降低的高速钢液对结晶器液面和坯壳的冲击，并有利于夹杂物和气泡的上浮，保证了良好的铸坯质量。

实施例2

浇注拉速为2m/min大方坯时，可以采用如图6所示的四侧孔实施例进行浇注，所述侧壁1和内腔3的横截面设置成圆形。所述浸入式水口的封底2上表面以上20mm处的侧壁1上设置四个大小形状相同的侧孔5，相邻两侧孔5横向间距相等，相对两侧孔5沿水口内腔4的中心线呈轴对称，侧孔5中心线与水平面呈-15°的倾角；所述封底2上表面设置了纵横交错的波浪形凹槽6，所述波浪形凹槽6宽度为6mm，波谷到侧壁内腔底部的深度5mm， 波峰到侧壁内腔底部的高度为1mm，相邻列和排的间距均为6mm；所述侧孔5四周设置成波浪形曲面7，所述波浪形曲面7的波谷与波峰高度差为6mm，相邻的波谷和波峰之间的间距均为8mm；采用该水口浇注时，钢液从内腔4的上开口进入，并先冲击封底2的上表面，经过波浪形凹槽6后，钢液冲击能量减少，速度降低，然后从侧孔5流出，由于侧孔5四周的波浪形曲面7对钢液的摩擦阻力加大，因此钢液的冲击强度和速度进一步降低，这样可显著减少液面扰动和坯壳的重熔，有利于夹杂和气泡的出去，提高了铸坯的最终质量。

以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，并非用以限定本发明的范围。

Claims (4)

1.一种高拉速连铸结晶器的浸入式水口，包括有侧壁和封底，所述侧壁的外表面上设置有渣线，所述封底封装在侧壁下端上，所述侧壁围成具有垂直方向上开口的内腔，其特征在于，靠近封底上方的侧壁上开设有一个以上的侧孔，所述侧孔与侧壁内腔相连通，所述侧壁内腔底部上表面低于任意一个侧孔下沿，使侧壁内腔底部形成凹型，钢液经侧壁内腔的上开口流入，冲击侧壁内腔底部后反弹，并从侧壁的侧孔中流出，所述侧壁内腔底部上表面水平方向设置有横直交错的波浪形凹槽。

2.根据权利要求1所述的高拉速连铸结晶器的浸入式水口，其特征在于，所述侧壁上的侧孔孔壁设置成高低起伏的波浪形曲面。

3.根据权利要求1或2所述的高拉速连铸结晶器的浸入式水口，其特征在于，所述侧壁构成的外表面和侧壁内腔构成的内表面的截面形状分别为为圆形、带有倒角的矩形或前后面为平面、左右两侧为弧面的马鞍型。

4.根据权利要求1所述的高拉速连铸结晶器的浸入式水口，其特征在于，所述位于侧壁上的侧孔中心线与水平面间的夹角为-25°～15°。