CN102950275B - 一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口 - Google Patents

Abstract

本发明设计钢的连续铸造技术领域，尤其涉及一种用于方坯和圆坯连铸结晶器用的多孔浸入式水口装置。包括由侧壁和封闭的底板围成的上端开口的水口本体，所述本体限定了一个垂直的内腔，所述侧壁靠近底板上方的位置上开设有贯通侧壁的侧孔，所述底板上表面中心处设置有向内腔凸出的凸台，所述凸台与侧壁之间限定了一个可将钢液直线流动方式变为环形流动方式的环形空隙；所述侧孔为多个，均匀分布在高于底板上表面且低于或等于凸台上表面的侧壁上。本发明能够使浇注的钢液从多个侧孔均匀稳定的流出，使结晶器横向保持均匀的温度场和流场，还能减轻钢液对结晶器壁面处初生凝固坯壳的冲击，有利于铸坯的合理凝固和铸坯质量的改善。

Description

一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口

技术领域

本发明涉及钢的连续铸造技术领域，尤其涉及一种用于方坯和圆坯连铸结晶器用的多孔浸入式水口装置。 

背景技术

浸入式水口是冶金领域常用的装置，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。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。

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板的侧开孔相互连通，并构成浇注时钢液的流动通道。实际浇注时，上游冶金容器的钢液从浸入式水口的内腔上开口流入，从靠近底面的侧壁上的侧孔流出，并进去结晶器内。通过对钢液流动行为的分析可以发现，现用的侧开孔浸入式水口其实存在以下两个不利因素：第一，水口侧孔数量有限，不能很好的使钢液分散流入结晶器中，使得钢液对初生凝固坯壳的冲击较大，容易破坏初生坯壳的形成，特别是钢液流量较大，这种问题就会更突出。而对于常浇的板坯和方坯用浸入式水口而言，在同一高度的侧壁开多个孔会破坏水口壁面强度，增加水口损坏几率，同时，为了保证较好的流场，在浸入式水口同一高度的侧壁上，一般板坯开孔为双孔，方坯最多为四孔。第二，对于现有的浸入式水口结构而言，当侧孔面积较小时，钢液流股的冲击强度就会很大，对初生坯壳的冲击力和对液面的干扰也会很强；而当侧孔的面积较大时，钢液由于受重力作用，总是会从侧孔下部分流出来，侧孔上部分钢液流动速度很小，甚至不流动，这种情况就是通常所说的侧孔填充度很低，也就是侧孔的有效利用面积很小，因此，在钢液流量较大时，仅仅增大侧孔面积并不能真正的增大钢液的出口面积，减少钢液的冲击力度，避免初始凝固坯壳的破坏和液面剧烈波动。

在授权公告号为CN201603853U的实用新型专利中，公开了一种用于浇注常规板坯的放钢液湍流的四孔浸入式水口，该浸入式水口的主要技术方案是：水口本体的下部管壁上分别设置有不在同一高度的一对钢液上吐出孔和一对钢液下吐出孔。这种浸入式水口的上下不同高度的侧孔对于分散钢液有一定的作用，但由于钢液受重力作用，总是向下流动，因此下面侧孔的钢液流股冲击依然很强，上面侧孔流出的钢液很少，钢液并不能很好的均匀分散至各个侧孔。即使下面的侧孔很小，在自上而下的钢液重力压迫下，下面侧孔钢液的冲击力很强。因此，这种设计方式并不能很好分配出口的钢液流动，减少钢液对坯壳的冲击破坏作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够使浇注的钢液从多个侧孔均匀稳定的流出，使结晶器横向保持均匀的温度场和流场，同时，还能减轻钢液对结晶器壁面处初生凝固坯壳的冲击，有利于铸坯的合理凝固和铸坯质量的改善的浸入式水口。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口：包括由侧壁和封闭的底板围成的上端开口的水口本体，所述本体限定了一个垂直的内腔，所述侧壁靠近底板上方的位置上开设有贯通侧壁的侧孔，所述底板上表面中心处设置有向内腔凸出的凸台，所述凸台与侧壁之间限定了一个可将钢液直线流动方式变为环形流动方式的环形空隙；所述侧孔为多个，均匀分布在高于底板上表面且低于或等于凸台上表面的侧壁上。本发明采用一个底板中心凸出的凸台配合侧壁形成的环形空隙在水口内腔底板营造了一个缓流钢液的环形通道，将钢液的竖直方向直线流动变为横向环形流动，能够使浇注的钢液从多个侧孔均匀稳定的流出，使结晶器横向保持均匀的温度场和流场，同时，还能减轻钢液对结晶器壁面处初生凝固坯壳的冲击，有利于铸坯的合理凝固和铸坯质量的改善，充分发挥了多侧孔的优势。而且，本发明浸入式水口保证了良好的密封效果，浇注过程不会吸入空气；水口出口的注流运动能缓和而均匀的冲洗凝固前沿，不会对初生坯壳产生过大冲击；降低了注流的冲击深度而不引起结晶器液面的剧烈翻滚，壁面液面卷渣和弯月面过大波动；可始终保持结晶器液面的高温,促进坯壳合理生长；提高了结晶器横向温度和成分的均匀性。

作为优选，所述多个侧孔分为三组，纵向布置在侧壁上，从上至下依次为第一组侧孔、第二组侧孔和第三组侧孔，所述每一组侧孔均处于同一高度，其中第一组侧孔的上沿低于或等于凸台的高度。该结构可使钢液能够较好的分配至各组侧孔内。

作为优选，所述三组侧孔的大小相等、形状相同，每一组侧孔的数量为四个，并且于同一高度均匀分布在侧壁上，其中相对的侧孔沿水口内腔中心线呈轴对称。该结构使得钢液的分流效果更稳定。

作为优选，所述水口本体的横截面为圆形或带倒角的方形。该结构保证钢液的均匀分流。

作为优选，所述侧孔可以为椭圆形、带倒角的长方形、圆形或者上下为半圆中间为方形的组合形。该结构易于制造。

作为优选，所述第一组侧孔下沿与水平方向呈向下25°至5°倾角，所述第二组侧孔下沿与水平方向呈向下20°至0°的倾角，所述第三组侧孔的下沿与水平方向呈-10°～10°的倾角。该结构可以使处于水口下端的第三组侧孔流出的钢液冲击深度不至于过大，而处于上端的第一组侧孔流出的钢液对液面的扰动也较小。

作为优选，所述凸台的横截面形状与水口内腔的形状相同，所述凸台的横截面积约为内腔横截面积的0.5~0.75倍。该结构可保证浇注进入浸入式水口的钢液能够顺利的通过所述凸台与水口内壁之间的环形空隙。

作为优选，所述侧壁外表面呈环套状设置有渣线。该结构可以较好地保护水口。

作为优选，所述水口本体由耐火材料通过等静压成形制成。该结构保证了水口本体的使用稳定性。

本发明相对于现有技术，存在如下有益效果：

（1）由于水口底板设计了较高的凸台，使得水口内腔中心流速较高的钢液遇到凸台后产生缓冲，并且改变了流动方向，进入凸台和水口侧壁之间的环形缝隙，此时，环形缝隙两侧的壁面对钢液产生较大的反向摩擦力，可以减少钢液的冲击速度和强度，使拉速浇注时的钢液能够平稳缓和的流入结晶器内，非常有利于初生凝固坯壳的正常生长。

（2）由于水口出口采用了多孔结构，因此钢液可以从多个侧孔流出，每个侧孔钢液流股的冲击效果大幅度削弱，同时，侧孔壁面对钢液也有反向的摩擦作用，进一步降低钢液的冲击速度，避免了钢液对结晶器近壁面处初生凝固坯壳的冲击破坏，也避免液面卷渣和弯月面处的剧烈波动，尤其对于高拉速的方圆坯这样，这种多孔结构具有非常明显的好处。

（3）由于钢液是从水口的纵向和横向上的多个侧孔流出，因此浇注的高温钢液在结晶器内分配非常均匀，有效的防止局部温度梯度较大产生的热应力裂纹和局部温度过低产生的结冷钢或保护渣融化不良的问题，有利于铸坯成分的温度和质量的提高。

（4）由于上述结构的浸入式水口使得钢液的冲击强度较弱，因此，钢液的冲击深度很低，结晶器热中心上移，非常有利于夹杂物的上浮，同时，还减轻铸坯的中心偏析。

附图说明

附图1为本发明一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口的结构示意图。

附图2为图1中A-A剖视图。

附图3为本发明一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口的使用状态参考图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。

实施例1：

参见附图1～3，本发明一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口，主要由水口本体1组成，水口本体1包括侧壁2和底板3，所述水口侧壁2的外侧面上设置有一圈渣线4，渣线4深度为15mm，高度为120mm,渣线4下端离水口底板3下表面距离为120mm。在实际应用中，水口侧壁2和底板3一般是由铝碳质或石英质耐火材料通过等静压成形，渣线4采用耐渣侵蚀性较好的氧化锆复合材料。所述侧壁2和底板3相连，并围成垂直方向上中空的内腔5，所述内腔5上端开口，下端为封闭的底板3。本体1的横截面形状为圆形，当然也可以为常见的其他形状，如带倒角的方形等。

所述底板3的上表面设置有凸台6，凸台6与水口的侧壁2之间形成了环形空隙7。为了保证浇注进入浸入式水口的钢液能够顺利的通过所述凸台6与水口侧壁2内表面之间的环形空隙7，所述凸台6的形状与水口内腔5的形状相同，所述凸台6的横截面积应约为内腔5横截面积的三分之二。所述凸台6的上表面和四周的壁面可以为光滑的平面，也可以为粗糙的或者带有沟纹的壁面。所述侧壁2在纵向上从上至下分别设置了第一组侧孔8、第二组侧孔9和第三组侧孔10，所述第一组侧孔8数量为四个，大小形状相同，在侧壁2的同一高度上均匀分布，即相邻的两侧孔中心线呈90°夹角，相对的两侧孔沿水口内腔5的中心线呈轴对称，所述第二组侧孔9和第三组侧孔10的数量、大小形状以及在横向上的布置方式与第一组侧孔8完全相同，其中第一组侧孔8的上沿低于或等于凸台6的高度。所述第一组侧孔8与第二组侧孔9之间的纵向距离为20mm，所述第二组侧孔9与第三组侧孔10之间的距离也为20mm。所述所有的侧孔均为圆形，当然也可以为任何适宜的形状，如椭圆形、带倒角的长方形或上下为半圆中间为方形的组合形等。所述第一组8侧孔下沿与水平方向呈向下15°倾角，所述第二组侧孔9下沿与水平方向呈向下10°的倾角，所述第三组侧孔10的下沿与水平方向呈-5°的倾角，这样可以使处于水口下端的第三组侧孔10流出的钢液冲击深度不至于过大，而处于上端的第一组侧孔8流出的钢液对液面的扰动也较小。为了保证钢液先进入环形缝隙7，再从侧孔中流出，所述第一组侧孔8的上沿应不高于凸台6的上表面。为了使钢液在水口底板3上起到较好的缓冲作用，所述第三组侧孔10的下沿应高于底板3的上表面，使底板3形成相对于第三组侧孔的10的凹坑。

实际浇注过程中，浸入式水口本体1下端插入结晶器11内，结晶器11的液面处于渣线4的位置。钢液从浸入式水口内腔5上端流入，靠近侧壁1的钢液直接流至环形空隙7内，靠近水口内腔5中心的钢液遇到凸台6的上表面后流动方向发生变化，并进入环形空隙7内，环形空隙7内积存的钢液再分别从第一组侧孔8、第二组侧孔9和第三组侧孔10中流出，并进入结晶器11内，钢液流动的方向如图3中的箭头所示。这种水口结构可以增加钢液流动的摩擦阻力，将流出的大量钢液分散至多个孔，可以显著降低钢液的流动动能，减少钢液的冲击，保证钢液在横截面上温度和成分的均匀分布，促使钢液热中心上移，有利于夹杂物和气泡的上浮，为初生凝固坯壳的合理生长和铸坯质量的提高提供了保证，对于高拉速浇注的方圆坯结晶器而言，这种水口结构尤其适用。

总之，本发明水口底板设计了较高的凸台，使得水口内腔中心流速较高的钢液遇到凸台后产生缓冲，并且改变了流动方向，进入凸台和水口侧壁之间的环形缝隙，此时，环形缝隙两侧的壁面对钢液产生较大的反向摩擦力，可以减少钢液的冲击速度和强度，使拉速浇注时的钢液能够平稳缓和的流入结晶器内，非常有利于初生凝固坯壳的正常生长。由于水口出口采用了多孔结构，因此钢液可以从多个侧孔流出，每个侧孔钢液流股的冲击效果大幅度削弱，同时，侧孔壁面对钢液也有反向的摩擦作用，进一步降低钢液的冲击速度，避免了钢液对结晶器近壁面处初生凝固坯壳的冲击破坏，也避免液面卷渣和弯月面处的剧烈波动，尤其对于高拉速的方圆坯这样，这种多孔结构具有非常明显的好处。由于钢液是从水口的纵向和横向上的多个侧孔流出，因此浇注的高温钢液在结晶器内分配非常均匀，有效的防止局部温度梯度较大产生的热应力裂纹和局部温度过低产生的结冷钢或保护渣融化不良的问题，有利于铸坯成分的温度和质量的提高。采用上述结构的浸入式水口使得钢液的冲击强度较弱，因此，钢液的冲击深度很低，结晶器热中心上移，非常有利于夹杂物的上浮，同时，还减轻铸坯的中心偏析。

应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口，包括由侧壁（2）和封闭的底板（3）围成的上端开口的水口本体（1），所述本体（1）限定了一个垂直的内腔（5），所述侧壁靠近底板上方的位置上开设有贯通侧壁（2）的侧孔，其特征在于：所述底板（3）上表面中心处设置有向内腔（5）凸出的凸台（6），所述凸台（6）与侧壁（2）之间限定了一个能将钢液直线流动方式变为环形流动方式的环形空隙（7）；所述侧孔为多个，均匀分布在高于底板（3）上表面且低于或等于凸台（6）上表面的侧壁（2）上；多个侧孔分为三组，纵向布置在侧壁（2）上，从上至下依次为第一组侧孔（8）、第二组侧孔（9）和第三组侧孔（10），每一组侧孔均处于同一高度，其中第一组侧孔（8）的上沿低于或等于凸台（6）的高度；三组侧孔的大小相等、形状相同，每一组侧孔的数量为四个，并且于同一高度均匀分布在侧壁（2）上，其中相对的侧孔沿水口内腔中心线呈轴对称；所述第一组侧孔下沿与水平方向呈向下25°至5°倾角，所述第二组侧孔下沿与水平方向呈向下20°至0°的倾角，所述第三组侧孔的下沿与水平方向呈-10°～10°的倾角；所述凸台（6）的横截面形状与水口内腔的形状相同，所述凸台的横截面积为内腔横截面积的0.5~0.75倍。

2.根据权利要求1所述的方圆坯用多孔连铸浸入式水口，其特征在于：所述水口本体（1）的横截面为圆形或带倒角的方形。

3.根据权利要求1或2任一所述的方圆坯用多孔连铸浸入式水口，其特征在于：所述侧孔为椭圆形、带倒角的长方形、圆形或者上下为半圆中间为方形的组合形。

4.根据权利要求1所述的方圆坯用多孔连铸浸入式水口，其特征在于：所述侧壁（2）外表面呈环套状设置有渣线（4）。

5.根据权利要求1所述的方圆坯用多孔连铸浸入式水口，其特征在于：所述水口本体（1）由耐火材料通过等静压成形制成。