CN103212682B - 一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口 - Google Patents
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Abstract
本发明属于连续铸造技术领域，具体涉及一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口。一种用于板坯旋流连铸的浸入式水口，由钢液流入端、侧壁、空心内腔、水口底部和钢液吐出孔组成，在靠近水口底部的侧壁上左右对称设置有大小、形状相同的一对钢液吐出孔，钢液吐出孔上缘是弧形曲面，弧形曲面的内曲面切线的夹角 β 为30°～120°，下缘是斜面，斜面的倾角 α 为-30°～+30°，钢液吐出孔的一个侧面向内倾斜，另一个侧面平行于结晶器宽面，两个侧面的夹角 θ 为0°～20°。本发明能够均匀两个钢液吐出孔的出流，降低结晶器弯月面处液面波动，既能充分发挥旋流连铸的效果，同时能降低因旋流而引起的水口出流对结晶器宽面冲击影响。
Description
技术领域
本发明属于连续铸造技术领域，具体涉及一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口。
背景技术
钢的连续铸造是将具有一定过热度的液态钢液通过水冷结晶器连续冷却成具有一定形状的固态铸坯的过程。随着连铸技术的应用和发展，特别是由于用户对钢材质量越来越高的要求及国际市场的激烈竞争，连铸坯的质量越来越受到重视，严格控制钢液的洁净度，减小铸坯缺陷已成为连铸生产中重要的工作。
结晶器作为连铸机的“心脏”，是连铸坯大多数表面缺陷和内部质量问题的发源地。有统计表明，铸坯近80％的表面缺陷起源于结晶器，同时它也是连铸诸多工艺环节中控制钢水质量的最后一环，决定连铸坯的表面质量以及非金属夹杂物含量和分布的关键。而结晶器内钢液的流动状态直接影响着铸坯的质量及非金属夹杂物含量和分布。目前改善结晶器内钢液流动的方式主要是结晶器电磁搅拌，电磁制动等技术，由于结晶器是由通水的铜板制成，磁场受铜板的屏蔽，会产生很大的衰减，严重影响电磁场的作用和效率。
而浸入式水口(submerged entry nozzle)是连续铸钢设备中安装在中间包底部并插入结晶器钢液面以下的浇注用耐火套管，在连铸过程中，精炼后的钢液经过中间包处理后，通过浸入式水口被不断地注入结晶器接受冷却和凝固加工。浸入式水口在保护钢流、防止钢水二次氧化的同时，还改变着钢液在结晶器内的流动状态，而连铸结晶器内流动也对连铸坯质量及产量有重大影响。由于钢液在浸入式水口内的偏流造成每个吐出孔的钢液排出量不均等，造成结晶器内液面的波动，容易形成卷渣的缺陷，而且液面波动的剧烈程度会随着连铸拉速的提高而加剧，这就会限制高速连铸的实施，无法获得更大的经济效益。还有非常重要的一点是：由于现有的浸入式水口吐出孔上部拐角，容易限制钢液流动而形成负压区域，造成钢液及保护渣的吸入，并随钢液主流重新流入结晶器，使钢液中的非金属夹杂物含量增高，对铸坯质量产生非常不良的影响。
基础研究表明，在连铸浸入式水口内钢液的旋转流动可以有效地提高水口出流的均匀性和稳定性，改善结晶器内流动状态和温度分布，降低结晶器内弯月面液面波动；但是水口内旋流在对结晶器内钢液流动产生优良影响的同时，也会对结晶器内钢液流动带来不良的影响，例如对结晶器宽面的冲击增大等。而现有的板坯连铸用浸入式水口，既无法完全发挥旋流的作用，又无法抑制水口内旋流对结晶器内钢液流动的不良影响，无法完全满足水口内旋流连铸的需要。
基于上述原因，常规板坯连铸常用的近似圆管型的双侧孔水口由于结构的原因，无法充分发挥水口旋流作用，也无法对旋流带来的不良影响进行有效的弥补。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服水口内旋流对结晶器内流动的不良影响，不断对浸入式水口结构进行优化，提供一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，能够配合水口内旋流使用，既能充分发挥旋流连铸的效果，同时能降低因旋流而引起的水口出流对结晶器宽面冲击影响。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，由钢液流入端、侧壁、空心内腔、水口底部和钢液吐出孔组成；所述侧壁上设置有渣线，侧壁和水口底部相连，二者围成空心内腔，空心腔体的顶端开口，作为钢液流入端；在靠近水口底部的侧壁上左右对称设置有大小、形状相同的一对钢液吐出孔，高度s为50～100mm，两钢液吐出孔与空心内腔相互连通；所述的钢液吐出孔上缘是弧形曲面，弧形曲面的内曲面切线的夹角β的取值范围为30°～120°，下缘是斜面，斜面的倾角α的取值范围为-30°～+30°，钢液吐出孔的一个侧面向内倾斜，另一个侧面平行于结晶器宽面，两个侧面的夹角θ的取值范围为0°～20°，两个侧面与侧壁内侧相接，其中向内倾斜的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x1的取值范围为0～30mm，平行于结晶器宽面的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x2的取值范围为0～30mm。
所述的钢液吐出孔形状是椭圆形、带倒角的长方形、圆形、左右为半圆中间为方形的组合体或者上下为半圆中间为方形的组合体。
所述空心内腔的横截面形状是圆形、带倒角的方形或前后为平面、左右为弧面的扁形。
所述的空心内腔采用渐缩型、直型或阶梯型。
所述的侧壁和水口底部是采用耐火材料静压成型。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明的技术方案中，为了抑制钢液吐出孔上部负压区的形成，钢液吐出孔的上缘采用弧形化处理，钢液在流经水口吐出孔时由于离心力的作用，会沿着钢液吐出孔上缘内曲面流入结晶器，抑制了此处负压区的产生，同时由于负压区的抑制，钢液会由钢液吐出孔均匀的流入结晶器，对获得均匀稳定的水口出流很有帮助。
此外，为了获得想要的钢液出流角度，可以调整钢液吐出孔上上缘弧形曲面的内曲面切线的夹角β，钢液吐出孔下缘斜面倾角α以及底部形状，获得想要的水口出流角度，水口底部可以采用凹底、凸底和平底。
为了减少钢液对结晶器宽面的冲击，本发明的技术方案将水口吐出孔侧壁设计为一边向内倾斜，一边平行于结晶器宽面的形状，并通过调节钢液吐出孔向内倾斜的侧面与结晶器宽面的夹角θ，及x1、x2的数值获得理想的水口出流。
本发明的浸入式水口可以满足不同钢种的需要，灵活的调整浸入式水口内径、外径以及长度，并可以适应不同的水口内旋流产生方式：产生旋流的方式可以是机械式的(水口内安装耐火材料制转子)、电磁式的(外加旋转电磁场)或者永磁场式的；
本发明的浸入式水口能够满足不同方向的钢液旋流，如果钢液旋流为顺时针，水口结构相应采用对称变化即可满足要求。
综上所述，本发明的技术方案能够均匀两个钢液吐出孔的出流，降低结晶器弯月面处液面波动，抑制水口侧开口上方的负压，防止保护渣的卷入，使结晶器熔池高温区充分地上移，既能充分发挥旋流连铸的效果，同时能降低因旋流而引起的水口出流对结晶器宽面冲击影响。
附图说明
图1是本发明的浸入式水口的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图2带上结晶器的示意图；
其中：1.钢液流入端；2.空心内腔；3.侧壁；4.渣线；5.水口底部；6.钢液吐出孔上缘弧形曲面；7.钢液吐出孔；8.钢液吐出孔下缘斜面；9.钢液吐出孔向内倾斜的侧面；10.钢液吐出孔平行于结晶器宽面的侧面；11.结晶器宽面。
具体实施方式
下面结合本发明的具体实施方式和说明书附图1-3对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1、图2和图3所示，本发明的板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，由钢液流入端1、侧壁3、空心内腔2、水口底部5和钢液吐出孔7组成；所述侧壁上设置有渣线4，渣线4的深度为10～25mm，高度为100～160mm，渣线4下端离水口底部5下表面距离为100～200mm；侧壁3和水口底部5相连，二者围成空心内腔2，空心内腔2的横截面形状可以为圆形或前后为平面、左右为弧面的扁形，空心内腔2可以采用渐缩型、直型或阶梯型，空心腔体2的顶端开口，作为钢液流入端1，产生浸入式水口内钢液旋流的部位是在空心内腔2的中部，产生旋流的方式可以是机械式的(水口内安装耐火材料制转子)、电磁式的(外加旋转电磁场)或者永磁场式的，图3中所示的箭头方向为钢液流动方向；
在靠近水口底部5的侧壁上左右对称设置有大小、形状相同的一对钢液吐出孔7，两钢液吐出孔7与空心内腔2相互连通，钢液吐出孔7可以是椭圆形，带倒角的长方形、圆形、左右为半圆中间为方形的组合体或者上下为半圆中间为方形的组合体；
所述的钢液吐出孔7的上缘是弧形曲面，下缘是斜面，钢液吐出孔7的一个侧面向内倾斜，另一个侧面行于结晶器宽面。
两侧的钢液吐出孔上缘弧形曲面6的内曲面切线的夹角β的取值范围为30°～120°；钢液吐出孔下缘斜面8的倾角α的取值范围为-30°～+30°；钢液吐出孔向内倾斜的侧面9与钢液吐出孔平行于结晶器宽面的侧面10的夹角θ的取值范围为0°～20°，图2中两个侧面与侧壁内侧相接，其中向内倾斜的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x1的取值范围为0～30mm，平行于结晶器宽面的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x2的取值范围为0～30mm。
水口底部5可以采用凹底、凸底或平底，倒角R1的取值范围为5～20mm，倒角R2的取值范围为5～20mm。
本发明中钢液旋流采用逆时针旋流，如果钢液旋流为顺时针，水口结构相应采用对称变化即可满足要求。
本发明的浸入式水口配合水口内旋流可以均匀水口两侧的出流，降低结晶器弯月面处液面波动，抑制水口侧开口上方的负压，防止保护渣的卷入，使结晶器熔池高温区充分地上移。本发明中的钢液流动方式既能充分发挥旋流连铸的效果，同时能降低因旋流而引起的水口出流对结晶器宽面冲击影响。
实施例1
一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，长度700mm，内径50mm，外径90mm，空心内腔2的横截面形状为前后为平面、左右为弧面的扁形，空心内腔采用直型，渣线4的深度为10mm，渣线4的高度为100mm，渣线4下端离水口底部5下表面距离为100mm，两侧的钢液吐出孔上缘弧形曲面6的内曲面切线的夹角β的取值为30°，水口底部结构为凸底，倒角R2的取值为0mm，钢液吐出孔高度s为50mm，形状为带倒角的长方形，钢液吐出孔下缘斜面8的倾角α的取值为+30°，钢液吐出孔向内倾斜的侧面9与结晶器宽面的夹角θ的取值为0°，两个侧面与侧壁内侧相接，其中向内倾斜的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x1的取值为20mm，平行于结晶器宽面的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x2的取值为10mm。
实施例2
一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，长度900mm，内径70mm，外径120mm，空心内腔2的横截面形状为圆形，空心内腔采用渐缩型，渣线4的深度为15mm，渣线4的高度为130mm，渣线4下端离水口底部5下表面距离为150mm，两侧的钢液吐出孔上缘弧形曲面6的内曲面切线的夹角β的取值为60°，水口底部结构为平底，倒角R2的取值为10mm，钢液吐出孔高度s的取值为60mm，形状为圆形，钢液吐出孔下缘斜面8的倾角α的取值为0°，钢液吐出孔向内倾斜的侧面9与结晶器宽面的夹角θ的取值为10°，两个侧面与侧壁内侧相接，其中向内倾斜的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x1的取值为0mm，平行于结晶器宽面的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x2的取值为0mm。
实施例3
一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，长度1200mm，内径100mm，外径150mm，空心内腔2的横截面形状为带倒角的方形，空心内腔采用阶梯型，阶梯型部分高度为300mm，渣线4的深度为25mm，渣线4的高度为160mm，渣线4下端离水口底部5下表面距离为200mm，两侧的钢液吐出孔上缘弧形曲面6的内曲面切线的夹角β的取值为120°，水口底部结构为凹底，倒角R1的取值为20mm，倒角R2的取值为20mm，钢液吐出孔高度s的取值为100mm，形状为上下为半圆中间为方形的组合体，钢液吐出孔下缘斜面8的倾角α的取值为-30°，钢液吐出孔向内倾斜的侧面9与结晶器宽面的夹角θ的取值为20°，两个侧面与侧壁内侧相接，其中向内倾斜的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x1的取值为30mm，平行于结晶器宽面的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x2的取值为30mm。
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 (5)
1.一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，由钢液流入端、侧壁、空心内腔、水口底部和钢液吐出孔组成；所述侧壁上设置有渣线，侧壁和水口底部相连，二者围成空心内腔，空心腔体的顶端开口，作为钢液流入端；其特征在于：
在靠近水口底部的侧壁上左右对称设置有大小、形状相同的一对钢液吐出孔，高度s为50～100mm，两钢液吐出孔与空心内腔相互连通；所述的钢液吐出孔上缘是弧形曲面，弧形曲面的内曲面切线的夹角β的取值范围为30°～120°，下缘是斜面，斜面的倾角α的取值范围为-30°～+30°，钢液吐出孔的一个侧面向内倾斜，另一个侧面平行于结晶器宽面，两个侧面的夹角θ的取值范围为0°～20°但不包括端点0°，两个侧面与侧壁内侧相接，其中向内倾斜的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x1的取值范围为0～30mm，平行于结晶器宽面的侧面从相接点到与其相接的侧壁内侧的顶端距离x2的取值范围为0～30mm。
2.根据权利要求1所述的一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，其特征在于所述的钢液吐出孔形状是椭圆形、带倒角的长方形、圆形、左右为半圆中间为方形的组合体或者上下为半圆中间为方形的组合体。
3.根据权利要求1所述的一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，其特征在于所述的空心内腔的横截面形状是圆形、带倒角的方形或前后为平面、左右为弧面的扁形。
4.根据权利要求1所述的一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，其特征在于所述的空心内腔采用渐缩型、直型或阶梯型。
5.根据权利要求1所述的一种板坯电磁旋流连铸用浸入式水口，其特征在于所述的侧壁和水口底部是采用耐火材料静压成型。
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