CN103608137B - 用于引导金属熔体的喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于将金属熔体从第一器件引导到第二器件的喷嘴，特别地，其涉及用于将金属熔体(钢熔体)流从冶金熔融容器(如中间包)引导到模具(如铸锭)―它们都可称为"储器"―中的浸入式入口喷嘴。
Description
技术领域
本发明涉及用于将金属熔体从第一器件引导到第二器件的喷嘴，特别地，其涉及用于将金属熔体(钢熔体)流从冶金熔融容器(如中间包)引导到模具(如铸锭)―它们都可称为"储器"―中的浸入式入口喷嘴。
背景技术
这样的浸入式入口喷嘴(下文中也称为SEN)用于钢板的连续铸造。SEN典型地包括难熔的陶瓷管状本体，其具有：在其第一端(在其安装位置中为上端)处的入口开口；和管道(内部通路)，在喷嘴(管)的轴向方向上从所述入口开口通过所述陶瓷管延伸到其第二端(在其安装位置中为下端)，该第二端在通路的纵向延伸中提供通路的本体止挡，且提供所述通路的至少两个侧向出口开口，金属熔体通过它们进入模具中。
换言之：来自中间包或类似容器的熔融的金属流进入入口开口，进一步从所述入口开口朝向所述出口开口竖直地且向下地延伸通过所述管道(通过喷嘴在上端和下端之间的居中的或者中间的部分)，在其路径上向所述出口开口偏转，并且在进入相关联的模具之前通过这些出口开口大约垂直于喷嘴的轴向延伸而离开喷嘴。
对于WO2007/138260A2中公开的SEN而言也是如此，其中布置在喷嘴的下(出口)端处的分流器负责将金属流在离开喷嘴之前分成多个部分流。
该一般设计构思也由EP0946321Bl实现，其喷嘴在其离开区(=喷嘴的下端)中设有两部分式分流器，以便最小化裂缝的出现。
已知的设计可导致相关联的模具中的金属熔池中的紊流和/或任何渣层中的紊流和/或金属熔池的顶部上的任何模具(面部)粉末。这些作用可分别降低钢的质量以及铸件产品的质量。已知的设计还为受限的流量(流率)负责。
发明内容
本发明的一个目的是提供所提到的类型的喷嘴，其提供高流率而不会由离开喷嘴且进入相关联的集料器(例如模具)中的金属熔池中的金属流引起不希望的侧向紊流。
本发明基于多个技术方面。可能最重要的是设计喷嘴，使得金属熔体的中心流可沿基本连续的轴向方向从入口开口通过喷嘴流到出口开口。换言之：喷嘴设计容许至少部分的金属流流过喷嘴而不会被偏转，旁路，转向等等。该中心流沿着管状难熔的本体的纵向轴向方向，该管状难熔的本体的内部管道都在其喷嘴长度上。
典型地，该中心流与喷嘴的中心纵向轴线同轴，该中心纵向轴线为在使用喷嘴期间处于基本竖直定向的轴线。
金属熔体的该中心流容许喷嘴的流量显著增加。在该中心熔体流沿着基本竖直的向下定向的方向而行时，尽可能避免了下部的喷嘴段和/或对应的出口段周围的紊流。
除了该重要的设计特征，喷嘴的特征还在于至少两个挡板，它们从难熔的本体的内壁(即管道的周向壁)突出。根据前述内容，显而易见的是，所述挡板不会延伸过管道的整个宽度/直径，而是这些挡板以这样的方式设计和布置：即，设计和布置成以便在它们之间留出空间，使得中心金属熔体流可沿着入口开口与出口开口之间的喷嘴中间段从中穿过。
然而，所提到的挡板修改了管道的相关的截面和/或提供使剩余的金属流在其通向喷嘴的下端和出口开口的路径上偏转的手段。就此而言，经由所述入口开口进入喷嘴的一个金属流可由这些挡板分成若干个部分流。与上文提到的现有技术的喷嘴相反，所有这些部分流都彼此流体连接，和/或与中心流流体连接。换言之：部分流(侧流)和中心金属熔体流布置在分别由管道和挡板的周壁限定的一个公共的空间中。
在其最通用的实施例中，本发明涉及用于将金属熔体从第一器件引导到第二器件的喷嘴，包括
难熔的管状本体，具有，
在其第一端处的入口开口，
在其第二端处的出口开口，
管道，沿着在使用期间竖直地定向的中心纵向轴线延伸，由难熔的管状本体的内壁限制，且从所述入口开口延伸到所述出口开口，以及，
挡板，从所述内壁突入管道中，其中，
管道和挡板的几何形状使得在入口开口与一个单独的出口开口之间提供用于金属熔体的绕着所述中心纵向轴线的连续流动通路（区域）。
所提到的技术和功能特征对于如下实施例也是如此，其中管状本体包括：
入口开口附近：具有基本圆形截面的上段，
出口开口附近：下段，其在一个第一平面中向外张开，且在基本垂直于第一平面的第二平面中平坦化，
所述上段和所述下段之间的中间段，其中该中间段提供从上段的圆形设计到下段的平坦化设计的设计过渡。
虽然上部处的大体圆形的外部设计和下端处的平坦化设计很大程度地对应于从WO2007/138260A2获知的喷嘴的设计，但两种设计之间的决定性的差异在于，新的喷嘴沿着喷嘴的整个长度提供了所述中心轴向流动流，且因此供相当大量的金属熔体穿过喷嘴而没有任何偏转。换言之：连续的自由中心空隙(在喷嘴的入口开口和出口开口之间延伸)使得能够沿着喷嘴的纵向方向中的平面将喷嘴切割成两件，例如镜面对称的两件，而不会接触和/或切割任何挡板。
在遵从权利要求2的实施例中，中心轴向流可延伸下部喷嘴开口的整个长度，同时所提到的挡板负责至少两个辅助金属流，中心流的各侧上各有一个，该挡板具有用于将相应的金属流引向一个出口开口的相应的侧向段的引导器件的功能。
与根据现有技术喷嘴的那些金属流相比，这些从侧向离开的金属流具有较低的速度，且因此引起较少的金属熔池、任何渣层中的紊流和/或对应的容器中的金属熔池中或其上的面部粉末。
与EP0946321B1的喷嘴相比，新设计的主要的不同在于：挡板布置在上端和下端之间的喷嘴中间段中，它们可进一步延伸到下端和/或上端，总是在它们之间提供自由空间，以用于熔体的自由轴向流动。挡板可延伸喷嘴的总轴向长度的≥50%，≥60%，≥70%或者甚至≥80%。
本发明另外提供了以下实施例中的一个或多个：
喷嘴，其中设计过渡在上段和下段之间基本连续地进行。换言之：希望两段之间的平滑的温和的变化，从而避免任何尖锐的边缘、凸脊、凹槽等。对于喷嘴的内部设计和外部设计而言情况也是这样。
喷嘴，具有至少一对第一对挡板，从难熔的本体的内壁的相对的段突伸，且在它们之间留下通路，中心纵向轴线延伸通过该通路。不必以镜面对称的方式来布置挡板-虽然该设计使得整体金属流更均匀。挡板还可布置成相对于喷嘴的轴向延伸偏离和/或不只两个挡板可在沿着喷嘴长度的一个轴向位置处从本体的内壁突伸。
至少一个或者各个挡板(凸脊)可具有倒V形的形状(在正视图中)，可选地具有以下特征中的一个或多个：平坦的(如果希望，甚至平面的)主区域，其面向另一挡板的对应的平坦的主区域；上边界和/或下边界，其基本遵从难熔的本体的内壁的对应段相对于所述边界的设计。
基于喷嘴（如SEN）的一般设计，从按照倒V形的挡板的布置得出V腿之间的距离朝向喷嘴的第二端而增加，第二端分别为喷嘴或其管道的出口端。利用具有两个侧向出口开口的喷嘴设计，这导致V腿的延伸提供在第一假想线与第二假想线之间的15°与45°之间的角度，第一假想线与一个腿的两个竖直的末端相交，而第二假想线平行于喷嘴的纵向轴线，且与第一假想线相交(如附图中所示)。最大角度也可设定于30°或25°或22°。这可利用离散的挡板条以类似的方式实现。
可提供第二和/或第三对挡板，各自具有与第一对挡板基本相同的一般设计，但是布置成距所述第一对挡板一距离。
根据一个实施例，各对挡板的相对的挡板之间的距离是恒定的，或者朝向喷嘴的出口开口减小。
上述喷嘴中，至少一对第一对挡板至少部分地布置在喷嘴的下段中，和/或，
喷嘴中，至少一对第一对挡板至少部分地布置在喷嘴的中间段中。
至少一个挡板或第一对挡板可终止于出口开口，但是也可能以如下方式布置挡板：它/它们终止于出口开口的对应的出口段之前一距离处。
喷嘴可具有以下尺寸中的至少一个：
相对的挡板之间的5与15mm之间的距离，
垂直于中心纵向轴线(A)的5-20mm的挡板高度，
具有40与120mm之间的内直径的入口开口，
具有100与400mm之间的长度和5与40mm之间的宽度的出口开口。
出口开口具有为入口开口直径的至少两倍的长度和/或为入口开口直径的至多一半的宽度。这对应于所谓的薄板式SEN(德语为："Breitmaul ETA")的一般设计。
出口开口由中心轴向出口段和朝向入口开口延伸的两个侧向出口段限定。
参照挡板的"倒V形"设计，一个另外的实施例提供了"带弯曲腿的V"。该弯曲可平行于难熔的本体的内壁的对应的弯曲(即，管道壁的弯曲)。另一个实施例提供了一种设计，根据该设计，管道壁与挡板的对应的边界表面之间的任何距离在朝向出口开口的方向上变得更小。
该喷嘴可由任何常规的难熔的材料(如基于MgO，Al2O3，ZrO2，C的材料)制成，且可通过任何常规的工艺制造(例如等静压制)。
喷嘴的另外的特征在从属权利要求以及其它申请文件（包括附图和可包括普遍有效的独立于具体实例的特征的对应实施例的描述）中描述。
除非以其它方式公开，术语"基本"表征在技术方面实现的对应的特征。例如："使用期间喷嘴的基本竖直定向"不一定表示在数学方面的精确的竖直定向，而是典型的技术位置。
附图说明
附图以高度示意的方式显示了：
图la和lb：根据本发明的喷嘴（部分剖切）的三维视图；
图2：根据图la和lb的喷嘴的内部轮廓的三维视图；
图3：喷嘴的流出区域和熔体的对应的流动方向。
具体实施方式
所有附图都显示了所谓的浸入式入口喷嘴(SEN)，其由基于MgO的料批(batch)、根据常规的技术以等静压制和燃烧制成。
SEN显示了管状难熔本体10，该本体在其第一端(所示的使用位置中的上端)处具有一个单独的基本圆形截面的入口开口12，并且在其第二端(该使用位置中的下端)处具有一个单独的基本矩形/椭圆形截面的出口开口14。入口开口12和出口开口14由管道16连接，管道16沿着本体10的中心纵向轴线(A)伸长，该轴线在喷嘴使用期间定向成基本竖直。管道16由难熔的管状本体10的内壁10i限定。
对应于所述喷嘴的上段18和下段20、入口开口12和出口开口14的一般设计，管道16使其截面从圆形变化成类似于平坦的椭圆形或者具有倒圆的端部部分的薄矩形的几何形状。该变化大部分在中间段22中实现(图2)。
该一般设计可描述如下：管状本体10在入口开口12附近包括基本圆形截面的上段18，在出口开口14附近包括在一个第一平面(图纸平面)中向外张开且在基本垂直于第一平面的第二平面(垂直于图纸平面)中平坦化的下段20，且包括所述上段18和所述下段20之间的中间段22，其中，中间段22提供从上段18的圆形设计到下段20的平坦化设计的设计过渡。该设计过渡在上段18和下段20之间基本连续地进行，如可从图la，lb和2中看到的。
因此下段20具有大约为其宽度8倍的长度。对于对应的出口开口14的截面而言情况也是相同的。
从中间段22和下段20中的内壁10i的相对的段中的各个段，挡板30，32，34，36突伸到管道16中，从而在对应的平坦的主区域(前表面)30f，32f，34f，36f之间形成间隔38。挡板30，32和34，36分别彼此连接，从而各自提供具有略微弯曲的外边界30b，32b，34b，36b和内边界的倒V形的形状。这些边界遵循与相应的边界相对的内壁10i的对应的形状。
管道16的各侧(图2仅显示了一侧)的两对挡板30，32；34，36布置成沿着喷嘴的中心纵向轴线A偏离，并且终止于对应的共同的出口开口14中。
中心纵向轴线A和与一个腿32的两个竖直末端相交的线之间的角度α约为17°(典型的范围为15°-25°)，即，V形包括2x17°=34°的角度。对于由腿34，36提供的下挡板，情况也是这样。
由于对应的挡板30,30；,32,32；,34,34；36,36的距离(间隔38),变得清楚的是，喷嘴绕着中心纵向轴线A提供了中心通路，其从入口开口12到出口开口14连续地延伸且基本是直的。相应地，喷嘴提供了用于金属熔体的中心通路，沿着该中心通路，熔体以大约线性的方式(图3中的箭头D)供给到且通过出口开口14，且因此以向下地定向的竖直定向供给到对应的模具40中(图3)。
布置在中心通路的两侧附近的挡板30，32，34，36使得熔体遵从它们的相应的边界线，且因此被引入共同的出口开口14的侧向段14l，且基本侧向地离开出口开口14(图3中的箭头L)。
重要的是要强调，虽然金属流在离开喷嘴的同时沿着不同的方向，但存在仅仅一个出口开口14，且所有这些中心和侧向金属流都彼此流体接触。
图3显示了流出的金属流的三个主方向。一个中心流D，在轴线A的延伸上竖直地向下，而另外两个在出口开口14的相对侧处沿侧向(L)。
通过该设计，流通过率可被提高，且相关联的容器(模具40)的金属熔池中的紊流得以减少。
Claims (11)
1.一种将金属熔体从第一器件引导到第二器件的喷嘴，包括：
a) 难熔的管状本体(10)，具有
b) 在其第一端处的入口开口(12)，
c) 在其第二端处的出口开口(14)，
d) 管道(16)，沿着在使用期间竖直地定向的中心纵向轴线(A)延伸，由所述难熔的管状本体的内壁(10i)限制，且从所述入口开口(12)延伸到所述出口开口(14)，以及
e) 挡板(30，32，34，36)，从所述内壁(10i)突入所述管道(16)中，其中
f) 所述管道(16)和所述挡板(30，32，34，36)的几何形状使得在所述入口开口(12)与一个单独的出口开口(14)之间提供用于金属熔体的绕着所述中心纵向轴线(A)的连续流动通路，
具有至少一个第一对挡板（30，32），其从所述难熔的本体(10)的内壁(10i)的相对的段突出，并且在它们之间留下通路(38)，所述中心纵向轴线(A)延伸通过该通路。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述管状本体(10)
包括，
a) 在所述入口开口(12)附近：具有圆形截面的上段(18)，
b) 在所述出口开口(14)附近：下段(20)，在一个第一平面中向外张开且在垂直于所述第一平面的第二平面中平坦化，
c) 在所述上段(18)和所述下段(20)之间的中间段(22)，其中所述中间段(22)提供从所述上段(18)的圆形设计到所述下段(20)的平坦化设计的设计过渡。
3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述设计过渡连续地在所述上段(18)和所述下段(20)之间进行。
4.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，具有挡板对，其各自具有正视图中为倒V形的形状，具有面向另一挡板的平坦的主区域的平坦的主区域(30f，32f，34f，36f)，以及上部和下部边界(30b，32b，34b，36b)，其遵从所述难熔的本体的内壁(10i)的对应段相对于所述边界(30b，32b，34b，36b)的设计。
5.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，具有第二和/或第三对挡板(34，36)，各对具有与所述第一对挡板(30，32)相同的设计，但是布置在距所述第一对挡板(30，32)一距离处。
6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个第一对挡板(30，32)至少部分地布置在所述喷嘴的下段(20)中。
7.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个第一对挡板(30，32)至少部分地布置在所述喷嘴的中间段中。
8.根据权利要求4所述的喷嘴，其特征在于，所述至少一个第一对挡板(30，32)在所述出口开口(14)处终止。
9.根据权利要求4或5所述的喷嘴，其特征在于，提供以下尺寸中的至少一个：
a) 在相对的挡板(30，30；32，32；34，34；36，36)之间的5mm与15mm之间的距离；
b) 垂直于中心纵向轴线(A)的5-20mm的挡板高度；
c) 具有40mm与120mm之间的内直径的入口开口(12)；
d) 具有100mm与400mm之间的长度以及5mm与40mm之间的宽度的出口开口(14)。
10.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述出口开口(14)具有至少为所述入口开口(12)直径的两倍的长度和/或至多为所述入口开口(12)直径的一半的宽度。
11.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述出口开口(14)由中心轴向出口段和朝所述入口开口(12)延伸的两个侧向出口段限定。
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