CN103769570B - 连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，它包括上部开有内孔的水口侧壁、下部封闭的底部凹板、至少一个将水口侧壁与底部凹板连接为一体的侧支撑挂柱、设在水口侧壁下部的侧向出口，所述侧向出口为贯穿整个水口周向侧壁的环形出口，该环形出口向下倾斜α角，呈“伞形”，钢液可由所述水口侧壁的内孔注入，从所述侧向出口沿圆周方向均匀流出。与现有技术相比，本发明对初生坯壳不会产生冲刷破坏，使坯壳的厚度沿周向均匀分布；使结晶器内钢液的流场分布合理，结晶器上部流场形成上下两个环流，有利于保护渣的融化；使钢液的冲击深度小，有利于气体和夹杂物的上浮。本发明对铸坯断面直径在400mm以上的圆坯连铸更能发挥其优越性。

Description

连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口

技术领域

本发明属于连续铸钢领域，具体属于圆坯连铸结晶器浸入式浇铸水口装置。

背景技术

连铸结晶器浸入式水口是连续铸钢过程中广泛使用的装置，其主要作用是在钢液由中间包注入到连铸结晶器内的过程中，防止钢液二次氧化、喷溅，同时控制调节结晶器内钢液的流场及温度场，使钢液合理凝固，并使钢液中的气体和非金属夹杂物有效上浮。结晶器浸入式水口可以提高铸坯质量，有助于采用保护渣浇铸，使连铸操作稳定，其在连铸铸钢中广泛应用。连铸结晶器浸入式水口对连铸工艺效果的影响依赖于水口出口形状和形式的合理性，因此必须对结晶器浸入式水口的出口进行合理设计。

目前连铸圆坯所采用的浸入式水出口形式口主要有底出口式、侧出口式和底侧同时出口式。底出口式水口又称直通式水口，它是水口底部为出口，使钢液从水口底部沿结晶器高度方向直接流入结晶器，这种水口结构简单，但钢流的冲击深度大，不利于夹杂物和气体的上浮，结晶器上部钢液流动差，温度较低，使得结晶器内流场和温度分布不合理；侧出口式水口有三孔式水口、四孔式水口以及五孔式水口等，侧出口式水口是在水口的侧面设置出口，使钢液从水口下部的侧面流入结晶器，由于钢液从侧面的几个出口流出，形成了几股钢流，对初生的坯壳具有较强的冲刷所用，容易局部破坏初生坯壳，使凝固壳厚度不均，并使结晶器内的钢液流动和温度场不均匀，不利于钢液的均匀凝固；底侧同时出口式水口是水口底部有出口，同时侧面也具有出口，这种水口底部出口流出的钢液会使钢流冲击深度较大，不利于气体和夹杂物的上浮，侧面出口流出的钢液较少，对改善结晶器上部钢液的流动效果不明显。

在授权公告号CN2607214Y的实用新型专利中，公开了一种连铸结晶器浸入式水口，其具有四个侧出口和一个底出口，适用于方坯连铸。虽然其采用的侧出口和底出口为渐扩形结构，而且底出口相对较小，但是其底部出口流出的钢液仍然会产生较大的冲击深度，侧出口的钢流同样会对初生坯壳有冲击作用，而且渐扩形结构也使得较小断面的出口处容易受钢液的冲刷而磨损。

在申请公开号为CN102950275A的发明专利中，公开了一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口。这种水口为侧出口式水口，在侧面圆周方向上有四组出口，在水口高度方向上有三层出口，总共有12个出口。这种水口实际上是将侧出口沿水口高度方向上在一定距离内分散布置，每个出口的断面尺寸相对减小。此水口虽然减轻了钢流对初生坯壳某一局部的冲刷程度，但是沿结晶器高度方向上，其对初生坯壳的冲刷范围将会增加，而且其在圆周方向上流场和温度场的分布同样不均匀。

发明内容

本发明提供一种适用于圆坯连铸的结晶器浸入式水口，其要解决的技术问题是：使由水口注入到结晶器中的钢液具有沿圆周方向均匀分布的流场和温度场，避免流出的钢液流股对初生坯壳的冲刷而破坏初生坯壳，同时，使过热的钢液集中在结晶器上部，减小钢液的冲击深度，增加结晶器上部和弯月面附近钢液的温度，有助于保护渣的融化及钢液中夹杂物和气体的上浮，有利于铸坯的合理凝固和铸坯质量的改善。

本发明的技术方案是这样实现的：一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，它由上部开有内孔的水口侧壁1、下部封闭的底部凹板4、至少一个将水口侧壁1与底部凹板4连接为一体的侧支撑挂柱2及设在水口侧壁1下部的侧向出口3组成，所述侧向出口3为贯穿整个水口周向侧壁的环形出口，该环形出口向下倾斜α角，呈“伞形”，钢液可由所述水口侧壁1的内孔注入，从所述侧向出口3沿圆周方向均匀流出。

作为优选，本发明所述水口侧壁1的内孔断面为圆形，直径为d，其外壁断面也为圆形，直径为D。

作为优选，本发明所述侧向出口3的向下倾角α为5°～25°。

作为优选，本发明所述侧向出口3的高度H为15mm～45mm。

作为优选，本发明所述底部凹板4断面为圆形，外径与所述水口侧壁1的外径D相同，其上部有凹坑，凹坑直径与所述水口侧壁1的内径d相同，凹坑深度h为10mm～30mm。

作为优选，本发明所述侧支撑挂柱2断面为圆形或矩形，若所述侧支撑挂柱2为矩形断面，矩形断面的四个直角可以采用圆角代替。

作为优选，本发明所述侧支撑挂柱2的内边缘距所述水口侧壁1下出口处外缘距离B不小于30mm，其高度在浇铸过程中浸入到结晶器液面以下。

本发明提供的连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其下部侧向开口贯穿整个水口的周向侧壁，使钢液从侧向出口沿周向360°范围内均匀流入结晶器，这样可以使流出的钢液沿周向均匀分布，钢液流股对初生坯壳的冲刷降低到最小，不会破坏初生坯壳，避免了高温钢液对坯壳局部冲刷而影响钢液均匀凝固的弊端。为使钢液均匀从侧向出口流出，本浸入式水口设有底部凹板，底部凹板采用封闭式，不设置出口，有效减小了钢液的冲击深度，使钢液中的气体和夹杂物顺利上浮，可提高凝固铸坯的质量，底部凹板上表面设有凹坑，可以缓解钢液对底部凹板的冲刷，延长其使用寿命，使出口钢流分布更合理。为使底部凹板与上部水口侧壁有效连接，设置侧支撑挂柱，侧支撑挂柱距离水口侧壁的外边缘保持一定的距离，其对钢液的流出不产生阻碍作用，保证钢液可以从侧向出口沿圆周方向360°范围内均匀流出，侧支撑挂柱断面为圆形或带圆角的方形，对结晶器内流场的影响很小，不会改变结晶器内钢液的流动形式，侧支撑挂柱不易过高，在浇铸过程中保证侧支撑挂柱浸入到结晶器液面以下，防止保护渣对侧支撑挂柱的侵蚀。侧向出口向下有一定的倾斜角度，可以保证钢液流入结晶器后有一定的向下初速度，最终形成向上和向下两个环流，根据浇铸圆坯断面尺寸的不同，可以设定侧向出口的不同向下倾斜角度，获得向上和向下两个环流的合理流速和流场分布，保证过热钢液主要集中在结晶器上部，提高钢液液面的温度，有助于保护渣的融化，并使结晶器内钢液温度分布趋于均匀，扩大固液两相区的范围，有助于钢液凝固时等轴晶的生长，提高铸坯的凝固质量。

本发明提供的连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口适合于断面较大的圆形铸坯，对于铸坯断面直径在400mm以上的圆坯连铸更能发挥本水口的优越性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）此水口可以使钢液沿圆周方向均匀流入结晶器，对初生坯壳不会产生冲刷破坏，更不会局部冲刷坯壳，使坯壳的厚度沿周向均匀分布。

（2）此水口使结晶器内钢液的流场分布合理，结晶器上部流场形成上下两个环流，使结晶器上部及液面处钢液温度较高，有利于保护渣的融化，且钢液温度分布趋于均匀，固液两相区厚度增大，有利于等轴晶的生长。

（3）此水口使钢液的冲击深度小，有利于气体和夹杂物的上浮，增加铸坯的纯净度，减小偏析，提高铸坯的质量。

附图说明

图1是本发明连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口的结构示意图。

图2是图1中A-A剖视图。

图3是结晶器纵向对称面的流场。

图4是距液面50mm处结晶器横断面上的钢液流场。

图5是结晶器纵向对称面温度场。

图6是距液面100mm处结晶器内横断面上的温度场。

具体实施方式

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

参见图1，本发明提供的连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口由水口侧壁1，侧支撑挂柱2，侧向出口3和底部凹板4组成，这四部分一般采用铝碳质或石英质耐火材料通过等压成型。针对断面直径为600mm的圆坯连铸，本发明水口各部分的参数尺寸为：水口侧壁1的内径d尺寸为Φ60mm，外径D尺寸为Φ120mm；侧向出口3的高度尺寸H为30mm，侧向出口3的向下倾角α为15°；底部凹板4外径与水口侧壁的外径D尺寸相同，为Φ120mm，内部凹坑直径与水口内径d尺寸相同，为Φ60mm，凹坑深度h为15mm。侧支撑挂柱2断面为圆形，直径为Φ30mm，侧支撑挂柱内边缘距水口侧壁1外壁的距离B尺寸为30mm，高度为175mm，采用3个侧支撑挂柱，沿圆周方向120°均匀布置，如图2所示。

此结构参数的水口用于直径为Φ600mm的圆坯连铸，对结晶器内钢液的流场和温度场进行数值模拟分分析，流场的模拟分析结果如图3所示，温度场的模拟分析结果如图4、图5所示。由图3可以看出，钢液沿结晶器高度方向上形成上下两个环流，从侧向出口流出的钢液对初生坯壳的冲刷很弱，不会破坏初生坯壳，钢液的冲击深度较小，有利于钢液中气体和夹杂物的上浮。从图4可以看出，结晶器横断面上流场分布均匀，钢液流股对初生坯壳不会产生局部冲刷，不会出现坯壳厚度沿圆周方向分布不均的问题。从图5可以看出，过热的钢液大部分集中在结晶器上部，提高了结晶器上部和液面处钢液的温度，有利于保护渣的融化。从图6可以看出，沿圆周方向钢液温度分布均匀，同时沿径向钢液温度差较小，扩大了固液两相区的范围，有利于钢液的均匀凝固和等轴晶的生长，可以提高铸坯的凝固质量。

Claims (8)

1.一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，它包括上部开有内孔的水口侧壁(1)、下部封闭的底部凹板(4)、至少一个将水口侧壁(1)与底部凹板(4)连接为一体的侧支撑挂柱(2)、设在水口侧壁(1)下部的侧向出口(3)，所述侧向出口(3)为贯穿整个水口周向侧壁的环形出口，该环形出口向下倾斜α角，呈“伞形”，钢液可由所述水口侧壁(1)的内孔注入，从所述侧向出口(3)沿圆周方向均匀流出。

2.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，所述水口侧壁(1)的内孔断面为具有内径(d)的圆形，所述水口侧壁(1)的外壁断面为具有外径(D)的圆形。

3.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，所述侧向出口(3)的向下倾角α为5°～25°。

4.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，所述侧向出口(3)的高度H为15mm～45mm。

5.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，所述底部凹板(4)断面为圆形，外径与所述水口侧壁(1)的外径(D)相同，其上部有凹坑，凹坑直径与所述水口侧壁(1)的内径(d)相同，凹坑深度(h)为10mm～30mm。

6.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，所述侧支撑挂柱(2)断面为圆形或矩形，若所述侧支撑挂柱(2)为矩形断面，矩形断面的四个直角采用圆角代替。

7.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，所述侧支撑挂柱(2)的内边缘距所述水口侧壁(1)下出口处外缘距离(B)不小于30mm，其高度在浇铸过程中浸入到结晶器液面以下。

8.根据权利要求1所述的一种连铸圆坯结晶器伞形浸入式水口，其特征在于，所述水口侧壁(1)与底部凹板(4)之间采用三个侧支撑挂柱(2)连接，所述三个侧支撑挂柱(2)沿圆周方向120°均匀布置。