CN104117666B - 矩型坯浇铸用浸入式水口及其布置结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矩型坯浇铸用浸入式水口及其布置方式，浸入式水口包括：呈环体状，形成有中空内腔的侧壁，所述侧壁的上端面形成有呈圆形的第一开口，所述侧壁的下端面形成有呈十字形的第二开口，所述第一开口的圆心与所述第二开口的中心均位于所述侧壁的轴线上，所述第一开口的面积与所述第二开口的面积相等；所述中空内腔由所述第一开口的边缘沿准母线的方向对应延伸至所述第二开口的边缘贯通形成。本发明通过上述方案能在结晶器内形成稳定均匀的流场，提高钢液的热中心和结晶器断面，尤其是横向方向的温度和成分均匀性，利于钢液中非金属夹杂物的上浮去除和初生坯壳的生长，改善铸坯组织和表面质量。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，属于钢坯浇铸过程，特别涉及一种矩型坯浇铸用浸入式水口及其布置结构。
背景技术
连续铸钢是将钢液连续冷凝呈钢坯的技术。中间包中的钢液通过由耐火材料制备的浸入式水口连续不断的注入结晶器中，冷却后形成铸坯。浸入式水口可以将钢液和空气隔绝开来，防治钢水在浇铸过程中的二次氧化，提高钢水纯净度；设计合理的水口和水口的布置方式、可以得到稳定、均匀的结晶器流场，以确保初生坯壳的正常生长，并促使钢水中夹杂物迅速上浮，实现高品质钢的连续、低成本生产。
矩型坯结晶器内腔断面呈矩型，要获得更好的结晶器流场，就须针对矩型坯结晶器特点，重新设计浸入式水口和布置方式。
现有技术中，矩型坯的浸入式水口及浇铸方式主要有二种：
一是采用一个直通型半浸入式水口进行半敞开式浇铸，水口下端插入结晶器内，水口上端呈漏斗形，与中间包底面有一定距离。这种方式可以降低注流的冲击，但是不能实现钢水的全保护浇铸，导致部分钢液被氧化，降低了钢水纯净度。
二是在此基础上作了改进，使水口上端与中间包底部相连，依然采用一个直通型浸入水口进行浇铸，可实现全保护浇铸。然而，直通型水口中钢水冲击深度较大，钢液热中心下移，不利于夹杂物的上浮和初生坯壳的的生长。同时，直通型水口流出的钢液较为集中，使整个矩型坯横向温度、成分差异较大，容易导致裂纹和偏析等质量缺陷。
基于上述原因可知，现有技术下矩型坯结晶器浸入式水口及其布置方式难以满足矩型坯生产过程中的低成本和稳定生产的要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例一方面提供了一种矩型坯浇铸用浸入式水口，其包括：呈环体状，形成有中空内腔的侧壁，所述侧壁的上端面形成有呈圆形的第一开口，所述侧壁的下端面形成有呈十字形的第二开口，所述第一开口的圆心与所述第二开口的中心均位于所述侧壁的轴线上，所述第一开口的面积与所述第二开口的面积相等；所述中空内腔由所述第一开口的边缘沿准母线的方向对应延伸至所述第二开口的边缘贯通形成；其中，所述准母线为所述第一开口边缘上的一点与所述第二开口边缘上的一点的连线，所述第一开口边缘上的一点由准轴线截面与所述第一开口边缘相交形成，所述第二开口边缘上的一点由所述准轴线截面与所述第二开口边缘相交形成，所述准轴线截面为以所述浸入式水口的轴线为边且垂直于所述上端面和所述下端面的平面。
在如上所述的浸入式水口中，优选地，所述第二开口的边缘包括：左边缘、上边缘、右边缘和下边缘，所述左边缘、所述上边缘、所述右边缘和所述下边缘依次连接以围成第二开口，所述左边缘和所述右边缘关于所述下端面所在的平面内的Y轴方向对称，所述上边缘和所述下边缘关于所述下端面所在的平面内的X轴方向对称，X轴方向和Y轴方向相互垂直且均通过所述第二开口的中心。
在如上所述的浸入式水口中，优选地，所述左边缘包括左上段、左下段和位于所述左上段和所述左下段之间的第一中心段，所述左上段的一端、所述第一中心段的一端和另一端、和所述左下段的一端依次连接，所述左左段为竖直线段；上边缘包括上左段、上右段和位于所述上左段和所述上右段之间的第二中心段，所述上左段的一端、所述第二中心段的一端和另一端、和所述上右段的一端依次连接，所述左上段的另一端与所述上左段的另一端连接，所述上上段为水平线段。
在如上所述的浸入式水口中，优选地，所述左下段与所述第一中心段的连接处、所述第一中心段和所述左上段的连接处、所述左上段与所述上左段的连接处、所述上左段与所述第二中心段的连接处、所述第二中心段与所述上右段的连接处均倒圆角。
在如上所述的浸入式水口中，优选地，垂直于所述侧壁轴线的水平面与所述侧壁相交形成的截面含有第三开口，所述第三开口的边缘楞角处倒圆角。
在如上所述的浸入式水口中，优选地，所述侧壁的上端面为环形，所述侧壁的下端面为外圆内十字状组合形。
本发明实施例另一方面还提供了一种矩型坯浇铸用浸入式水口的布置结构，其如下：在结晶器内浇注区域放置一个浸入式水口；所述浸入式水口的轴线与所述结晶器内浇注区域的中心线重合，其中，所述浸入式水口为前述浸入式水口。
在如上所述的布置结构中，优选地，所述浸入式水口的上端面与中间包的底部相连。
在如上所述的布置结构中，优选地，所述浸入式水口的下端面插入钢液后，深入至所述结晶器的上部钢液液面下的距离范围为20mm～80mm。
在如上所述的布置结构中，优选地，所述浸入式水口的轴线与矩型坯的中心线重合。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)、通过采用上下通透的变截面水口，不仅可以稳定浸入式水口内钢液的流动性，还可以分散浸入式水口下部流动钢液的冲击力度，在结晶器内形成稳定均匀的流场，提高钢液的热中心，也可提高结晶器断面，尤其是横向方向的温度和成分均匀性，有利于钢液中非金属夹杂物的上浮去除和初生坯壳的生长，可以降低铸坯柱状晶比例和偏析，改善铸坯组织和表面质量，也可提高钢水纯净度，从而提高了生产的稳定性。
(2)、结构简单，易于制造，可降低浸入式水口加工难度。
(3)、使用寿命长，可降低生产成本。
(4)、浸入式水口的下端为通孔，更换浸入式水口过程时，浸入式水口中不存留钢液，可保证操作人员的安全生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种矩型坯浇铸用浸入式水口的立体结构示意图；
图2为沿图1的A-A线剖切后的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种矩型坯浇铸用浸入式水口的上端面的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种矩型坯浇铸用浸入式水口的下端面的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种浸入式水口布置于结晶器内的横截面的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1-4，本发明实施例提供了一种矩型坯浇铸用浸入式水口，其包括：侧壁1，该侧壁1呈环体状，沿其轴线方向Z在侧壁1的中部形成有上下通透的通孔，即侧壁1的上下端均敞开。侧壁1包括上端面11、下端面12、外侧面13和内侧面14，上端面11形成有第一开口110，换言之第一开口由通孔与上端面11所在的平面相交形成，第一开口呈圆形；下端面12形成有第二开口120，换言之第二开口由通孔与下端面12所在的平面相交形成，第二开口呈十字形，第二开口的中心与第一开口的圆心均在侧壁1的轴线方向Z上(或在侧壁1的轴线方向上呈投影对应关系)；通孔内为中空内腔10，即侧壁的内侧面14与上、下端面分别所在的平面围成的空间为中空内腔10，应用时，中空内腔10用于作为中间包内的钢液流入结晶器内的通道。具体地，中空内腔10由第一开口110的边缘上的所有点沿与所有点对应的准母线的方向延伸至第二开口120的边缘贯通形成，其中，与第一开口110的边缘上的某一点对应的准母线指的是该某一点和第二开口的边缘上的一点的连线，该某一点由准轴线截面与第一开口边缘相交形成，该第二开口边缘上的一点由准轴线截面与第二开口边缘相交形成，该准轴线截面为以浸入式水口的轴线(侧壁的轴线)为边且垂直于上端面和下端面的平面，即该某一点和第二开口边缘上的一点分别由以轴线为边的准轴线截面与第一开口边缘和第二开口边缘相交形成，也就是说在准轴线截面上呈对应关系的第一边缘上的某一点和第二边缘上的一点连接形成准母线。参见图1，以第一开口的边缘上的C点为例，侧壁的轴线为第二开口的中心O1和第一开口的圆心O2的连线，以轴线为边且过C点的准轴线截面与第二开口的边缘相交于B点，则B点和C点之间的连线为与C点对应的准母线。与第一开口的边缘上其他点对应的准母线可以按照与第一开口的边缘上的该某一点(例如C点)对应的准母线形成的方式形成。中空内腔10在水平方向上的任一截面的形状(或水平面与内侧面相交形成的截面)与第一开口110的形状不同，为变截面，因此该浸入式水口称为变截面的浸入式水口。为了使内腔内流通的钢液流速稳定均匀，第一开口110的面积与第二开口120的面积相等。
为了操作方便，侧壁1的外侧面13呈圆柱形，即上端面11由第一外圆形和第一开口围成，换句话说上端面呈环形，第一外圆形的半径大于第一开口的半径；侧壁1的下端面12由第二外圆形和第二开口围成，换句话说下端面为外圆内十字状组合形，第二外圆形的半径大于第二开口的内径。优选地，第一外圆形的圆心和第一开口的圆心重合(同心圆)，第二外圆形的圆心和第二开口的中心重合。
第二开口120的边缘包括左边缘121、右边缘123、上边缘122和下边缘124，左边缘121的一端、上边缘12的一端和另一端、右边缘123的一端和另一端、下边缘124的一端和另一端、和左边缘121的另一端依次连接形成封闭的形状以围成第二开口，左边缘121和右边缘123关于下端面所在的水平面内的Y轴方向对称，上边缘122和下边缘124关于下端面所在的水平面内的X轴方向对称，位于下端面内的X轴方向和Y轴方向相互垂直且均通过第二开口的中心。此时以平行于由Y轴方向和轴线形成的平面的任一平面截包含上边缘和下边缘的侧壁，得到的内侧面的断面形状为等腰梯形；以平行于由X轴方向和轴线形成的平面的任一平面截包含左边缘和右边缘的侧壁，得到的内侧面的断面形状也为等腰梯形。
由于左边缘和右边缘的结构对称，上边缘和下边缘的结构对称，下面以左边缘和上边缘为例对第二开口的边缘的结构进行说明，参见图4，左边缘121包括左上段1210、左下段1211和第一中心段1212，左上段1210的一端、第一中心段1212的一端和另一端、和左下段1211的一端依次连接形成向左的凹口(右侧开口)，进一步地，第一中心段1212为竖直线段即与Y轴方向平行。左上段和左下段优选均为弧形线段。上边缘122包括上左段1221、上右段1222和第二中心段1220，上左段1221的一端、第二中心段1220的一端和另一端、和上右段1222的一端依次连接形成向上的凹口(下侧开口)，进一步地，第二中心段为水平段即与X轴方向平行。上左段和上右段优选均为弧形线段。第二开口的边缘的棱角处均倒圆角。
为了进一步在结晶器内形成稳定均匀的流场，中空内腔10沿水平方向的任一截面的边缘楞角处倒圆角，换句话说侧壁1的内侧面沿水平方向的任一截面的边缘楞角处倒圆角。
由于浸入式水口的中空内腔内流通的钢液温度极高，为了提到浸入式水口的耐温性能，浸入式水口的材质为耐火材料。
本发明还提供了一种矩型坯浇铸用浸入式水口的布置结构，参见图5，应用上述的浸入式水口在结晶器内浇铸时，一个上述浸入式水口放置在结晶器内浇注区域(浇注点)，且该浸入式水口的轴线与结晶器内浇注区域(浇注点)的轴线重合(该浸入式水口的轴心与结晶器内浇注区域的轴心重合)。承载钢液的中间包位于浸入式水口的上部，浇铸时，中间包内的钢液经浸入式水口流入结晶器内，在结晶器的作用下形成矩型坯2，该结晶器可称为矩型坯结晶器。
为使钢液浇铸深度合理，在浇铸时，浸入式水口的上端面与中间包的底部相连，浸入式水口的下端面插入钢液后，下端面距离钢液液面的距离为20～80mm，优选为60mm。
浸入式水口的轴线与矩型坯竖直方向上的中心线(即经过图5中矩型坯2的中心点且垂直于纸面的法线方向)重合(即技术人员常说的浸入式水口的轴心O1与矩型坯的中心重合)以得到温度和成分均匀的矩型坯。
综上所述，本发明实施例的有益效果如下：
(1)、通过采用上下通透的变截面水口，不仅可以稳定浸入式水口内钢液的流动稳定性，还可以分散浸入式水口下部流动钢液的冲击力度，在结晶器内形成稳定均匀的流场，提高钢液的热中心，也可提高结晶器断面，尤其是横向方向的温度和成分均匀性，有利于钢液中非金属夹杂物的上浮去除和初生坯壳的生长，可以降低铸坯柱状晶比例和偏析，改善铸坯组织和表面质量，也可提高钢水纯净度。
(2)、结构简单，易于制造，可降低浸入式水口加工难度。
(3)、使用寿命长，可降低生产成本。
(4)、浸入式水口的下端为通孔，更换浸入式水口过程时，浸入式水口中不存留钢液，可保证操作人员的安全生产。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (6)
1.一种矩型坯浇铸用浸入式水口，其特征在于，所述浸入式水口包括：
呈环体状，形成有中空内腔的侧壁，所述侧壁的上端面形成有呈圆形的第一开口，所述侧壁的下端面形成有呈十字形的第二开口，所述第一开口的圆心与所述第二开口的中心均位于所述侧壁的轴线上，所述第一开口的面积与所述第二开口的面积相等；垂直于所述侧壁的轴线的水平面与所述侧壁相交形成的截面含有第三开口，所述第三开口的边缘楞角处倒圆角；
所述侧壁的上端面为环形，所述侧壁的下端面为外圆内十字状组合形；
所述中空内腔由所述第一开口的边缘沿准母线的方向对应延伸至所述第二开口的边缘贯通形成；
其中，所述准母线为所述第一开口边缘上的一点与所述第二开口边缘上的一点的连线，所述第一开口边缘上的一点由准轴线截面与所述第一开口边缘相交形成，所述第二开口边缘上的一点由所述准轴线截面与所述第二开口边缘相交形成，所述准轴线截面为以所述浸入式水口的轴线为边且垂直于所述上端面和所述下端面的平面。
2.根据权利要求1所述的浸入式水口，其特征在于，所述第二开口的边缘包括：左边缘、上边缘、右边缘和下边缘，所述左边缘、上边缘、右边缘和下边缘依次连接以围成第二开口，所述左边缘和所述右边缘关于所述下端面所在的平面内的Y轴方向对称，所述上边缘和所述下边缘关于所述下端面所在的平面内的X轴方向对称，X轴方向和Y轴方向相互垂直且均通过所述第二开口的中心。
3.根据权利要求2所述的浸入式水口，其特征在于，所述左边缘包括左上段、左下段和位于所述左上段和所述左下段之间的第一中心段，所述左上段的一端、所述第一中心段的一端和另一端、和所述左下段的一端依次连接，所述第一中心段为竖直线段；
上边缘包括上左段、上右段和位于所述上左段和所述上右段之间的第二中心段，所述上左段的一端、所述第二中心段的一端和另一端、和所述上右段的一端依次连接，所述左上段的另一端与所述上左段的另一端连接，所述第二中心段为水平线段。
4.根据权利要求3所述的浸入式水口，其特征在于，所述左下段与所述第一中心段的连接处、所述第一中心段和所述左上段的连接处、所述左上段与所述上左段的连接处、所述上左段与所述第二中心段的连接处、所述第二中心段与所述上右段的连接处均倒圆角。
5.一种矩型坯浇铸用浸入式水口的布置结构，其特征在于，所述布置结构如下：
在结晶器内浇注区域放置一个浸入式水口；
所述浸入式水口的上端面与中间包的底部相连；
所述浸入式水口的轴线与所述结晶器内浇注区域的中心线重合；
所述浸入式水口的轴线与矩型坯的中心线重合；
其中，所述浸入式水口为上述权利要求1～4中任一权利要求所述的浸入式水口。
6.根据权利要求5所述的布置结构，其特征在于，所述浸入式水口的下端面插入钢液后，深入至所述结晶器的上部钢液液面下的距离范围为20mm～80mm。
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