CN108927511B - 一种防止出口偏流的长水口 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止出口偏流的长水口，属于冶金连铸技术领域。该长水口的上部设有一个扩张段，该扩张段由一个圆锥台和一个倒圆锥台组成。扩张段的最大直径为直筒段直径的1.2～3.0倍。该扩张段能起到促进钢液在长水口内预混匀的作用，从而防止出口射流的偏流运动。所获得的射流可以与中间包注流区内钢液有效的混匀，防止偏流冲击所带来的底部耐火材料的不均匀侵蚀和偏心“渣眼”的产生，从而提高中间包的冶金效果。

Description

一种防止出口偏流的长水口

技术领域

本发明涉及冶金连铸技术领域，特别是指一种防止出口偏流的长水口。

背景技术

在现代钢铁冶金生产工艺中，随着各精炼设备和技术(如LF和RH精炼炉)的引入，钢液的洁净度得到了有效的改善和控制。中间包作为钢液凝固前的最后一个冶金设备，所承担的洁净钢液的任务大大降低；相反，中间包耐火材料的冲刷侵蚀反而会污染钢液，长水口附近形成的“渣眼”会导致钢液的裸露和二次氧化的发生。因此，控制长水口以及中间包注流区的钢液流动行为变得愈加重要。

在钢液连铸过程中，长水口上部的滑动水口通常不是完全打开的，钢液是沿着滑动水口的开口侧进入长水口的。采用普通的直筒形长水口时，钢液主流股进入长水口后会首先冲击到长水口内壁的一侧，然后分散到整个长水口内；由于该分散效应的有限性，出口射流会以一定偏角度从出口流出。对于长水口自身，入口处的偏流运动可能会导致长水口的局部应力集中和冲刷侵蚀的发生。对于中间包，这一带有偏角度的射流一方面可能会冲击到中间包底部无湍流抑制器的区域，引起中间包包壁的严重侵蚀；另一方面，长水口射流所伴随的氩气会集中于长水口的一侧而溢出，可能导致偏心“渣眼”产生。

现有的长水口设计没有考虑到长水口内部的非对称湍流结构和出口偏流的运动特点，多数只是限于钢液的流量控制、密封和吹氩保护等技术。然而，长水口内氩气的动量相对于钢液的动量来说很小，氩气对于长水口内钢液流动的影响几乎可以忽略不计。本发明人之前提出的实用新型专利《一种耗散型钢包长水口》(申请号：CN201320565052.4)是由一个直筒段、三个“葫芦形”扩张段和出口喇叭段构成，形状复杂且没有考虑防止出口偏流的功能。发明专利《一种多功能吹氩长水口》(申请号：CN201410244739.7)、发明专利《改善双流中间包单流浇注条件下钢液流动的长水口及方法》(申请号：CN201810003255.1)和实用新型专利《一种浸入式开浇用钢包长水口》(申请号：CN201621488358.4)等均无法实现防止出口偏流的功能，有的反而会增强出口的偏流运动趋势。实用新型专利《一种中包浸入开浇长水口》(申请号：CN201721254857.1)提出的长水口的中空结构为锥形的，能起到一定的钢液预混和缓解内部偏流的作用，但其入口段和出口段均为直筒形的，并且其出口直筒段较短，仍然无法实现避免出口偏流的作用。发明专利《一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置及吹氩方法》(申请号：CN201711282961.6)所提出的中空贮流区为近似长方体结构，也能起到一定的预混匀作用，但其入口段为直筒形，出口的喇叭段破坏了之前的预混效应，也反而会加剧出口的偏流运动。

发明内容

本发明结合文献调研和大涡数值模拟研究结果，注意到滑动水口不完全打开的特点，并且发现了长水口内湍流结构的非对称性和出口偏流的运动趋势。针对实际连铸生产中的工况条件，提供一种防止出口偏流的长水口，在长水口碗部的下方设计了一个扩张段，可以有效实现钢液在长水口内的预混匀，配合出口直筒段的设计可以防止出口偏流运动的产生。

该长水口本体结构的内部通道从上到下依次由碗部、一个扩张段和直筒段相连组成；其中，扩张段由一个圆锥台部分和一个倒圆锥台部分组成，圆锥台部分和倒圆锥台部分共用一个底面，底面直径为扩张段的最大直径；扩张段的下部连接直筒段，直筒段浸入中间包熔池内进行浇注；碗部设置氩气吹气孔。

直筒段的高度与整个长水口本体结构的高度的比例≥1/2，即扩张段位于长水口的上部，从而给予直筒段足够的空间实现长水口主流股的矫正和对中。

扩张段的最大直径为直筒段直径的1.2～3.0倍；扩张段的高度为直筒段直径的2.0～10.0倍，从而提供充足的容积实现钢液在长水口上部的预混匀效果。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明长水口在上部设有充足的扩张段，扩张段的角度顺应入口流股偏流的运动趋势，且能实现钢液在长水口内预混匀的效果，进而有效缓解长水口内侧壁的非均匀冲刷侵蚀和热振效应，延长长水口的使用寿命。在长水口正下方的中间包底部一般设有增强型耐火材料(如冲击垫)或湍流抑制器等控流装置，偏流的出口射流可能会冲击到非增强区域而引起底部包壁的严重侵蚀，矫正的长水口射流能够准确冲击到这些控流装置的中心区域，从而实现有效的中间包流场控制。另外，该长水口可以避免氩气只从长水口的一侧溢出而形成的偏心“渣眼”，从而提高中间包的冶金效果。

附图说明

图1为本发明的防止出口偏流的长水口结构示意图。

其中：1-长水口本体结构；2-碗部；3-扩张段；4-直筒段；5-氩气吹气孔；6-圆锥台部分；7-倒圆锥台部分；d-直筒段的直径；D-扩张段的最大直径；h1-扩张段的高度；h2-直筒段的高度；H-长水口的总高度。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种防止出口偏流的长水口。

如图1所示，长水口本体结构1设有中空的内部通道，中空通道首先包括上部的碗部2，用于连接滑动水口，长水口碗部2的本体上设有氩气吹气孔5。碗部2下方设有由圆锥台部分6和倒圆锥台部分7组成的扩张段3，用于钢液在长水口内的预混匀。扩张段3下方设有出口直筒段4，其直径为d。其中，扩张段3的最大直径D与直筒段4的直径d的比例范围为：D/d＝1.2～3.0；扩张段3的高度h1与直筒段直径d的比例范围为：h1/d＝2.0～10.0。直筒段4的高度h2与长水口的总高度H的比例范围为：h2/H≥1/2。

实施例一：在进行优质碳素钢08Al方坯的生产时，采用120吨钢包和25吨中间包进行浇注，长水口用于连接钢包和中间包进行保护浇注。使用该新型长水口的尺寸为：直筒段4直径d＝70mm，扩张段3的最大直径D＝110mm，D/d＝1.57；扩张段3的高度h1＝400mm，h1/d＝5.71。直筒段4的高度h2为660mm，长水口的总高度H为1200mm，h2/H＝0.55。

实施例二：在进行304不锈钢方坯的连铸生产时，采用150吨钢包和30吨中间包进行浇注，长水口用于连接钢包和中间包来实现保护浇注。使用该新型长水口的尺寸为：直筒段4的直径d＝90mm，扩张段3的最大直径D＝120mm，D/d＝1.33；扩张段3的高度h1＝500mm，h1/d＝5.55。直筒段4的高度h2为1000mm，长水口的总高度H为1600mm，h2/H＝0.63。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种防止出口偏流的长水口，其特征在于：长水口本体结构(1)的内部通道从上到下依次由碗部(2)、一个扩张段(3)和直筒段(4)相连组成；其中，扩张段(3)由一个圆锥台部分(6)和一个倒圆锥台部分(7)组成，圆锥台部分(6)和倒圆锥台部分(7)共用一个底面，底面直径为扩张段(3)的最大直径；扩张段(3)的下部连接直筒段(4)，直筒段(4)浸入中间包熔池内进行浇注；碗部(2)设置氩气吹气孔(5)；

所述直筒段(4)的高度与整个长水口本体结构(1)的高度的比例为0.55～0.63；

所述扩张段(3)的最大直径为直筒段(4)直径的1.33～1.57倍；所述扩张段(3)的高度为直筒段(4)直径的5.55～5.71倍。