CN109570482A - 一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口及使用方法，属于异型坯连铸技术领域。该水口包括等径段以及变径段，等径段内侧横截面为圆形，等径段与变径段连接构成浸入式水口本体，等径段与变径段连接处内侧横截面为圆形，变径段自由端内截面为椭圆形，变径段分别沿X方向、Y方向和Z方向设有通孔X、通孔Y和通孔Z。本发明在异型坯单点保护浇铸时，可降低钢水流速，减少钢水在结晶器内的冲击深度，均匀化流场和温度场，不会对结晶器壁面造成冲刷，铸坯凝结不受影响，所得产品缺陷少、质量高，具有结构简单、使用方法方便、易于实施的优点。

Description

一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口及使用 方法

技术领域

本发明涉及异型坯连铸技术领域，更具体的说，涉及一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口及使用方法。

背景技术

钢的连续浇注是将具有一定过热度的液态钢水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，在此过程中，需要有一个耐火材料制作的套管将钢水从中间包注入结晶器内，该耐火材料套管被称为浸入式水口。浸入式水口是安装在中间包底板并插入结晶器液面以下，其主要作用是防止钢水的二次氧化、氮化、喷溅，同时避免液面卷渣、调节结晶器内钢水的流动模式和温度分布，从而促使结晶器内的坯壳均匀无缺陷生长，并尽量减少钢水中含有的气体和非金属夹杂物。

异型坯连铸机的结晶器断面形状复杂，结晶器与中间包之间空间狭小，一般采用双定径水口+半浸入式水口的敞开浇注工艺生产。半浸入式水口使用套圈支架支撑在结晶器的翼缘三角区上，浇注过程中钢流的散流、偏流问题造成水口结冷钢，要通过调整半浸入式水口的位置或吹氧来解决，钢水的二次氧化问题造成的钢水污染，是该浇注模式无法解决的、制约产品质量的根本性问题。该种敞开浇注模式二次氧化严重，无法浇铸含铝、稀土、钛等易被氧化元素的钢种，制约了有优异力学性能的异型坯钢种的开发。

现有的报道中，有在异型坯结晶器的腹板位置处安装浸入式水口来实现塞棒+浸入式水口的全保护浇注模式，但异型坯结晶器横截面腹板位置处的宽度很窄，一般为70～120mm，在如此窄的尺寸位置处布置水口易导致腹板裂纹等质量缺陷，其原因是从水口流出的钢流速度达到1-3米/秒，快速流动的钢水会冲刷腹板处新凝固的铸坯，造成腹板凝固位置处凝固的不稳定。

经检索，中国专利申请号为201320689894.0，申请日为2013.11.01的“用于板坯或异型坯连铸制动式浸入水口”，其公开了一种用于板坯或异型坯连铸制动式浸入水口，包括水口侧壁、与侧壁一体的底部以及侧壁与底部围成的顶部开口的人字形内孔，内孔的两个开口端的侧壁上分别设置有向下倾斜的流道孔，流道孔的入口与开口端连通，本实用新型利用钢水自身的初动能和特定运动轨迹作用结晶器内已有的钢水，从而改变钢水流场的方式，相较电磁制动更为节能，而利用用于板坯或异型坯连铸制动式浸入水口在连铸过程中，如果发现垂直方向位置不合适，可以通过在线更换不同形式的浸入式水口或微调中间罐高度或微调铸坯拉速，实现制动式浸入水口对结晶器内钢水流动制动的优化。该技术将水口内腔进行了特殊设计，使钢水能从水口的流道孔中以旋转的方式流出；其水口底部虽然向两侧稍稍扩展，但扩展幅度不大，水口的外观仍然与直筒形水口类似，相较于异型坯结晶器腹板位置处的宽度，该直筒型水口的外径仍然过大，若将该水口插入至异型坯结晶器的狭窄腹板位置处，钢水的注入点仍然是腹板位置处，从该水口下流道孔通道流出的旋转钢水仍然会冲刷薄弱的铸坯腹板处，易引起腹板裂纹等质量缺陷。

又如中国专利申请号为201720087176.4，申请日为2017.01.23的“一种带有喇叭口的连铸浸入式水口”，其披露了炼钢厂板坯连铸浸入式水口结构的改进，特别是一种带有喇叭口的连铸浸入式水口，连铸浸入式水口的水口管内径为60mm，在连铸浸入式水口的下端设置着扩径圆柱筒，扩径圆柱筒的内径为100mm，长度为400mm，其中连铸浸入式水口水口管通过过渡圆锥管连接扩径圆柱筒，过渡圆锥管的长度为200-250mm。其结构简单合理，浸入式水口由上到下管内径变大，可降低钢水流速，减小钢水在结晶器内的冲击深度，降低浇注过程堵流现象，保证连铸浇注过程顺利进行，降低消耗，降低职工劳动强度，降低成本；但将该浸入式水口应用到异型坯结晶器单点浇铸时，由浸入式水口流出钢水对结晶器窄面的冲刷严重，钢水的流动性差，不利于结晶器内钢水的同步结晶，不利于生产。

综上所述，两篇专利文献分别针对浸入式水口安装后不可调节，以及降低钢水流速，降低浇铸时堵流的问题提出了解决方案，但两种方案，均不能解决异型坯单点保护浇铸流场和温度场不均匀，以及不会对结晶器壁面造成冲刷，对结晶器造成侵蚀的问题。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有浸入式水口进行异型坯单点保护浇铸时，钢水对结晶器冲刷严重，在结晶器内冲击深度大，影响铸坯凝结和铸坯缺陷多的问题，本发明提供一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，该浸入式水口在异型坯单点保护浇铸时，可降低钢水流速，减少钢水在结晶器内的冲击深度，均匀化流场和温度场，不会对结晶器壁面造成冲刷，铸坯凝结不受影响，所得产品缺陷少、质量高。

本发明的另一目的是针对异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口提供一种使用方法，方法简单，易于实现。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，包括等径段以及变径段，所述的等径段内侧横截面形状为圆形，等径段与变径段连接构成浸入式水口本体，等径段与变径段连接处内侧横截面形状为圆形，所述变径段自由端内截面形状为椭圆形，变径段分别沿X方向、Y方向和Z方向设有通孔X、通孔Y和通孔Z。

作为本发明优选的方案，所述的通孔X位于变径段椭圆形截面长轴方向的两侧表面。

作为本发明优选的方案，所述的通孔Y位于变径段椭圆形截面短轴方向一侧表面上，且与水平线夹角为α，α的取值范围为0-15°，且α的取值不为0。

作为本发明优选的方案，所述的通孔Y包括通孔Y₁和通孔Y₂，通孔Y₁与通孔X直径相等。

作为本发明优选的方案，所述的通孔Z数量为一个以上，通孔Z与通孔X和通孔Y各孔面积之和大于等径段与变径段连接处内侧横截面面积。

作为本发明优选的方案，所述的等径段水口壁厚为2-4mm，变径段水口壁厚为3-5mm。

作为本发明优选的方案，所述的变径段长度为浸入式水口本体长度的20％-30％。

作为本发明优选的方案，所述的变径段底面内短轴与等径段外径的比值为1.5-2.0：1。

作为本发明优选的方案，所述的变径段底面内长轴为等径段外径的比值为3.0-4.0：1。

本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口的使用方法，所述的浸入式水口等径段自由端安装在中间包内，将连接好的浸入式水口放置于结晶器一侧翼缘浇铸口内，浸入式水口变径段椭圆形内截面长轴与结晶器窄面平行，变径段椭圆形内截面短轴与结晶器宽面平行，通孔Y朝非浇铸侧结晶器窄面方向设置。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，浸入式水口包括等径段以及变径段，等径段内侧横截面为圆形，等径段与变径段连接构成浸入式水口本体，等径段与变径段连接处内侧横截面为圆形，变径段自由端内截面为椭圆形，通过在浸入式水口本体上设置变径段降低进入结晶器内的钢水流速，减少钢水的冲击深度，减少对结晶器内已经凝固坯壳的冲刷，优化铸坯凝固的环境，使得铸坯缺陷减少，质量提高，保证连铸过程顺利进行，提高了连铸机的作业率；

(2)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，变径段分别沿X 方向、Y方向和Z方向设有通孔X、通孔Y和通孔Z，浸入式水口插入点为异型坯结晶器一侧翼缘处，距离异型坯结晶器非浇铸侧翼缘处距离较大，钢水流动到非浇铸侧翼缘处所需要的时间较长，不利于异型坯结晶器流场的均匀化，结晶器内的温度场差异也较大，不利于铸坯的同步凝固，在浸入式水口不同方向设置不同的通孔、使得浸入式水口钢水流向X方向、Y方向和Z方向，达到分流的效果，水口流出钢水到达结晶器内各处所需时间缩短，优化结晶器内钢水流场，使结晶器内温度场较为均匀化，不会对铸坯凝固造成影响，减少铸坯中的缺陷，确保了铸坯的质量；

(3)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，通孔X位于变径段椭圆形截面长轴方向的两侧表面，将流入异型坯结晶器中的部分钢水引入浇铸侧翼缘，减小了浸入式水口底部射流的冲击深度，减少钢水流入浇铸侧翼缘、翼梢的时间，均匀异型坯结晶器中翼缘、翼梢的钢水的温度和成分；

(4)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，通孔Y位于变径段椭圆形截面短轴方向一侧表面上，且与水平线夹角为α，α的取值范围为0-15°，且α的取值不为0；为了保证Y方向的钢水射流足够远，并且不会对异型坯结晶器表面钢水造成冲击，以及防止卷渣现象出现；通孔Y需要与水平线有一定的角度，同时角度过大会造成Y方向的钢水射流深度过深，不利于异型坯结晶器内钢水的均匀化，通孔Y与水平线夹角α的取值范围为0-15°时，可解决上述问题；

(5)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，通孔Y包括通孔 Y₁和通孔Y₂，通孔Y₁与通孔X直径相等；通孔Y₁和通孔Y₂是对流入异型坯结晶器起到分流的作用，在单点非平衡浇铸的情况下，结晶器内的钢水成分混匀度较差，温差较大，坯壳凝固厚度不均匀，很容易漏钢、造成铸坯的缺陷和裂纹；现有的水口无法起到钢水均匀的作用，在Y方向开孔就是为了改变结晶器内钢水的流场，均匀化结晶器内钢水的流场和温度场，同时又要保证Y方向的钢水流量在需要的范围内，需要设定通孔Y₁和通孔Y₂的直径在需要的范围内；

(6)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，浸入式水口底部设有通孔Z，通孔Z数量为一个以上，通孔Z各孔面积之和大于等径段与变径段连接处内侧横截面面积，通孔Z主要用于进入结晶器内钢水的分流和降速，采用多个小孔的设计形式可以降低钢水射流的冲击的深度，减少对已凝固坯壳的冲刷，减少液面波动；

(7)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，等径段水口壁厚为 2-4mm，变径段水口壁厚为3-5mm，变径段由于在X方向、Y方向和Z方向设有通孔，水口容易引起脆断，为了增强水口的强度，提高水口的使用寿命，变径段水口壁厚需要比等径段水口壁厚稍大，但变径段水口壁厚过大会增加浸入式水口材料的使用，增加使用成本，故需要选定变径段壁厚在一定范围内；经实验测算，等径段水口壁厚为2-4mm时，变径段水口壁厚为3-5mm，此时，变径段的强度在需要的范围内，减小浸入式水口加工难度，浸入式水口寿命得到有效的提高，利于铸坯的生产和成本的节约；

(8)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，变径段长度为浸入式水口本体长度的20％-30％，等径段用于钢水的运输，变径段可减小浸入式水口出口处钢水的流速，使浸入式水口内钢水流速，从等径段一个较大的流速减小到变径段出口处一个较小的流速，为了便于使用，以及减小浸入式水口的加工难度，节约材料，故变径段长度为浸入式水口本体长度的20％-30％；

(9)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，变径段底面内短轴与等径段外径的比值为1.5-2.0：1，变径段底面内长轴为等径段外径的比值为3.0-4.0：1；变径段底面内短轴过短，不利于增大浸入式水口出口截面面积，不利于减小出口钢水流速，短轴过长，浸入式水口出口处钢水会对结晶器翼缘侧壁造成冲刷，对翼缘侧壁造成破坏，减少结晶器使用寿命；变径段底面内长轴过短，不利于浸入式水口钢水向浇铸侧翼缘两端处分流，长轴过长对浇铸侧翼缘两端侧壁造成冲刷，模拟结果显示，变径段底面内短轴与等径段外径的比值为1.5-2.0：1，变径段底面内长轴为等径段外径的比值为3.0-4.0：1时，可很好的解决上述问题；

(10)本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口的使用方法，结构简单，使用方法方便，易于实施。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明使用时异型坯结晶器内钢水X方向和Y方向流动示意图；

图2为本发明插入异型坯结晶器的结构示意图；

图3为本发明浇铸使用的异型坯结晶器结构示意图；

图4为本发明沿变径段椭圆形底面长轴方向的剖视图；

图5为本发明沿变径段椭圆形底面短轴方向的结构示意图；

图6为本发明的俯视图；

图7为本发明的仰视图。

附图标记说明：

1、浸入式水口本体；2、等径段；3、变径段；4、等径段与变径段连接处；5、等径段自由端；6、变径段自由端；7、通孔X；8、通孔Y；9、通孔Z；10、通孔Y₁；11、通孔Y₂； 12、腹板；13、翼缘；14、第一圆角；15、第二圆角。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

请参考图1至图7，本实施例的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，包括浸入式水口本体1、浸入式水口本体1包括等径段2、变径段3、等径段与变径段连接处4、等径段自由端5以及变径段自由端6；变径段3设有通孔X7、通孔Y8以及通孔Z9；通孔Y8包括通孔Y₁10和通孔Y₂11。

等径段2内侧横截面形状为圆形，等径段2与变径段3连接构成浸入式水口本体1，等径段2与变径段3连接处内侧横截面形状为圆形，等径段2自由端内截面形状为圆形，变径段自由端6内截面形状为椭圆形。通过在浸入式水口本体1上设置变径段3降低进入结晶器内的钢水流速，减少钢水的冲击深度，减少对结晶器内已经凝固坯壳的冲刷，优化铸坯凝固的环境，使得铸坯缺陷减少，质量提高，保证连铸过程顺利进行，提高了连铸机的作业率。

变径段3分别沿X方向、Y方向和Z方向(X方向为变径段自由端6内截面长轴方向， Y方向为变径段自由端6内截面短轴方向，Z方向为浸入式水口等径段2钢水流动方向)设有通孔X7、通孔Y8和通孔Z9。浸入式水口插入点为异型坯结晶器一侧翼缘13处，距离异型坯结晶器非浇铸侧翼缘13处距离较大，钢水流动到非浇铸侧翼缘13处所需要的时间较长，不利于异型坯结晶器流场的均匀化，结晶器内的温度场差异也较大，不利于铸坯的同步凝固。在浸入式水口不同方向设置不同的通孔、使得浸入式水口钢水流向X方向、Y方向和Z方向，达到分流的效果，水口流出钢水到达结晶器内各处所需时间缩短，优化结晶器内钢水流场，使结晶器内温度场较为均匀化，不会对铸坯凝固造成影响，减少铸坯中的缺陷，确保了铸坯的质量。

通孔X7位于变径段3椭圆形截面长轴方向的两侧表面。将流入异型坯结晶器中的部分钢水引入浇铸侧翼缘13，减小了浸入式水口底部射流的冲击深度，减少钢水流入浇铸侧翼缘 13、翼梢的时间，均匀异型坯结晶器中翼缘13、翼梢的钢水的温度和成分。

通孔Y8位于变径段3椭圆形截面短轴方向一侧表面上，且与水平线夹角为α，α的取值范围为0-15°，且α的取值不为0，优选的可以为1°、2.5°、4°、6°、7.5°、9°、10 °、12.5°、14°、15°。为了保证Y方向的钢水射流足够远，并且不会对异型坯结晶器表面钢水造成冲击，以及防止卷渣现象出现；通孔Y8需要与水平线有一定的角度，同时角度过大会造成Y方向的钢水射流深度过深，不利于异型坯结晶器内钢水的均匀化，通孔Y8与水平线夹角α的取值范围为0-15°时，可解决上述问题。

通孔Y8包括通孔Y₁10和通孔Y₂11，通孔Y₁10与通孔X7直径相等。通孔Y₁10和通孔Y₂11是对流入异型坯结晶器起到分流的作用，在单点非平衡浇铸的情况下，结晶器内的钢水成分混匀度较差，温差较大，坯壳凝固厚度不均匀，很容易漏钢、造成铸坯的缺陷和裂纹。现有的水口无法使钢水均匀，在Y方向开孔就是为了改变结晶器内钢水的流场，均匀化结晶器内钢水的流场和温度场，同时又要保证Y方向的钢水流量在需要的范围内，需要设定通孔Y₁10和通孔Y₂11的直径在需要的范围内。

浸入式水口底部设有通孔Z9，通孔Z9数量为一个以上，通孔Z9与通孔X7和通孔Y8各孔面积之和大于等径段与变径段连接处内侧横截面面积。通孔Z9主要用于进入结晶器内钢水的分流和降速，采用多个小孔的设计形式可以降低钢水射流的冲击的深度，减少对已凝固坯壳的冲刷，减少液面波动。

在设计本发明的浸入式水口时，需要确定浸入式水口各出口孔的直径，其具体步骤如下：

(1)初步设定浸入式水口的各方向钢水出口处孔的直径为d_n(本计算方法中通孔X7数量为两个，通孔Y₁10和通孔Y₂11数量均为一个，通孔Z9数量为6个)；设计水模型实验，结合PIV粒子图像测速仪，或者采用数值模拟方法，测量浸入式水口的各方向钢水出口处孔的平均流速，记为u_n；其中下标n为浸入式水口n方向或n位置。

(2)为实现浸入式水口的各方向钢水出口处孔流量的合理分配，具体要求如下：

上述式中：Q_总——浸入式水口总流量，m³/s；ρ_铸坯——铸坯密度，kg/m³；u_拉速——铸坯拉速，m/s；A_{异型坯断面}——异型坯断面面积，m²；ρ_钢液——钢液密度，kg/m³。

根据本发明的浸入式水口的结构，将10个出口孔的钢水流量是按X、Y、Z坐标轴方向分配，保证X方向分配钢水流量为(0.1～0.2)·Q_总，Y方向分配钢水流量为(0.3～0.5)·Q_总。

X方向出口孔总流量满足：

Y方向出口孔总流量满足：

Z方向出口孔总流量满足：

上述式中：Q_x——浸入式水口X方向总流量；Q_y——浸入式水口Y方向总流量；Q_z——浸入式水口Z方向总流量；u——钢水流速，m/s；d_x——通孔X直径；d_y1——通孔Y₁直径；d_y2——通孔Y₂直径；d_z——通孔Z直径。

(3)根据步骤(2)验证步骤(1)设计的浸入式水口的各方向钢水出口处孔的直径d_n是否满足流量分配条件，如果验证结果不满足，重新设计d_n值，重复步骤(2)的计算，直到 d_n满足步骤(2)的验证条件，所得d_n即为所求直径。

等径段2水口壁厚为2-4mm，变径段3水口壁厚为3-5mm。变径段3由于在X方向、Y 方向和Z方向设有通孔，水口容易引起脆断，为了增强水口的强度，提高水口的使用寿命，变径段3水口壁厚需要比等径段2水口壁厚稍大，但变径段3水口壁厚过大会增加浸入式水口材料的使用，增加使用成本，故需要选定变径段3壁厚在一定范围内。等径段2水口壁厚为2-4mm时，变径段3水口壁厚为3-5mm，此时，变径段3的强度在需要的范围内，减小浸入式水口加工难度，浸入式水口寿命得到有效的提高，利于铸坯的生产和成本的节约。

变径段3长度为浸入式水口本体1长度的20％-30％。等径段2用于钢水的运输，变径段 3可减小浸入式水口出口处钢水的流速，使浸入式水口内钢水流速，从等径段2一个较大的流速减小到变径段3出口处一个较小的流速，为了便于使用，以及减小浸入式水口的加工难度，节约材料，故变径段3长度为浸入式水口本体1长度的20％-30％处于合理的范围之内。

变径段3底面内短轴与等径段2外径的比值为1.5-2.0：1。变径段3底面内短轴过短，不利于增大浸入式水口出口截面面积，不利于减小出口钢水流速，短轴过长，浸入式水口出口处钢水会对结晶器翼缘13侧壁造成冲刷，对翼缘13侧壁造成破坏，减少结晶器使用寿命。模拟结果显示，变径段3底面内短轴与等径段2外径的比值为1.5-2.0：1，可解决上述存在的问题。

变径段3底面内长轴为等径段2外径的比值为3.0-4.0：1。变径段3底面内长轴过短，不利于浸入式水口钢水向浇铸侧翼缘13两端处分流，长轴过长对浇铸侧翼缘13两端侧壁造成冲刷。模拟结果显示，变径段3底面内长轴为等径段2外径的比值为3.0-4.0：1时，水口的工作状态良好，不会对结晶器造成冲刷。

针对本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口提供使用方法，其使用方法为：浸入式水口等径段2自由端安装在中间包内，将连接好的浸入式水口放置于结晶器一侧翼缘13浇铸口内，浸入式水口变径段3椭圆形内截面长轴与结晶器窄面平行，变径段 3椭圆形内截面短轴与结晶器宽面平行，通孔Y8朝非浇铸侧结晶器窄面方向设置。使用方法方便，易于实施。

实施例2

本实施例与实施例1的浸入式水口结构及使用方法相同，其不同之处在于对本发明进一步解释，并对本发明提供支持。

如图1和图2所示，本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，浸入式水口插入点为异型坯结晶器一侧翼缘13内，插入深度为100mm，浸入式水口变径段自由端6内截面长轴与结晶器窄面平行，变径段自由端6内截面短轴与结晶器窄面垂直。X方向为变径段自由端6内截面长轴方向，Y方向为变径段自由端6内截面短轴方向。

图3所示异型坯，异型坯断面尺寸为900mm×450mm，异型坯腹板12长度为600mm，宽度为100mm；异型坯翼缘13处第一圆角14圆弧半径为80mm，第二圆角15圆弧半径为 50mm。

针对图3所示的异型坯对应生产使用的异型坯结晶器，本实施例提供一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，如图4-7所示，浸入式水口分为两段，分别为等径段2 和变径段3，等径段2长度为600mm，厚度为3mm，内直径为30mm；变径段3长度为200mm，厚度为4mm，自由端内长轴为100mm，自由端内短轴为50mm。

变径段3共开有10个孔，X方向2个孔，位于变径段3椭圆形截面长轴方向的两侧表面， Y方向2个孔，包括通孔Y₁10和通孔Y₂11，Z方向6个孔，在变径段自由端6底面均匀分布。

水口材质采用铝锆炭复合材料。由于ZrO₂材质具有优良的抗侵蚀性能和高温化学惰性，因而提高渣线部位的抗钢水和保护渣的侵蚀性能，提高其使用寿命和连铸生产效率。实践证明，优质铝锆炭复合浸入式水口的使用寿命远高于铝炭质浸入式水口的使用寿命。

针对本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口提供使用方法，其使用方法为：浸入式水口等径段自由端5安装在中间包内，将连接好的浸入式水口放置于结晶器一侧翼缘13浇铸口内，浸入式水口变径段3椭圆形内截面长轴与结晶器窄面平行，变径段 3椭圆形内截面短轴与结晶器宽面平行，通孔Y8朝非浇铸侧结晶器窄面方向设置。

实施例3

本实施例与实施例1的浸入式水口结构及使用方法相同，其不同之处在于对本发明进一步解释，并对本发明提供支持。

针对图3所示的异型坯对应生产使用的异型坯结晶器，本实施例提供一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，浸入式水口分为两段，分别为等径段2和变径段3，等径段2长度为490mm，厚度为2mm，内直径为30mm；变径段3长度为210mm，厚度为3mm，自由端内长轴为75mm，自由端内短轴为37.5mm。

变径段3共开有10个孔，X方向2个孔，位于变径段3椭圆形截面长轴方向的两侧表面， Y方向2个孔，包括通孔Y₁10和通孔Y₂11，Z方向6个孔，在变径段自由端6底面均匀分布。

水口材质采用铝锆炭复合材料，渣线部位ZrO₂含量为72％，C含量为15％，其余为普通耐火材料，具体性能如表1：

表1渣线部位材料性能

针对本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口提供使用方法，其使用方法为：浸入式水口等径段自由端5安装在中间包内，将连接好的浸入式水口放置于结晶器一侧翼缘13浇铸口内，浸入式水口变径段3椭圆形内截面长轴与结晶器窄面平行，变径段 3椭圆形内截面短轴与结晶器宽面平行，通孔Y8朝非浇铸侧结晶器窄面方向设置。

实施例4

本实施例与实施例1的浸入式水口结构及使用方法相同，其不同之处在于对本发明进一步解释，并对本发明提供支持。

针对图3所示的异型坯对应生产使用的异型坯结晶器，本实施例提供一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，浸入式水口分为两段，分别为等径段2和变径段3，等径段2长度为720mm，厚度为4mm，内直径为30mm；变径段3长度为180mm，厚度为5mm，自由端内长轴为140mm，自由端内短轴为70mm。

变径段3共开有14个孔，X方向2个孔，位于变径段3椭圆形截面长轴方向的两侧表面， Y方向2个孔，包括通孔Y₁10和通孔Y₂11，Z方向10个孔，在变径段自由端6底面均匀分布。

水口材质采用铝锆炭复合材料，渣线部位ZrO₂含量为78％，C含量为15％，剩余为普通耐火材料。

针对本发明的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口提供使用方法，其使用方法为：浸入式水口等径段自由端5安装在中间包内，将连接好的浸入式水口放置于结晶器一侧翼缘13浇铸口内，浸入式水口变径段3椭圆形内截面长轴与结晶器窄面平行，变径段 3椭圆形内截面短轴与结晶器宽面平行，通孔Y8朝非浇铸侧结晶器窄面方向设置。

实施例5

本实施例与实施例4内容基本相同，其不同之处在于变径段3共开有5个孔，具体为： X方向2个孔，Y方向2个孔，Z方向1个孔，在变径段自由端6中心位置。

Claims (10)

1.一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：包括等径段(2)以及变径段(3)，所述的等径段(2)内侧横截面形状为圆形，等径段(2)与变径段(3)连接构成浸入式水口本体(1)，等径段与变径段连接处(4)内侧横截面形状为圆形，所述变径段自由端(6)内截面形状为椭圆形，变径段(3)分别沿X方向、Y方向和Z方向设有通孔X(7)、通孔Y(8)和通孔Z(9)。

2.根据权利要求1所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的通孔X(7)位于变径段(3)椭圆形截面长轴方向的两侧表面。

3.根据权利要求1所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的通孔Y(8)位于变径段(3)椭圆形截面短轴方向一侧表面上，且与水平线夹角为α，α的取值范围为0-15°，且α的取值不为0。

4.根据权利要求3所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的通孔Y(8)包括通孔Y₁(10)和通孔Y₂(11)，通孔Y₁(10)与通孔X(7)直径相等。

5.根据权利要求1所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的通孔Z(9)数量为一个以上，通孔Z(9)与通孔X(7)和通孔Y(8)各孔面积之和大于等径段与变径段连接处(4)内侧横截面面积。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的等径段(2)水口壁厚为2-4mm，变径段(3)水口壁厚为3-5mm。

7.根据权利要求6所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的变径段(3)长度为浸入式水口本体(1)长度的20％-30％。

8.根据权利要求7所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的变径段(3)底面内短轴与等径段(2)外径的比值为1.5-2.0：1。

9.根据权利要求7所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口，其特征在于：所述的变径段(3)底面内长轴为等径段(2)外径的比值为3.0-4.0：1。

10.根据权利要求1至9任一项所述的一种异型坯单点非平衡保护浇铸的结晶器浸入式水口的使用方法，其特征在于：所述的浸入式水口等径段自由端(5)安装在中间包内，将连接好的浸入式水口放置于结晶器一侧翼缘浇铸口内，浸入式水口变径段(3)椭圆形内截面长轴与结晶器窄面平行，变径段(3)椭圆形内截面短轴与结晶器宽面平行，通孔Y(8)朝非浇铸侧结晶器窄面方向设置。