CN1117414A - 用于连续铸造的注口 - Google Patents

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Abstract

用于连续铸造的注口，包括一排出管，该管下端封闭并具有横向终端排出孔，该孔朝向铸模的窄侧并与分配和偏转装置配合，其中，排出管包括向下缩小的第一段和向下扩大的第二段，分配和偏转装置包括两个分配腔，每一腔具有一横向排出孔，腔在其上部和下部开口并由位于横向排出孔的相对侧的侧板限定，侧板形成向下扩散的偏转板，横向排出孔与底端壁邻接并且其总的横截面积约等于排出管的第二段出口的横截面积。

Description

用于连续铸造的注口
本发明涉及一种用于连续铸造的注口。
根据本发明的用于连续铸造的注口用来与结晶器配合以生产厚度(扁坯的窄侧)为约30——300mm之间的扁坯。
连续铸造通常的、中等尺寸和薄的扁坯将产生与由离开位于结晶器的铸腔中的弯液面之下的注口的液体金属引起的紊流相关的问题。
该注口与一中间包相连并且其下游终端部插入结晶器的铸腔中所包含的液体金属的弯液面之下。
为了消除与将液体金属高速排入铸腔中相关联的问题，已公开了排出喷嘴，其底端封闭并且排出孔位于其侧壁中；这些排出孔最好朝向铸腔的窄的侧壁。
现有技术中的注口涉及与通过横向排出孔高速排出液体金属相关联的问题。
更具体地说，横向排出的液体金属流继续流至结晶器的侧壁并冲刷结晶器的窄壁。
对结晶器的侧壁的这种冲刷一方面引起正在形成的扁坯的表层(此时表层还很薄)的再熔化，另一方面产生阻止表层形成和生长的紊流。
这些紊流导致由于润滑粉末的振动和混合而在扁坯表面中产生例如裂纹、凹穴、不规则的斑痕等的瑕疵。
这些液体金属流能够引起表层的破裂从而破坏扁坯及使铸造过程停止。
现有技术中的横向排出孔朝上的注口引起与弯液面高度的过度紊流相关联的问题，从而覆盖弯液面的润滑粉末被部分地吸入扁坯中。
已知即使使横向排出孔朝上，也不能消除这些问题，这些问题涉及由离开横向排出孔的液体流对扁坯表层的冲刷，因为这些液体流保持其动量，因而趋于继续朝向仍为流体的扁坯的芯部而不是移向弯液面。
FR—A—2,243,043公开了一种带封闭底端和横向排出孔的管状排出喷嘴；该喷嘴与一包围壳相连，该包围壳向上及向下开口并包括与喷嘴的排出孔相距给定距离的偏转壁。
该外壳具有矩形截面，其侧边平行于结晶器的侧壁。
该包围壳限定一不受干扰的腔，其中流体金属流在向上或向下偏转之前在一自由的直的路径(约100mm，但最好200mm)之后遇到偏转壁。
根据需要更好的排出的区域的位置，这些偏转壁可以平行、垂直或向上或向下收敛。
喷嘴的横向排出孔可具有水平轴线或者向上或向下倾斜的轴线，以使流体液体流最好向上或向下分布。
这种注口也存在横向排出孔的尺寸相对于管状注口的截面适中的问题，这将可能使液体金属浇注流速较快。
因此，离开横向排出孔的液体金属射流具有很大的动能，它只是部分地被射流与偏转板壁的冲击所分散。
因此偏转的液体金属射流仍然以很高的速度向上和/或向下前进，并在铸造腔中引起紊流，从而使扁坯的表层不能适当地凝固。而且，这些紊流搅起了润滑粉末并引起这些粉末的夹杂物。
此外，业已知道在注口之下的中心区域，更精确地说在管状管的底部由于液体金属的不均匀排出而形成一冷区，金属液体由包围壳的偏转壁所偏转。
这种熔化金属物质中的温度的不均匀性产生瑕疵，从而不能获得与所要求特性相一致的最终产品。
此外，上述专利中公开的注口具有较大的质量，因此在生产厚度在60至130mm之间的薄扁坯时，可被很容易地结合进凝固的扁坯中，从而对注口和扁坯造成损害。
另外，注口的总的尺寸使得它能防止液体金属在结晶器中和在喷嘴侧部的某种循环，其结果在某些区域产生过热或过冷，并在形成扁坯时产生某些缺陷。
在注口中包围壳的偏转壁比横向排出孔的尺寸高，排出孔最好位于偏转壁的上半部分中。
因此，离开包围壳的液体金属射流被偏转壁沿给定距离引导，因而不会自由地与围绕喷嘴的液体金属相混合，从而产生温度不同的区域。
US—A—3,669,181也公开了一带封闭底端和横向排出孔的管状排出喷嘴，该喷嘴与偏转液体金属射流的装置相连。
这些偏转板装置向上收敛并相对于垂直方向倾斜10°至45°之间的一个角度，这样偏转板装置的上部边沿与中心管状管分开一5至40mm的距离，从而限定一上狭缝。
这种注口不仅产生与上述相同的问题，并且还进一步产生上狭缝由于其适当的尺寸而可被氧化铝的沉淀很容易地堵塞。
上狭缝堵塞的结果是使液体金属射流完全向下偏转，在这种情况下，由于缺乏侧壁的粉末润滑而产生的金属的粘着性将导致弯液面的凝固及以后铸造过程的停止。
本发明设计、试验和实施用于克服现有技术的缺点并获得进一步的优点。
本发明的目的是提供一种用于连续铸造扁坯的注口，它能够以很大的流速将液体金属排放到结晶器的铸造腔室中，而不会冲刷正在铸模中凝固的扁坯的表层以及在正在凝固的液体金属中产生紊流。
本发明也能够保持在结晶器中的液体金属的温度均匀。
根据本发明的注口包括一基本上垂直的排出管，其底端部分地封闭并在其下部具有相互相对设置并朝向结晶器的窄侧壁的横向排出孔。
根据本发明的注口中的横向排出孔位于靠近排出管的底端壁处，并通过导向部分与其相连。
各横向排出孔与分配和偏转流体及为每个横向排出孔限定一分配腔的装置配合，各排出孔分别朝上和朝下开口以限定一上排出口和一下排出口。
各分配腔与相应的排出孔相连，并且注口的垂直中间平面与分配腔的中间平面一致并位于邻近结晶器的垂直中间平面处。
各分配腔在水平面上具有基本上为半椭圆形的横截面。
根据一个变型，各分配腔具有端部为圆形的平行侧边的横截面。
根据另一个变型，各分配腔的侧边朝向外侧呈锥形。
各分配腔包括用作偏转板并与各排出孔相对设置的侧壁；这些偏转板侧壁沿向下的方向向外发散，从而与垂直方向成一个10°—35°的角，但最好在15°—25°之间。
在根据本发明的注口中的横向排出孔的高度基本上等于各分配腔的高度。
根据一个变型，分配腔的高度可达排出孔的1.25倍。
在根据本发明的注口中的液体金属射流一部分向上通过上排除口，一部分向下通过下排出口。
分别向上和向下偏转的射流从相应的上下排出口作为自由射流射出，并能在通过相应排出口从分配腔射出后立即与周围的液体金属混合。
根据本发明的第一个实施例，偏转板的上下端与相应横向排出孔的上下边沿在同一高度上。
根据本发明的另一个实施例，各偏转板的下边沿基本上位于与横向排出孔的最下点相同的高度上。
根据本发明的再一个实施例，各偏转板的上边沿基本上位于与横向排出孔的最高点相同的高度上。
通过本发明的更好的混合可在铸模中获得更均匀的温度，因此可生产出性能更好的扁坯。
此外，通过根据本发明的注口，可使液体金属正确流入弯液面，这样可防止金属中的任何杂质完全结合到其内部中。
另外，液体金属的缓和地流入弯液面帮助熔化粉末。
根据本发明的注口中的排出管包括一具有向下收敛的基本上为圆形的横截面的在上部的第一段和横截面逐渐从圆形变成窄侧最好为圆形的矩形的发散第二段。
这种变化横截面具有两个目的，一个是增加通过注口排出的液体金属的流速并产生文丘里效应，另一个是逐渐降低通过喷嘴倾注的液体金属的流速，从而降低金属射流的动能。
第二段的下端部窄侧具有两个横向排出孔，它们具有基本上椭圆形的横截面并设置成主轴为垂直。
由横向排出孔限定的总的通过面积至少等于，但最好大于排出管的最终横截面。
因而，流过排出管的液体金属在其在排出管中下降的过程中逐渐减速，并当通过横向排出孔流出时进一步减速。
这样，液体金属的动能在通过排出管下降的过程中已被部分地分散，并当液体金属射流与分配腔的偏转板合作时几乎完全分散。
根据本发明的注口可使离开喷嘴的液体金属流获得这样一种排出速度，以防止在铸模中形成紊流，并防止金属流对结晶器侧壁的冲刷而对凝固的扁坯的表层造成损害。
此外，通过上排出口向上输送的液体金属具有这样一种流速以保证温度适于溶解覆盖弯液面的润滑粉末层及氧化剂，而不会产生紊流。
在根据本发明的注口中，排出管的在底端的壁的长度与排出管的最终出口的宽度相等或比它更长。
该底端壁的上表面的端部向下呈圆形，并与横向排出孔这样配合，以使该底端壁向下引导金属流，从而防止在底层液体金属中形成紊流。
根据一个变型，底端壁的上表面包括分配装置，例如楔形装置，它朝向两横向分配腔分配液体金属流，从而消除液体金属中的紊流运动。
此外，为了改善液体金属与已在结晶器中的液体金属，特别是在排出管的底端壁之下的中央区域的液体金属的混合，底端壁具有一凸形下表面，其形状例如像一段圆弧。另外，该凸形限制了在弯液面处的熔化金属中的由铸模振动引起的扰动。
根据一个变型，排出管的底端壁包含一个尺寸小于横向排出孔的尺寸的附加中心排出孔；通过该附加孔，液体金属部分地沿轴向排出到结晶器中，从而防止在底端壁之下形成冷区。
另外，根据本发明的注口在设有横向排出孔的区域具有减小的宽度约为50mm至150mm，但最好为60mm，以使液体金属也在喷嘴和结晶器之间流动，从而保证在整个液体金属中温度均匀。
根据本发明，偏转板的上部位于弯液面之下约100至200mm。
附图示出了本发明的非限制性实施例。附图中：
图1为根据本发明的注口的纵向横截面图；
图2为沿图1中D—D线的注口的横截面图；
图3为根据图1中箭头A的注口的放大视图；
图4为根据图1中箭头B的注口的放大视图；
图5沿图1中C—C线的注口的放大截面视图。
附图中标号10表示根据本发明的用于连续铸造的注口。
根据本发明的注口10的上端与一中间包(未示出)相连，以将液体金属浇铸到铸模的结晶器中，该中间包包括密封和定位装置。
根据本发明的注口10包括一垂直排出管11，其下端由与分配和偏转装置13末端相连的底端壁12封闭。
排出管11的下部包括与底端壁12和分配和偏转装置13配合的两个朝向结晶器的窄侧的横向相对的排出孔14。
排出管11包括一具有向下减小的圆形横截面并延伸管11的长度的约三分之一的上部第一段11a，和横截面逐渐从圆形变成基本上矩形并逐渐增大的下部第二段11b。
更具体地说，该第二段11b的矩形横截面的宽侧平行于结晶器的宽侧壁。
第一段11a在其进口部分的直径″d1″为70mm—90mm，但最好为80m，在其出口的直径″d2″为65mm—85mm，但最好为75mm。
根据本发明，该第一段11a具有一由直径″d2″限定的出口截面，它等于由直径″d1″限定的进口截面的0.84至0.92倍。
第二段11b的出口的矩形横截面的宽侧″l1″为170—210mm，但最好为190mm，其窄侧为30—42mm，但最好为34—38mm。
根据本发明，排出管11的第二段11b的出口的截面等于由直径″d2″限定的第一段11a的出口截面的1.1—1.2倍。
各分配和偏转装置13包括与相应的排出孔14相连并沿结晶器的宽侧壁的方向伸展的分配腔15。在这种情况下，各分配腔15具有基本上为半椭圆形的横截面。
各分配腔15上下端开口以分别限定一上排出口16a和一下排出口16b。
在根据本发明的注口中(参见图3)，上排出口16a的长度″l2″为35—60mm，但最好为45—50mm，而宽度″l3″为30—42mm，但最好为34—38mm，从而防止氧化铝或其它物质的沉淀物阻挡上排出口16a而导致弯液面的凝固。
下排出口16b(参见图4)的宽度″l4″为25—35mm，但最好为28—32mm。
各分配腔15由侧壁17限定，该侧壁与相应的横向排出孔14一起限定一沿向下的方向向外分散的偏转板18。
偏转板18与垂直方向成一角″α″，该角为10°—35°，但最好为15°—25°。
在这种情况下，侧壁17，特别是偏转板18，的高度等于横向排出孔14的高度，并且排出管11的底端壁12的长度等于排出管11的第二段11b的出口的宽侧″l1″。
注口10的这些几何特性使得离开排出管11的液体金属流被分成两股成适当的比例的流体，分别向上穿过上排出口16a和向下穿过下排出口16b。
这两股流体使得铸模中的液体金属的温度更加均匀，并防止钢中的任何杂质完全结合到扁坯内部。
在根据本发明的注口中，离开中间包的液体金属穿过排出管在管11的第二段11b的增大的横截面中逐渐减速，然后在分配腔15中膨胀并通过冲击偏转板18进一步减小其动能，然后沿上下路线前进。
为了改善在底端壁12之下的区域中的液体金属的混合，从而确保液体金属中温度均匀，底端壁12的上表面12a最好在横向排出孔14的侧边包括圆形倒角部19，以为流过相应分配腔15的下排出口16b的液体金属提供引导部分。
根据图1中虚线所示的一个变型，底端壁12的上表面12a包括分配装置20(在该例中由朝上的突起21构成)，它将液体金属流分配到两个横向分配腔15，并朝向下排出口16b引导金属，从而消除破坏凝固过程的紊流的形成。
此外，在该实施例中，底端壁12具有凸形下表面12b，以进一步改善液体金属的混合，防止冷区的形成并限制由铸模的振动引起的弯液面的扰动。
根据一个变化实施例，底端壁12包括向下的轴向排出孔22，一部分液体金属穿过该孔以防止在底端壁12之下形成冷区。
根据本发明的注口10应用于能够处理的液体金属流速在1000至6500kgs/min，最好在1800至5500kgs/min之间的结晶器。

Claims (17)

1.用于连续铸造窄侧宽度约为30—300mm的扁坯的注口，该注口用来把液体金属分配到一个连续铸模中，它包括一基本上垂直的排出管(11)，该管下端封闭并具有横向终端排出孔(14)，该孔朝向铸模的窄侧并与分配和偏转液体金属流的装置(13)配合，其特征在于，排出管(11)包括具有向下缩小的圆截面的第一段(11a)和向下扩大的第二段(11b)，第二段的横截面可从圆形逐渐变成至少带圆的短侧的大致上的矩形，分配和偏转装置(13)包括两个分配腔(15)，每一腔具有一横向排出孔(14)，所述的腔(15)在其上部(16a)和下部(16b)开口并由位于横向排出孔(14)的相对侧的侧板(17)限定，侧板(17)形成一与垂直方向成一10°至35°的角″α″的向下扩散的偏转板，横向排出孔(14)与底端壁(12)邻接并且其总的横截面积约等于排出管(11)的第二段(11b)的出口的横截面积，各分配腔(15)限定一上部排出口(16a)和一下部排出口(16b)。
2.如权利要求1所述的注口(10)，其特征在于，所述的排出管(11)的具有圆形截面的第一段(11a)具有由直径″d2″限定的出口截面，该出口截面等于由直径″d1″限定的入口截面的0.84—0.92倍。
3.如权利要求1或2所述的注口(10)，其特征在于，所述的第二段(11b)的出口截面为所述的第一段(11a)的出口截面的1.1—2.1倍。
4.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的角″α″的值为15°—25°。
5.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的排出管(11)的底端壁(12)的长度至少等于排出管(11)的第二段(11b)的出口的宽侧″l1″。
6.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的偏转板(18)安装成其上端与所述的排出管(11)的第二段(11b)的出口位于同一高度上。
7.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的偏转板(18)安装成其下端与所述的底端壁(12)的上部位于同一高度上。
8.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的偏转板(18)安装成其上端与所述的排出管(11)的第二段(11b)的出口位于同一高度上，而其下端与所述的底端壁(12)位于同一高度上。
9.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，各上排出口(16a)截面的宽度″l3″在30—42mm之间，长度″l2″在35—60mm之间。
10.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，各所述的下排出口(16b)截面的宽度″l4″在25—35mm之间。
11.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的底端壁(12)的上表面(12a)的横向边沿包括位于所述的分配腔(15)侧边的向下的圆形倒角部(19)。
12.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的底端壁(12)的上表面包括带向上突起(21)的分配装置(20)。
13.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的底端壁(12)的下表面(12b)为凸面。
14.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的底端壁(12)包含一轴向排出孔(22)。
15.如上述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于，所述的分配腔(15)在水平面上具有一基本上为椭圆的截面。
16.如权利要求1—14中任一项所述的注口(10)，其特征在于，所述的分配腔(15)在水平面上具有一带端部为圆弧的平行侧边的截面。
17.如权利要求1—14中任一项所述的注口(10)，其特征在于，所述的分配腔(15)在水平面上具有一带向外斜侧边的截面。
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