CN113290218B - 一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，包括由三节辊节通过轴承座A和轴承座B连接为整体的连铸辊；喷嘴包括固定喷嘴和变动喷嘴；改变变动喷嘴的喷射角，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座A的内侧，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座B的内侧；变动喷嘴的喷射角为θ，θ＝α+β。使用设计方法设计的喷嘴，使同时有两股射流覆盖轴承座A两股射流覆盖轴承座B，弥补铸坯在轴承座A和轴承座B处接触传热与铸坯与辊节接触传热的差异，提高铸坯断面温度均匀性，有效避免了铸坯表面的亮带产生，提高铸坯的质量。
Description
技术领域
本发明涉及连铸机技术领域，具体涉及一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法。
背景技术
连铸机应用在铸坯成型中，成型的铸坯表面冷却主要有两个途径，一是依靠喷射在其表面的二次冷却水进行冷却，二是与铸坯接触的连铸辊与铸坯接触传热以带走铸坯的热量；这两个冷却途径缺一不可，共同实现对铸坯冷却。
目前的连铸机连铸辊为芯轴辊，三节辊设计，在连铸辊上设有四个轴承座，其中两个轴承座分别位于连铸辊的两端，另外两个轴承座将三节辊节连接为连铸辊；铸坯在连铸辊上前进时，对应轴承座的表面由于没有与辊节接触，导致铸坯的断面温度不均匀，在铸坯出扇形段后表面存在亮带；这种温度的不均匀性不仅造成后期轧制过程中的表面质量缺陷和宽度方向的性能波动，而且会影响连铸辊的使用寿命。
目前的二次冷却水喷嘴沿连铸辊的轴向等间距设置，使冷却水均匀的喷覆在铸坯表面，然而，由于连铸辊的辊节为非等长设计，使得喷嘴喷射在连铸辊中部的两个轴承座上的水量存在差异，进而导致铸坯表面的亮带差异越来越大，严重时影响铸坯质量。因此，通过改善喷嘴以提高铸坯断面的温度均匀性具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，具体为一种通过改变α和/或β的角度，使两个变动喷嘴的射流同时覆盖轴承座A、两个变动喷嘴的射流同时覆盖轴承座B的设计方法。使用设计方法设计的喷嘴，使同时有两股射流覆盖轴承座A两股射流覆盖轴承座B，弥补铸坯在轴承座A和轴承座B处接触传热与铸坯与辊节接触传热的差异，提高铸坯断面温度均匀性，有效避免了铸坯表面的亮带产生，提高铸坯的质量。
本发明的技术方案如下：
一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，该连铸机包括连铸辊，连铸辊由三节辊节通过轴承座A和轴承座B连接为整体；每根连铸辊对应一排喷嘴；
喷嘴包括固定喷嘴和变动喷嘴；
改变变动喷嘴的喷射角，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座A的内侧，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座B的内侧；
所述变动喷嘴的喷射角为θ，θ＝α+β；
其中，喷嘴的中心向连铸辊内侧所在平面做垂线，该垂线即为分割线，喷嘴左侧射流与连铸辊内侧所在平面形成的射流线A与分割线之间的夹角为α，喷嘴右侧射流与连铸辊内侧所在平面形成的射流线B与分割线之间的夹角β；
由于连铸辊的三节辊节长度不一，使得轴承座A和轴承座B的位置随着辊节的长度变化而产生位置变化；
为降低轴承座A和轴承座B位置处铸坯的热传递与辊节位置处铸坯的热量传递差异，对变动喷嘴的α和/或β的角度进行改变，使得同时有两部分射流覆盖在轴承座A上，同时有两部分射流覆盖在轴承座B上，以弥补铸坯接触传热不均匀，提高离开二次冷却段的铸坯断面温度均匀性，避免铸坯表面产生亮带，提高铸坯品质。
本申请中，连铸辊内侧所在平面指铸坯在两层连铸辊中间运动时，连铸辊贴近铸坯的侧面。
优选的，α＝arctan(a/h)，β＝arc tan(b/h)；
其中，a为射流线A与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；
b为射流线B与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；
h为分割线的长度。
优选的，根据变动喷嘴的位置，对α和/或β进行调整，使同时有两个喷嘴覆盖轴承座A，同时有两个喷嘴覆盖轴承座B。
优选的，40°≤α≤70°、40°≤β≤70°。
优选的，所述固定喷嘴和变动喷嘴均安装在喷枪上，喷枪安装均布在喷淋集管上，一根连铸辊对应一根喷淋集管。
优选的，所述固定喷嘴和变动喷嘴与喷枪螺纹连接，便于根据需求对喷嘴进行更换和维护。
优选的，所述固定喷嘴为对称型扇形喷嘴，变动喷嘴为非对称型扇形喷嘴，可均匀的对铸坯表面进行喷射降温。
优选的，所述连铸机为直弧形连铸机；该连铸机的二次冷却段包括弧形段和水平段，在弧形段内，喷淋集管上安装有八个喷枪；在水平段内，喷淋集管上螺接有四个喷枪。
优选的，在弧形段1-2段中，六个喷枪上螺接固定喷嘴，两个喷枪上螺接变动喷嘴；冷却时，改变轴承座A左侧的变动喷嘴和轴承座B左侧的变动喷嘴；
其中，固定喷嘴的喷射角度γ1＝90°；轴承座A左侧的变动喷嘴的喷射角为θ1；轴承座B左侧的变动喷嘴的喷射角分别为θ2；
h1＝115mm，b1＝163.75mm，b2＝163.75mm，α1＝45°，α2＝45°；
θ1＝45°+β1＝45°+arc tan(b1/h1)＝45°+arc tan(163.75/115)≈45°+55°
＝100°，
θ2＝45°+β2＝45°+arc tan(b2/h1)＝45°+arc tan(163.75/115)≈45°+55°
＝100°。
优选的，在水平段时，轴承座A左侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座A，轴承座B右侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座B，改变位于轴承座A和轴承座B之间的变动喷嘴，固定喷嘴的喷射角度γ＝95°；变动喷嘴的喷射角分别为θ3，h2＝230mm，a3＝319.5mm，b3＝263.5mm；
θ3＝α3+β3＝arc tan(319.5/230)+arc tan(263.5/230)≈105°。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：通过设置变动喷嘴，并根据变动喷嘴的位置对变动喷嘴的喷射角进行设置，使得在二次冷却过程中，同时有两个喷嘴的喷射范围覆盖在轴承座A上、两个喷嘴的喷射范围覆盖在轴承座B上，弥补铸坯在轴承座A和轴承座B位置处无接触传热的缺陷，弥补铸坯断面的热量差异，使铸坯断面温度均匀，避免产生亮带，提高铸坯出二次冷却段后的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1直弧形连铸机弧形段的喷嘴设计示意图。
图2为实施例2直弧形连铸机水平段的喷嘴设计示意图。
图中，1-连铸辊，2-轴承座A，3-轴承座B，4-喷淋集管，501-固定喷嘴，502-变动喷嘴，6-喷枪，7-铸坯，8-分割线，9-射流线A，10-射流线B。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在以下的实施例中，变动喷嘴502的喷射角为θ，θ＝α+β；
其中，喷嘴的中心向连铸辊1内侧所在平面做垂线，该垂线即为分割线8，喷嘴左侧射流与连铸辊1内侧所在平面形成的射流线A9与分割线8之间的夹角为α，喷嘴右侧射流与连铸辊1内侧所在平面形成的射流线B10与分割线8之间的夹角β。
α＝arc tan(a/h)，β＝arctan(b/h)；
其中，a为射流线A9与连铸辊1的连接点和分割线8与连铸辊1的连接点之间的距离；
b为射流线B10与连铸辊1的连接点和分割线8与连铸辊1的连接点之间的距离；
h为分割线8的长度。
本申请中，连铸辊1内侧所在平面指铸坯7在两层连铸辊1中间运动时，连铸辊1贴近铸坯7的侧面。
实施例1：(弧形段1-2段中的一根连铸辊1为例)
一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，该连铸机为直弧形连铸机，连铸机包括连铸辊1，连铸辊1由三节辊节通过轴承座A2和轴承座B3连接为整体；每根连铸辊1对应一根喷淋集管4；喷嘴均螺接在喷枪6上，喷枪6安装均布在喷淋集管4上，使得每根连铸辊1对应一排喷嘴；
喷嘴包括固定喷嘴501和变动喷嘴502；
固定喷嘴501为对称型扇形喷嘴，变动喷嘴502为扇形喷嘴，可均匀的对铸坯7表面进行喷射降温；
改变变动喷嘴502的喷射角，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座A2的内侧，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座B3的内侧；
如图1所示，在直弧形连铸机的弧形段内，喷淋集管4上安装有八个喷枪6，六个喷枪6上螺接固定喷嘴501，两个喷枪6上螺接变动喷嘴502；冷却时，位于轴承座A2左侧的变动喷嘴502和位于轴承座A2右侧的固定喷嘴501同时对轴承座A2的内侧喷淋；位于轴承座B3右侧的固定喷嘴501和位于轴承座B3左侧的变动喷嘴502同时对轴承座B3的内侧喷淋；
其中，固定喷嘴501的喷射角度γ＝90°；轴承座A2左侧的变动喷嘴502的喷射角为θ1；轴承座B3左侧的变动喷嘴502的喷射角分别为θ2；
其中，位于轴承座A2左侧的变动喷嘴502只需要改变β1即可对轴承座A2的内侧喷射覆盖；
位于轴承座B3左侧的变动喷嘴502只需要改变β2即可对轴承座B3的内侧喷射覆盖；
因此，α1＝45°，α2＝45°，
h1＝115mm，b1＝163.75mm，b2＝163.75mm，α1＝45°，α2＝45°；
θ1＝45°+β1＝45°+arc tan(b1/h1)＝45°+arc tan(163.75/115)≈45°+55°
＝100°，
θ2＝45°+β2＝45°+arc tan(b2/h1)＝45°+arc tan(163.75/115)≈45°+55°
＝100°。
由于连铸辊1的三节辊节长度不一，使得轴承座A2和轴承座B3的位置随着辊节的长度变化而产生位置变化；
为降低轴承座A2和轴承座B3位置处铸坯7的热传递与辊节位置处铸坯7的热量传递差异，对变动喷嘴502的α和/或β的角度进行改变，使得同时有两部分射流覆盖在轴承座A2上，同时有两部分射流覆盖在轴承座B3上，以弥补铸坯7接触传热不均匀，提高离开二次冷却段的铸坯7断面温度均匀性，避免铸坯7表面产生亮带，提高铸坯7品质。
实施例2：(水平段的一根连铸辊为例)
在实施例1的基础上，如图2所示，在直弧形连铸机的水平段内，喷淋集管4上螺接有四个喷枪6，三个喷枪6上螺接固定喷嘴501，一个喷枪6上螺接变动喷嘴502，轴承座A2左侧的喷嘴为固定喷嘴501且固定喷嘴501的喷射范围覆盖轴承座A2，轴承座B3右侧的喷嘴为固定喷嘴501且固定喷嘴501的喷射范围覆盖轴承座B3；
其中，固定喷嘴501的喷射角度γ2＝95°；改变位于轴承座A2和轴承座B3之间的变动喷嘴502，变动喷嘴502的喷射角分别为θ3，需要对α和β同时改变，才能实现变动喷嘴502既覆盖轴承座A2的内侧，又能覆盖轴承座B3的内侧；
h2＝230mm，a3＝319.5mm，b3＝263.5mm；
θ3＝α3+β3＝arctan(319.5/230)+arctan(263.5/230)≈105°。
通过以上的实施例1和实施例2可以看出，根据实际的连铸辊1和喷淋集管4上的喷枪6位置，确定对需要进行喷射角改变的喷嘴，根据实际情况对α和/或β进行改变即可，在达到同时有两个喷嘴的喷射范围覆盖轴承座A、有两个喷嘴的喷射范围覆盖轴承座B即可。
使用本发明的方法对喷嘴的喷射角改变，可以有效弥补轴承座在对铸坯无接触传热的缺陷，使铸坯断面的温度均匀，提高铸坯质量。
尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，该连铸机包括连铸辊，连铸辊由三节辊节通过轴承座A和轴承座B连接为整体；每根连铸辊对应一排喷嘴；
喷嘴包括固定喷嘴和变动喷嘴；
改变变动喷嘴的喷射角，使固定喷嘴和变动喷嘴的射流同时覆盖轴承座A的内侧，使固定喷嘴和变动喷嘴的射流同时覆盖轴承座B的内侧；
所述变动喷嘴的喷射角为θ，θ=α+β；
其中，变动喷嘴的中心向连铸辊内侧所在平面做垂线，该垂线即为分割线，变动喷嘴左侧射流与连铸辊内侧所在平面形成的射流线A与分割线之间的夹角为α，变动喷嘴右侧射流与连铸辊内侧所在平面形成的射流线B与分割线之间的夹角为β；
α=arctan（a/h），β=arctan（b/h）；
其中，a为射流线A与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；
b为射流线B与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；
h为分割线的长度；
根据变动喷嘴的位置，对α和/或β进行调整。
2.如权利要求1所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，40°≤α≤70°、40°≤β≤70°。
3.如权利要求1所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述固定喷嘴和变动喷嘴均安装在喷枪上，喷枪均布安装在喷淋集管上，一根连铸辊对应一根喷淋集管。
4.如权利要求3所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述固定喷嘴和变动喷嘴与喷枪螺纹连接。
5.如权利要求3所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述固定喷嘴为对称型扇形喷嘴，变动喷嘴为非对称型扇形喷嘴。
6.如权利要求1所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述连铸机为直弧形连铸机；该连铸机的二次冷却段包括弧形段和水平段，在弧形段内，喷淋集管上安装有八个喷枪；在水平段内，喷淋集管上螺接有四个喷枪。
7.如权利要求6所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，在弧形段1-2段中，六个喷枪上螺接固定喷嘴，两个喷枪上螺接变动喷嘴；冷却时，改变轴承座A左侧的变动喷嘴的喷射角和轴承座B左侧的变动喷嘴的喷射角；
其中，固定喷嘴的喷射角度γ1=90°；轴承座A左侧的变动喷嘴的喷射角为θ1；轴承座B左侧的变动喷嘴的喷射角为θ2；
h1=115mm，b1=163.75mm，b2=163.75mm，α1=45°，α2=45°；
θ1=45°+β1=45°+arctan（b1/h1）=45°+arctan（163.75/115）≈45°+55°=100°，
θ2=45°+β2=45°+arctan（b2/h1）=45°+arctan（163.75/115）≈45°+55°=100°。
8.如权利要求6所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，在水平段时，轴承座A左侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座A，轴承座B右侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座B，改变位于轴承座A和轴承座B之间的变动喷嘴的喷射角，固定喷嘴的喷射角度γ=95°；变动喷嘴的喷射角为θ3，h2=230mm，a3=319.5mm，b3=263.5mm；
θ3=α3+β3=arctan（319.5/230）+arctan（263.5/230）≈105°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: A design method for the sector nozzle of a continuous casting machine Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20220701 Pledgee: Rizhao Bank Co.,Ltd. Pledgor: RIZHAO STEEL HOLDING GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2023980072204 |