CN1155858A - 浸没式喷管 - Google Patents

Abstract

一种用于使金属液流过的浸没式喷管，包括：一垂直设置的并具有一大致轴向的对称线和一第一横剖流动区域的入口管段。一过渡区域具有第一横剖流动区域，该区域带有两个或更多个前壁以及两个或更多个侧壁，通过给前壁设置一个收敛角可以减小第一横剖区域的厚度，通过给侧壁设置一个扩张角可以增加第一横剖区域的宽度，从而产生一个大致细长并且平面对称的过渡区域之第二横剖区域。从过渡区域来的金属液流被分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转。

Description

浸没式喷管

技术领域

本发明涉及喷管，更具体地说，本发明涉及用于使金属液流过其中的浸没式喷管。

技术背景

在连续铸造例如厚度为50到60mm，宽度为975到1625mm的钢锭时，可使用一种通常出口尺寸为25到40mm，宽度为150到250mm的浸没式喷管。该喷管通常结合了两个相对引导流体的出口，它们使熔融钢液流相对于垂线方向偏转10到90度的视角。已经发现，用已有技术的喷管不能达到明显的偏转角度。实际的偏转角度明显较小。此外，在出口处的流速分布是非常不均匀的，在出口的上部流速低，而在出口的较下部流速高。这些喷管在熔融钢液中产生一个相当大的驻波，为了润滑起见，所述熔融钢液是由一种模具用溶剂(mold flux)或模具用粉末(mold powder)覆盖的。这些喷管还能在驻波中进一步地产生振荡，其中靠近模具一端的弯月面交替地上升和下降，而靠近模具另一端的弯月面则交替地下降和上升。已有技术的喷管还能产生间歇的表面紊流。所有的这些效应都倾向于在钢锭本体中夹带模具用溶剂，因而降低了质量。驻波的振荡将导致在弯月面上或附近通过模具的热传导变得不稳定。这种有害的效应还会影响钢壳形成和模具用粉末的润滑的均匀性，并且会在模具铜中产生应力。在连铸的速度增加时，这种影响变得越来越严重；因此，要生产所需品质的钢时，就必须限制连铸的速度。

对发明的揭示

本发明的一个目的在于，提供一种喷管，其中液流的偏转一部分是由施加于液流外部的负压来完成的，例如通过弯曲的终止弯折管段，从而使出口处的速度分布更为均匀。

因此，在本发明的一个方面中，提供了一种用于使金属液流过的浸没式喷管，包括：一垂直设置的入口管段，它具有一大体轴向的对称线以及一第一横剖流动区域；一过渡区域，它具有第一横剖流动区域，该区域带有两个或更多个前壁以及两个或更多个侧壁，通过给前壁设置一个收敛角可以减小第一横剖区域的厚度，通过给侧壁设置一个扩张角可以增加第一横剖区域的宽度，从而产生一个大致细长并且平面对称的过渡区域之第二横剖区域；用以分隔从过渡区域来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该装置并具有大致相等的预定的横剖流动面积，所述分流装置包括一横剖流动面积大致为六边形的过渡部分，包括了用于放大横剖流动面积的该过渡部分的装置，因而使两股液流的预定流动面积的总起来明显地大于所示入口管段的一定的流动面积；设置在液流之间、用于在液流的内部产生正压的第一装置，该第一装置具有一倒圆导缘，该导缘有足够大的曲率半径，因而可以在没有流动流体分离的情况下改变滞流点；以及用来在液流的外部产生负压的装置。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该分流装置包括设置在液流之间的、用于在液流的内部产生正压的第一装置，以及用来在液流的外部产生负压的第二装置。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；包括一个过渡部分、用于降低从入口管段来的流体流速的装置，所述过渡部分具有从垂直方向扩张一预定角度的诸侧壁，并具有一明显地大于所述一定面积的出口横剖流动面积；以及用于将从过渡部分来的流体分隔成两股从垂直方向朝相对的方向作角度偏转的装置。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该分流装置被设置在液流之间，并具有一倒圆导缘，该导缘有足够大的曲率半径，因而可以在没有流动流体分离的情况下改变滞流点。

在本发明的另一个方面中，提供了一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该分流装置包括一个横剖流动面积大致是六边形的过渡部分。

较佳的是，本发明提供了一种浸没式喷管，该喷管具有一个从轴对称流动的圆形横截面开始，到一带有一定厚度的细长横截面为止的主过渡部分，所述细长横截面的直径小于圆形横截面，而其宽度大于圆形横截面，该横截面是平面对称流动，忽略摩擦因素，流速沿该过渡部分是大致均匀的。

还有较佳的是，本发明提供的一种浸没式喷管具有一种横截面为六边形的主过渡部分以增加在主过渡部分内的流动偏转效率。

还有较佳的是，本发明提供的一种浸没式喷管在入口管和诸出口之间有发散，以降低从从入口开始的流速并且减少紊流。

还有较佳的是，本发明提供的一种浸没式喷管在具有一定横截面的过渡部分中能对流体进行分散和减速以降低流体从出口流出的流速，并且加强液流在出口处的流速稳定性和均匀性。

还有较佳的是，本发明提供的一种浸没式喷管具有一分流装置，该分流装置带有一个倒圆导缘以在没有流动分隔的情况下改变滞流点。

附图的简要说明

下面将结合附图，仅仅是举例性质的来描述本发明的实施例。

图1是沿图2中线1-1向后看的轴向剖视图，示出了一个第一浸没式喷管，它具有一带有扩散角的六边形小角度扩张的主过渡部分以及一中等的终止弯头；

图1a是一个具有一倒圆导缘的较佳的流体分流装置之向后看的局部剖视图；

图1b是沿着示出一浸没式喷管的变化实施例的图2a中的线1b-1b剖取的一个变化实施例的轴向剖视图；

图2是从图1中的线2-2向右看的轴向剖视图；

图2a是从图1b中的线2a-2a剖取的轴向剖视图；

图3是从图1和2中的平面3-3向下看的横剖视图；

图3a是沿图1b和2a中的平面3a-3a剖取的横剖视图；

图4是从图1和2中的平面4-4向下看的横剖视图；

图4a是沿图1b和2a中的平面4a-4a剖取的横剖视图；

图5是从图1和2中的平面5-5向下看的横剖视图；

图5a是沿图1b和2a中的平面5a-5a剖取的横剖视图；

图6是从图1和2中的平面6-6向下看的横剖视图；

图6a是从图1和2中的平面6-6向下看的又一个横剖视图；

图6b是从图13和14及图15和16中的平面6-6向下看的横剖视图；

图6c是沿图1b和2a中的线6c-6c剖取的横剖视图；

图7是一第二浸没式喷管的向后看的轴向剖视图，该喷管具有一面积不变并从圆到方的过渡部分、一带有扩散角的六边形小角度扩张的主过渡部分、以及一中等的终止弯头；

图8是向图7的喷管右侧看的轴向剖视图；

图9是一第三浸没式喷管的向后看的轴向剖视图，该喷管具有一扩散程度中等并从圆到方的过渡部分、一具有恒定流动面积的六边形中等扩张角的主过渡部分、以及一小的终止弯头；

图10是向图9之喷管右侧看的轴向剖视图；

图11是一第四浸没式喷管的向后看的轴向剖视图，该喷管具有从圆到方并且从方到圆的高度总扩散的过渡部分、一流动面积减小的六边形大扩张角的主过渡部分、以及没有终止弯头；

图12是向图11之喷管右侧看的轴向剖视图；

图13是一个类似于图1但是具有一矩形主过渡部分的第五浸没式喷管的向后看的轴向剖视图；

图14是从图1 3之喷管向右看的轴向剖视图；

图15是一第五浸没式喷管的向后看的轴向剖视图，该喷管具有一带扩散角的矩形的小角度扩张的主过渡部分、在该主过渡部分内有较小的流动偏角、以及大的终止弯折部；

图16是向图15之喷管右侧看的轴向剖视图；

图17是一已有技术喷管的向后看的轴向剖视图；

图17a是一个向后看的轴向剖视图，示出了由图17中的喷管产生的模具流动图案；

图18是又一个已有技术喷管的向后看的轴向剖视图；

在各附图中，相同的标号表示各种视图下相同的部件。

实施本发明的最佳方式

为了清楚起见，下面先来描述已有技术的喷管。参见图17，其中示出了一个类似于欧洲专利0403808中描述那样的喷管30。该技术中已知的是，熔融的钢液从一个中间包通过一阀门或止挡杆后流入一圆形的入口管段30b。喷管30包括一个从圆到方的主过渡部分34。该喷管还包括一扁平板型的分流装置32，该分流装置将两股液流引导成相对于垂线方向明显地地偏转正负90度。然而，实际上偏转的角度只有正负45度。此外，在出口46和48处的流速是不均匀的。在靠近过渡部分34的右扩张侧壁34c处，从出口48流出的流速是较低的，如矢量627所示。而从出口48流出时的最大流速则发生在分流装置32附近，如矢量622所示。由于摩擦的缘故，邻近分流装置32的流体流速略小，如矢量621所示。在出口48处不均匀的流速将会导致产生紊流。此外，出口46和48处的流体在20到60秒的周期内可正负20度地低频波动。在出口46处，最大的流速由矢量602来表示，它相应于出口48处的矢量622。矢量602在两个极限位置之间波动，两极限位置中的一个是从垂直方向偏转65度的矢量602a，而另一个则是从垂直方向偏转25度的矢量602b。

如图17a所示，从出口46和48流出的流体趋向于彼此间成90度角，因此当出口46处的输出流由矢量602a来表示时，也就是从垂直方向偏转65度时，出口48处的输出流由从垂直方向偏转25度的矢量622a来表示。在图17a所示的一个极端的波动情况下，模具54之左端的弯月面M1上升得相当大，而其右模具端的弯月面M2上升得就比较小。为清楚起见，图中示出的效果是被夸大的。通常，弯月面的最低水平线产生在靠近喷管30的地方。在连铸的速度为每分钟3吨时，弯月面通常显示出高度为18到30mm的驻波。在图中示出的极端的波动情况下，在模具左端有一个幅度较大、深度较低的顺时针循环C1，而在模具的右端有一个幅度较小、深度较大的逆时针循环C2。

如图17a和17b所示，邻近喷管30处有一个模具的隆起区域B，这里的模具宽度有所增加，用以容纳喷管，而喷管的耐熔壁厚通常为19mm。在图17所示的极端波动情况下，有一个较大的表面流F1从左到右地流入喷管30前后的隆起区域内。还有一个较小的表面流F2从右到左地流向隆起区域。在靠近喷管30右侧的模具隆起区域内的弯月面中有间歇的表面紊流V发生。在出口46和48处高度不均匀的速度分布、在弯月面中的大的驻波、驻波中发生的振荡以及诸表面紊流，这一切都趋向于夹带模具用粉末和模具的润滑剂，从而使铸钢生产的质量下降。此外，钢壳的形成是不稳定和不均匀的，润滑剂也会带来不良的影响，而且在弯月面上或附近还可产生应力。在高速连铸时，所有的这些效应都将进一步的恶化。这样已有技术的喷管都需要连铸的速度被降低。

请重新参见图17，分流装置或者可以包括一个钝角三角形的楔块32c，该楔块具有一夹角为156度度的导缘，楔块的侧面设置的角度是从水平线起12度，如首先申请的德国专利DE3709188中所揭示的那样，这样便会形成一个正负78度的较明显的偏转。然而实际的偏转角度还是接近正负45度，而且该喷管也显示出如前一样的各种缺点。

现请参见图18，图中的喷管30类似于第二申请的德国专利DE4142447，它的所谓明显可见的偏转角度在10到22度之间。从进管30b来的流动流体进入到主过渡部分34，该过渡部分的偏转角度是由偏转侧壁34c和34f以及三角形的分流装置32限定的，其大小为正负20度。如果省略分流装置32，那么在邻近出口46和48处便用标号50来表示一流体最终的等位线。等位线50在靠近管子30b之轴线S的中心区域的曲率为零，而在与喷管的右和左侧壁34c和34f的垂直正交处的曲率最大。在中心部分流动之流体的偏转是可以不计入的；只有靠近侧壁的流动流体才展现出一个正负20度的偏转。如果没有分流装置，这便意味着在出口46和48处的平均偏转角度会在明显地减少正负20度之偏转角的1/4，也许是1/5或20％。

不考虑壁的摩擦因素，64a是一个代表了靠近喷管的左侧壁34a的流动情况的合成矢量和流线，而66a是一个代表了靠近喷管的右侧壁34c的流动情况的合成矢量和流线。流线的起始点和方向与矢量的起始点和方向是相对应的；并且流线的长度也和矢量的长度相对应。流线64a和66a当然会消失在模具中的液体和从喷管30流出的液体之间形成的混流中。如果插装一个短的分流装置32，它大致会充当一个二维流动的截流体。靠近该截流体的矢量—流线64和66的流速高于矢量—流速64a和66a的流速。流线64和66当然会消失在分流装置32的下游低压尾流中。该低压尾流会使靠近分流装置32的流动流体转向下游。较后的德国申请揭示了一个三角形的分流装置32，其长度只有主过渡部分34的21％。这样便不能在任何地方都能充分地达到接近明显偏转的效果，如果要达到这样的效果就需要有一个长度更长些的三角形分流装置，其长度相应于主过渡部分34而增加。在没有充分横向偏转的情况下，熔融的钢液会有潜入模具中的倾向。这样便增加了驻波的振幅，这不是通过增加模具端部弯月面的高度而达成的，而是通过增加喷管前后的隆起部分弯月面的凹陷程度而达成的，流动流体在此处夹带从隆起部分的该部分来的液体并且产生一个负压。

曾经有人在已有技术的喷管中尝试着通过在液流间设置一正压(如通过设置一分流装置)来使液流偏转。

由于在喷管的制造上存在着各种变化，所以在分流装置上游的流动流体缺乏减速或扩散作用，而且从出口46和48流出流动流体中会发生低频波动，流动流体中央流线将不会冲击图18中三角形分流装置32的顶点。流线的滞流点通常处于分流装置32的一侧或另一侧上。例如，如果滞流点在分流装置32的左侧，那么在分流装置32的右侧便会发生流动流体的层状分离。分离的“气泡”会降低流动流体在分流装置右侧的角度偏转，并且会在从出口48来的流动流体中又引入了紊流。

上面已经描述了已有技术的喷管以及与它们有关的各种问题，下面我们将结合图1b和2a来描述本发明的一个实施例，图中的一个浸没式喷管由标号30总的来表示。如图1b和2a所示，该喷管的上端包括一进嘴30a，该进嘴终止于一向下延伸的圆形管30b。将管段30b的轴线当成喷管的轴线S。管段30b终止在平面3a-3a处，从图3a中可以看出该平面是一圆形截面。然后，流动流体进入由标号34总的表示、最好是具有34a到34d四个壁的主过渡部分34。每一侧壁34a和34b均从垂直方向扩张一个角度。每一前壁34c和34d与后壁34a和34b都是收敛的。本技术领域的熟练人员应该可以实现的是，过渡区域34可以具有任何平面对称的形状和截面，不必限制于壁的数量(四个或六个壁)或者是文中提及的横截面，只要是过渡部分34从一个大致圆形的截面变成一个大致细长的平面对称的截面形状就行，这可以从图3a，4a，5a，6c中看出来。

对一个锥形的二维扩散装置而言，通常要将其锥角限制在约8度左右，以避免因为流动流体在开始时的分离而造成不必要的压力损失。相应地，对一个一维的矩形扩散装置而言，一对相对的壁是平行的，而另一对相对的壁应该扩张一个不超过16度的倾斜角；也就是说，一个壁是从轴线起加8度，而另一个壁是从轴线起减8度。例如，在图1b中的扩散的主过渡部分34中，诸前壁有一个2.65度的平均收敛度，而诸侧壁有一个5.2度的平均扩张度，这样便产生了一个大小约为10.4－5.3＝5.1度的侧壁的等价一维扩张，这个数值小于8度的限制。

图4a，5a和6c是沿着图1b和2a中的相应平面4a-4a，5a-5a和6c-6c剖取的横剖视图，这些平面分别都是在平面3a-3a的下方。图4a示出了四个半径较大的凸角；图5a示出了四个中等半径的凸角；而图6c示出了四个半径较小的凸角。

分流装置32被设置在过渡部分的下方，并因此产生了两根轴线35和37。分流装置的夹角大致等于出口壁38和39的扩张角度。

平面3a-3a的面积大于两个带有角度的出口35和37的面积；从出口35和37流出的流体的流速小于从圆形管段30b流出的流体流速。这种流体平均流速的减小使得由于液体从喷管中进入模具而产生的紊流有所减少。

总的偏转量就是在主过渡部分34内产生的偏转以及出口壁38和39所提供的角度扩张而产生的偏转的和。业已发现，对宽度范围在975到1625mm或38到64英寸之间，厚度为50到60mm的连铸薄钢锭而言，总的偏转角度约为30度时是接近最佳的。最佳的偏转角度是根据钢锭的厚度而定的，并且在某些程度上要根据模具隆起部分B的长度、宽度和深度而定。隆起部分的长度一般是在800到1100mm，宽度一般是在150到200mm，深度一般是在700到800mm。

参见图1和图2，图中用标号30总的示出了一种变化形式的浸没式喷管。如图1和2所示，该喷管的上端包括一进嘴30a，该进嘴终止于一向下延伸的内径为76mm圆形管30b。将管段30b的轴线作为喷管的轴线S。管段30b终止在平面3-3处，从图3中可以看出该平面是一圆形截面，其面积为4536mm²。然后，流动流体进入由标号34总的表示、最好是具有34a到34f六个壁的主过渡部分34。每一侧壁34a和34f均扩张一个角度，最好是从垂直方向扩张10度。前壁34d和34e和后壁34a和34b一样都是以较小的夹角来设置的。这将在下文中加以解释。前壁34d和34e与后壁34a和34b一起收敛，其收敛的平均角度大约是从垂直方向起3.8度。

对一个锥形的二维扩散装置而言，通常要将其锥角限制在约8度左右，以避免因为流动流体在开始时的分离而造成不必要的压力损失。相应地，对一个一维的矩形扩散装置而言，一对相对的壁是平行的，而另一对相对的壁应该扩张一个不超过1 6度的倾斜角；也就是说，一个壁是从轴线起力 8度，而另一个壁是从轴线起减8度。在图1的扩散的主过渡部分34中，前壁和后壁有一个3.8度的平均收敛度，因此可产生一个大小约为10－3.8＝6.2度的侧壁的等价一维扩张度，这个数值小于8度的限制。

图4，5和6是沿着图1和2中的相应平面4-4，5-5和6-6剖取的横剖视图，这些平面分别设置在平面3a-3a下方的100、200和351.6mm的地方。前壁34e和34d之间的夹角与后壁34a和34b之间的夹角一样都不超过180度。图4示出了四个半径较大的凸角；图5示出了四个中等半径的凸角；而图6示出了四个半径较小的凸角。后壁34a和34b的相交之处设置了一个弧度(filet)或半径，前壁34d和34e的相交处也一样。图4中流动通道的长度为111.3mm，图5中为146.5mm，图6中为200mm。

或者，如图6a所示，沿着平面6-6剖取的横剖面上可具有四个基本上半径为零的凸角。前壁34e和34d及后壁34a和34b沿着它们的交线在平面6-6以下朝着分流装置32的端头32a延伸17.6mm。因此，在那里产生了两个出口35和37，它们分别相对水平方向加减10度。如图6a所示，假设在平面6-6上过渡部分34具有较为尖锐的凸角，那么每个带角度的出口就是矩形的，其倾斜的长度为101.5mm，宽度为28.4，总面积为5776mm2。

平面3中的面积与两个带角度的出口35和37的面积的相对比率为π/4＝0.785；从出口35和37流出的速度是圆形管段30b中速度的78.5％。这种流体平均流速的减小使得由于液体从喷管中进入模具而产生的紊流有所减少。从出口35和37流出的流体进入到各自弯曲的矩形管段38和40。下面将会揭示出来，在主过渡部分34中的流动流体大致被分成两股，靠近侧壁34c和34f的流速较高，而靠近轴线处的流速较低。这意味着流动流体在主过渡部分34中会拐弯成接近正负10度。弯曲的矩形管段38和40通过又一个20度的角度来使流动流体拐弯。该两弯曲管段终止在线39和41处。在下游分别有两个直的矩形管段42和44，流体在其中的速度分布大致上等于从弯曲管段38和40流出时的速度。出口46和48分别是直管段42和44的出口。希望的是，各弯曲管段38和40的内壁38a和40a具有一看得出来的弯曲半径，其大小最好是不超过外壁38b和40b的一半。内壁38a和40a的半径可以是100mm；而外壁38b和40b的半径可以是201.5mm。外壁38b和40b是由分流装置32限定的，该分流装置有一个夹角为20度的尖锐的导缘。分流装置32还限定了直矩形段42和44的内壁42b和44b。

应理解的是，在相邻内壁38a和40a上有着低压和高流速，而在相邻的外壁38b和40b上则是高压和低速的。值得注意的是，在弯曲管段38和40中的这种速度分布和图17和18中所示的已有技术的喷管相反。直管段42和44可使靠近弯曲管段38和40之内壁38a和40a的高速低压流体沿着壁42a和44a的一个合理的距离在内壁42a和44a中扩散成低速高压。

总的偏转量是正负30度，包括在诸过渡部分34中产生的10度和在弯曲管段38和40中产生的20度。业已发现，对宽度范围在975到1625mm或38到64英寸之间的连铸薄钢锭而言，这个总偏转角是接近最佳的。最佳的偏转角度是根据钢锭的厚度而定的，并且在某些程度上要根据模具隆起部分B的长度、宽度和深度而定。隆起部分的长度一般是在800到1100mm，宽度一般是在150到200mm，深度一般是在700到800mm。当然，应理解的是，如图6中沿平面6-6剖取的剖面所示，管段38，40，42和44不再是完全矩形的，只不过是大致如此。如图6所示，还让人满意的是，侧壁34c和34d可以是没有直线部分的基本上呈半圆形的形状。如图中所示，为了加强附图的说明性质，后壁34a和34b的交接处是非常尖锐的，就象是沿着一条直线。在图2中，340b和340d分别表示侧壁34c与前、后壁34b和34d的相交处(假设它们是如图6a所示的方形凸角)。然而，因为这四个凸角在平面6-6的上游是圆的，所以线340b和349d便消失了。后壁34a和34b是彼此相对扭转的，在平面3-3处的扭转角为零，而在平面6-6处的扭转角接近最大。前壁34d和34e也被类似地扭转。可以将壁38a和42a及壁40a和44a看成是主过渡部分34之相应侧壁34f和34c的外扩张延伸部。

参见图1a，图中示出了一个按比例放大且具有一倒圆导缘的分流装置32。弯曲壁38b和40b的半径均为例如从201.5到196.5mm中减去5mm。这样便产生了一个10mm以上的厚度，在这个厚度范围内可以加工形成一个具有足够弯曲半径的导缘，以在不产生成层分离的情况下调节所需的滞流点范围。分流装置32的端头32b可以是具有垂直方向半长轴的半个椭圆形。端头32最好是有机翼的形状，例如一NACA0024型的对称机翼，其在机翼长度方向的前方30％处的厚度最大。相应地，可以将出口35和37的宽度增加1.5mm到29.9mm，以使出口的面积保持为5776mm²。

现请参见图7和8，在图中喷管之圆形管段30b的上部已经被剖去。在平面3-3处的截面是圆形的。平面16-16处在平面3-3下方50mm的地方。该截面是矩形的，它的长度为76mm，宽度为59.7mm，因而总面积是4536mm²。由于流动流体没有扩散现象，所以在平面3-3和16-16之间的从圆到方的过渡部分52可以相对较短。过渡部分52连接于一段高度为25mm、终止在平面17-17处的矩形管54，以使由过渡部分52而来的流体在进入到现以完全是矩形的扩散的主过渡部分之前得到稳定。主过渡部分34在平面17-17和6-6之间的高度为351.6mm的空间内，其截面可以是完全的六边形，如图6a所示。在这种情况下，侧壁34c和34f从垂直方向扩张10度，而前壁和后壁则从垂直方向收敛一个2.6度的平均角度。等价一维扩散壁的角度现在便成了大约10－2.6＝7.4度，这还是小于通常用的最大值8度。如果需要，可以省略矩形管段54，以使过渡部分52直接联接于主过渡部分34。在平面6-6上，长度仍然是200mm，相邻壁的宽度仍然是28.4mm。在喷管的中心线上，宽度有所增加。沿平面4-4和5-5剖取的截面类似于图4和5中所示，只是四个凸角不再是倒圆，而保持其尖锐形状。后壁34a和34b之间及前壁34d和34e之间的交线与分流装置32的端头32a相交于平面6-6以下17.6mm的地方。带角度的矩形出口35和37还是均具有101.5mm的长度和28.4mm的宽度，因而可获得的出口总面积为5776mml·从图8中可以清楚地看到前壁34b和后壁34d的扭转情况。

在图7和8中，与图1和2一样，从过渡部分34的出口35和37流出的流体流经各矩形的弯曲管段38和40，流体在弯曲管段相对垂直方向转过20度，然后再经过各直的矩形等效段42和44。从管段42和44流出的流体还是从垂直方向总的偏转正负30度。分流装置32之导缘的夹角还是20度。较佳的是，分流装置32还是有一个倒圆导缘和一个半椭圆形的或者是如图1a中所示的机翼形的端头(32b)。

现请参见图9和10，在平面3-3和19-19之间是一个带有扩张的从圆到方的过渡部分56。在平面19处的面积为762＝5776mm²。平面3-3和19-19之间的距离是75mm，它等价于一个锥形的扩散，其中的壁相对于轴线成3.5度，而壁之间总的夹角是7.0度。过渡部分34的侧壁34c和34f均从垂直方向扩张20度，而后壁34a-34b及前壁34d-34e则以一定的方式收敛，以相对水平方向成20度地设置一对矩形的出口35和37。平面20-20处于平面19-19下方156.6mm的地方。在该平面上，壁34c和34f之间的距离是190mm。后壁34a-34b之间及前壁34d-34e之间的交线在平面20-20以下朝着分流装置32的端头32a延伸34.6mm。两个带角度的矩形出口35和37还是均具有101.5mm的倾斜长度和28.4mm的宽度，因而可获得的出口总面积为5776mm²，这与平面19-19上过渡部分的出口面积相同。在过渡部分34的范围内没有纯的扩散。在出口35和37处设置了矩形的弯曲管段38和40，在这种情况下，每股流体只能经过一个10度的附加偏转。分流装置32之导缘的夹角为40度。弯曲管段38和40的后面跟着相应的直矩形段38和40。管段38和40的内壁38a和40a的半径为100mm，大致等于外壁38b和40b之半径201.1mm的一半。总的偏转量还是正负30度。较佳的是，分流装置32上设有一倒圆的导缘以及一半椭圆形的或机翼形的端头(32b)，这种形状是通过减少壁38b和40b的半径，以及如果需要可相应增加出口35和37的宽度而形成的。

参见图11和12，沿平面3-3截取的截面还是圆形的；而沿平面19-19所截取的截面是方形的。在平面3-3和19-19之间是具有扩散作用的、从圆到方的过渡部分56。通过将平面3-3和19-19之间的距离做成75mm就可以避免扩散的过渡部分56中的分离现象。在平面19-19处的截面积还是762＝5776mm12。在平面19-19和平面21-21之间是一个一维的从方到圆的扩散装置。在平面21-21处的长度为(4/π)76＝96.8mm，宽度为76mm，因而面积为7354mm²。扩散装置58的高度还是75mm；其侧壁从垂直方向扩张7.5度。在主过渡部分34中，每一侧壁34c和34f均从垂直方向扩张30度。为了确保用这样的大角度来反抗流体的分离，过渡部分34提供了一个较为理想的压力梯度，其中出口35和37的面积小于入口平面21-21的面积。平面22-22处于平面21-21以下67.8mm处，壁34c和34f之间的长度是175mm。带角度的矩形出口35和37均具有101.0mm的倾斜长度和28.6mm的宽度，因而可获得的出口总面积为5776mm²。后壁34a-34b之间及前壁34d-34e之间的交线在平面22-22以下朝着分流装置32的端头32a延伸50.5mm。在过渡部分34的出口35和37处设置了两个直的矩形部分42和44。矩形部分42和44显然是细长的，用以弥补在过渡部分34范围内偏转的损失。这里没有插入弯曲部分38和40；偏转的角度还是如主过渡部分34所提供的正负30度。分流装置32是一个三角形的楔子，它的导缘夹角为60度。最好是在分流装置32上设置一个倒圆的导缘和一个半椭圆形或机翼形的端头(32b)，这时通过向外移动壁42a和42b而增加分流装置32之基部长度来达成的。不计入摩擦因素，扩散装置58中增加的压力等于发生在主过渡部分34中的压力差。通过增加出口35和37的宽度可以进一步地降低流速，同时还可在过渡部分34中获得一个较理想的压力梯度。

在图11中，52表示主过渡部分34的出口35和37附近的一个流体等位线。应注意的是，等位线52是垂直于壁34c和34f延伸的，这里的曲率为零。当等位线52向过渡部分34的中间移动时，曲率变得越来越大，到了过渡部分34的正中间(相应于轴线S)时，曲率最大。因此，该过渡部分的六边形横截面可在过渡部分34本身的范围内为流线提供一个转向。据信，一个六边形的主过渡部分的平均偏转效率比侧壁产生的明显的偏转要大2/3或大约3/4或75％。在图1-2和7-8中，主过渡部分内10度偏转角中2.5度的损失几乎在弯曲的和直的部分中完全得到弥补。在图9-10中，主过渡部分内20度偏传角中5度的损失在弯曲的和直的部分中差不多已得到弥补。在图11-12中，主过渡部分内30度偏转角中7.5度的损失在细长的直管段中大部分得以弥补。

现请参见图13和14，图中示出了图1和2中所示的一种变化型式，主过渡部分34上只设有四个壁，后壁是34ab，前壁是34de。沿平面6-6剖取的截面可以如图6b所示大致呈矩形。或者，该截面可以具有半径为零的尖角。或者，侧壁34c和34f可以是没有直的部分的半圆形截面。沿平面4-4和5-5剖取的横剖面大致如图4和5所示，当然，只是后壁34a和34b以及前壁34e和34d是在一直线上的。出口35和37都在平面6-6上。线35a表示进入弯曲部分38的带角度的入口；而线37a则表示进入弯曲部分40的带角度的入口。分流装置32具有一尖锐的导缘，该导缘的夹角是20度。流动流体在过渡部分34左边和右边的偏转大约是侧壁34c和34f之10度角的20％，或者是平均偏转正负2度。弯曲部分38和40的带角度入口35a和37a假使过渡部分34中的流体已经偏转10度。弯曲部分38和40以及后面跟着的直管段42和44将弥补在过渡部分34中造成的8度偏转损失中的大部分；但是不希望从出口46和48起的偏转大于正负30度，分流装置32最好是有一个倒圆的导缘和一个如图1a所示的半椭圆形或机翼形的端头(32b)。

现请参见图15和16，图中示出了另一个类似于图1和2中所示的喷管。主过渡部分34上还是只设有四个壁，后壁是34ab，前壁是34de。沿平面6-6剖取的截面可以如图6b那样带有倒圆角，或者可以是带尖锐角的矩形。沿平面4-4和5-5剖取的横剖面大致如图4和5所示，只是后壁34a和34b以及前壁34e和34d在一直线上。出口35和37都在平面6-6上。在本发明的该实施例中，假设在出口35-37处的偏转角是零度。弯曲部分38和40均使相应地流动流体偏转30度。在这种情况下，如果分流装置有一个尖锐的导缘，那它就会有夹角为零度的三角形顶点的性质，这种构造是不实际的。因此，壁38b和40b具有一减小的半径，因而分流装置32的导缘经过倒圆的，而且端头(32b)是半椭圆形或机翼形的。单单通过弯曲部分38和40，总的偏转量便可以达到正负30度。直管段42和44的出口46和48设置在从水平方向偏转不到30度的角度位置上，这个角度就是流动流体从垂直方向偏转的角度。

壁42a和44a显然比壁42b和44b长。由于靠近壁42a和44a的压力梯度并不理想，所以需要设置一个比较大的长度来进行扩散。图15-16中的直管段42和44可以适用于在图1-2，7-8，9-10，以及13-14所示的喷管中。这样的直管段还可以用在图11-12所示的喷管中，但是好处不大。应注意的是，对弯曲部分38和40的最初三分之一而言，壁38a和40a所提供的明显的偏转比相应的侧壁34f和34c小。然而，在此下游，扩张的壁38a和40a以及扩张的壁42a和44a将会比相应的侧壁34f和34c提供更明显的视觉偏转。

在类似于图13和14所示的并已完全测试成功的最初设计中，侧壁34c和34f均具有从垂直方向扩张5.2度的扩张角；而后壁34ab和前壁34de均具有从垂直方向收敛2.65度的收敛角。在平面3-3上，流动流体的截面是圆形的，其直径为76mm。在平面4-4上，流动流体的截面的长为95.5mm，宽为66.5mm，四个角的半径为28.5mm。在平面5-5上，截面的长为115mm，宽为57.5mm，四个角的半径为19mm。平面6-6处在平面5-5之下150mm的地方，而不是151.6mm，其截面的长为144mm，宽为43.5mm，四个角的半径为5mm，流体流动的面积是6243mm²。弯曲部分38和40被省略了。直管段40和42的壁42a和44a在平面6-6上和相应的侧壁34f和34c相交。壁42和44a还是从垂直方向扩张30度，并且在平面6-6以下朝着一第七水平面延伸95mm。一个三角形分流装置32之尖锐导缘的夹角是60度(如图11)，该导缘就设置在第七平面上。分流装置的底部在第七平面的下方延伸110mm。每一出口46和48均具有一110mm的倾斜长度。业已发现，出口46和48的顶部应该浸没在弯月面以下至少150mm处。在以3.3吨每分钟的速度连铸一宽度为1384mm的钢锭时，驻波的高度只有7到12mm；在弯月面内没有形成表面紊流；在模具宽度不到1200mm的情况下，没有明显的波动；在模具宽度大于此的情况下，最终的波动也是比较小的。据信，这种在宽度较大的模具中产生的较小的波动可能缘出于流动流体在壁42a和44a上的分离，这是因为最终的偏转非常地突然，而且因为在分流装置32之尖锐导缘的下游会发生流动流体的分离。在这种原始的设计中，前、后壁34ab和34de在细长的直管段42和44中连续地收敛2.65度。这样，这些部分便不是带有四个半径为5mm的矩形，而是轻微不规则的四边形来代替，出口46和48之顶部的宽度为35mm，而出口46和48之底部的宽度为24.5mm。我们将这一轻微不规则的四边形看成是大致的矩形。

下面将可以清楚地看出，我们已经完成了本发明的各个目的。通过在入口管和出口之间设置使流体扩散以及减速的部分，可以降低流体从出口流出时的速度，沿着出口的长度和宽度方向的速度分布也大体均匀，并且减少了模具中的驻波振荡。通过在过渡部分的下方设置一个分流装置便可以使两股相对的液流从对称平面的对称轴线上偏转。通过使流动流体在过渡部分中扩散和减速，可以获得一个从垂直方向偏转30度的总液流偏转角，而且同时可以在出口处提供一个稳定、均匀的速度。

此外，通过在液流的外部施加一个负压，可以部分地完成两股相对液流的偏转。这些负压部分地是通过增加主过渡部分下游侧壁的扩张角而产生的。通过设置内半径是外半径的一个显见分数的弯曲管段可以产生偏转。通过为过渡部分设置一个具有相应成对的前后壁并且各壁间夹角不超过180度的六边形截面，可以在主过渡部分的范围内完成流动流体的偏转。分流装置上设有一个具有充分曲率半径的倒圆导缘，以防止由于制造的原因或者是由于轻微的流体波动使滞流点出现想不到的变化，从而使流体在该向下游延伸的导缘处产生分离。

应该理解的是，在不涉及子组合中其它特征的情况下，还可以利用或使用某些特征和子组合。但这应该属于权利要求书的范围之内。因此，应该理解，本发明不应受到上面所描述和示出的种种特定细节的限制，它只能是限制在所附权利要求书的保护范围内。

Claims (32)

1.一种用于使金属液流过的浸没式喷管，包括：一垂直设置的入口管段，它具有一大体轴向的对称线以及一第一横剖流动区域；一过渡区域，它具有第一横剖流动区域，该区域带有两个或更多个前壁以及两个或更多个侧壁，通过给前壁设置一个收敛角可以减小第一横剖区域的厚度，通过给侧壁设置一个扩张角可以增加第一横剖区域的宽度，从而产生一个大致细长并且平面对称的过渡区域之第二横剖区域；用以分隔从过渡区域来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转。

2.如权利要求1所述的喷管，其特征在于，通过相当大地增加所述过渡区域的横截面积，而使该过渡区域能让流速相当大地降低。

3.如权利要求1所述的喷管，其特征在于，所述流体分隔装置包括一对偏转管段，它们包括一设置在所述偏转管段之间、处于所述过渡区域下游的的分流装置，所述偏转管段具有从垂直方向扩张一预定角度的诸侧壁，所述侧壁大致平行于由分流装置构成的侧壁。

4.如权利要求1所述的喷管，其特征在于，所述前壁的总收敛角度是大约2.0到8.6度。

5.如权利要求1所述的喷管，其特征在于，所述侧壁的总收扩张度是大约16.6到6.0度。

6.如权利要求3所述的喷管，其特征在于，所述偏转管段提供的偏转角是，在每一侧均从垂直方向偏转大约10到80度。

7.如权利要求3所述的喷管，其特征在于，所述偏转管段提供的偏转角是，在每一侧均从垂直方向偏转大约20到40度，较佳的是大约30度。

8.如权利要求1所述的喷管，其特征在于，所述总收敛角大约是5.3度。

9.如权利要求1所述的喷管，其特征在于，所述总扩张角大约是10.4度。

10.如权利要求2所述的喷管，其特征在于，所述过渡部分能使流速降低大约38％，并能使横截面积增加大约38％。

11.一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该装置并具有大致相等的预定的横剖流动面积，所述分流装置包括一横剖流动面积大致为六边形的过渡部分，包括了该过渡部分的装置用于放大横剖流动面积，因而使两股液流的预定流动面积在明显地大于所示入口管段的一定的流动面积；设置在液流之间、用于在液流的内部产生正压的第一装置，该第一装置具有一倒圆的导缘，该导缘有足够大的曲率半径，因而可以在没有流动流体分离的情况下改变滞流点；以及用来在液流的外部产生负压的装置。

12.一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该分流装置包括设置在液流之间的、用于在液流的内部产生正压的第一装置，以及用来在液流的外部产生负压的第二装置。

13.如权利要求12所述的喷管，其特征在于，所述分流装置包括一过渡部分，该过渡部分的侧壁从垂直方向扩张一个预定的角度，其中的第一和第二装置包括一对设置在所述过渡部分下游的偏转管段，该偏转管段具有相应于所述过渡部分侧壁的诸壁，并且该偏转管段具有相应的终止部分，所述相应的诸壁在此终止部分上从垂直方向扩张的角度明显地大于所述预定的角度。

14.如权利要求12所述的喷管，其特征在于，所述第一和第二装置包括一对基本上直的，并且大体上呈矩形的部分。

15.如权利要求12所述的喷管，其特征在于，所述第一和第二装置包括一对弯曲的，并且大体上呈矩形的部分。

16.如权利要求15所述的喷管，其特征在于，所述弯曲部分包括具有预定半径的内、外壁，所述内壁的半径在明显地不超过外壁半径的一半。

17.如权利要求15所述的喷管，其特征在于，所述第一和第二装置还包括一对基本上直的、大体上呈矩形的、并且设置在所述弯曲部分下游的部分。

18.一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；包括一个过渡部分、用于降低从入口管段来的流体流速的装置，所述过渡部分具有从垂直方向扩张一预定角度的诸侧壁，并具有一明显地大于所述一定面积的出口横剖流动面积；以及用于将从过渡部分来的流体分隔成两股从垂直方向朝相对的方向作角度偏转的装置。

19.如权利要求18所述的喷管，其特征在于，所述过渡部分能使流速降低很多。

20.如权利要求18所述的喷管，其特征在于，所述过渡部分能使流速没有净变化，而其中的流速降低装置包括一设置在过渡部分上游的扩散装置。

21.如权利要求18所述的喷管，其特征在于，所述过渡部分能使流速增加，而其中的流速降低装置包括一设置在过渡部分上游的扩散装置，该扩散装置使流速降低的幅度在明显地大于过渡部分使流速增加的幅度。

22.一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该分流装置被设置在液流之间，并具有一倒圆的导缘，该导缘有足够大的曲率半径，因而可以在没有流动流体分离的情况下改变滞流点。

23.如权利要求22所述的喷管，其特征在于，所述分流装置包括一个大致为半椭圆形的端头部分。

24.如权利要求22所述的喷管，其特征在于，所述分流装置包括一个端头部分，该端头部分大致是一对称的机翼形状，在翼长前部具有最大的厚度。

25.一种用于连续铸造熔融钢液的浸没式喷管，包括：一垂直设置的、具有一定横剖流动面积的入口管段；用以分隔从入口管段来的金属液流的装置，该装置将金属液流分隔成两股，这两股液流从垂直方向朝着相反的方向作角度偏转，该分流装置包括一个横剖流动面积大致是六边形的过渡部分。

26.如权利要求25所述的喷管，其特征在于，所述过渡部分包括两个扩张型侧壁、两个相交的并具有略超过180(之倾斜角的前壁、以及两个相交的并具有略超过180(之倾斜角的后壁，其中的前壁和后壁是收敛的。

27.如权利要求25所述的喷管，其特征在于，所述分流装置包括一对基本上直的、大体上呈矩形的、并且设置在所述过渡部分下游的管段。

28.如权利要求27所述的喷管，其特征在于，所述直管段引导液流从垂直方向偏转一定的角度，该直管段具有从水平方向偏转一个角度的出口，该角度小于所述一定的角度。

29.如权利要求25所述的喷管，其特征在于，所述分流装置包括一对弯曲的、大体呈矩形并设置在所述过渡部分下游的管段。

30.如权利要求29所述的喷管，其特征在于，所述分流装置包括一对基本上直的、大体呈矩形并设置在所述弯曲管段下游的管段。

31.如权利要求1 4所述的喷管，其特征在于，所述直管段引导液流从垂直方向偏转一定的角度，该直管段具有从水平方向偏转一个角度的出口，该角度小于所述一定的角度。

32.如权利要求1所述的喷管，其特征在于，所述第一横剖区域基本上是圆形的。

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