CN116745047A - 连续铸造用浸渍喷嘴 - Google Patents
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Abstract
在第一部分(3)中，流路(31)的横截面形状为圆形，在第二部分(5)中，流路(51)的形状为扁平状，在连接部分(4)中，流路(41)的形状为将第一部分(3)的流路(31)与第二部分(5)的流路(51)连续地连接的形状，开口部(52)设于第二部分(5)的前端侧，且沿着扁平状的面方向延伸，将第一部分(3)中的流路(31)的截面积的最大值设为S1，将第二部分(5)中的流路(51)的截面积的最大值设为S2，将从第一部分(3)和连接部分(4)的边界部(42)起至上游侧的第一部分(3)的长度(L1)的20％的范围内中的流路(31)的截面积的最小值设为S3，S2比S1大，S1与S3之比S1/S3为1.10以上且2.00以下，并且S2与S3之比S2/S3为1.20以上且2.50以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续铸造用浸渍喷嘴。本发明的浸渍喷嘴特别适用于模具厚度小于200mm的板坯的连续铸造。
背景技术
近年来，为了轧制工序的省力化，引入了模具厚度为200mm以下的板坯(称为薄板坯或中厚板坯。)的连续铸造。与此相应，采用喷出部为扁平的浸渍喷嘴(以下，称为扁平型喷嘴。)来代替以往的圆筒型的浸渍喷嘴(以下，称为圆筒型喷嘴。)。但是，扁平型喷嘴与以往的圆筒型喷嘴相比，存在如下问题：当钢液穿过位于扁平型喷嘴的上游的止动件、滑动喷嘴等时产生的偏流难以平息。因此，铸模内的钢液变得不均匀，从而导致钢质量的恶化。因此为了消除该问题，构想了以抑制偏流为指向的各种扁平型喷嘴。
在专利文献1和专利文献2中，公开了一种上游侧形成为大致圆筒状、下游侧形成为扁平状的喷嘴。在专利文献3中，公开了在出口侧形成为扁平状的喷嘴中，在入口侧揭示有由大径化部和小径化部构成的钢液搅拌部的例子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－47897号公报
专利文献2：日本特表2001－501132号公报(或者美国专利第5785880号说明书)
专利文献3：日本特开2001－300699号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在这些现有技术中无法充分抑制偏流。在专利文献1和专利文献2中，可以说部分消除了上游侧的圆筒部分的偏流，但即使在下游侧设置扁平部分，也未完全抑制喷出的钢液流的偏流。此外，就专利文献3的喷嘴而言，由于其复杂的形状，制造成品率差，而且弯曲应力集中在大径化部和小径化部的边界，容易产生裂纹。
因此，本发明所要解决的问题在于，提供一种具有比较简单的结构，并且喷嘴内的钢液流动得到了优化的连续铸造用浸渍喷嘴。由此，谋求铸片的质量和生产率的提高。
用于解决问题的方案
对扁平型喷嘴内的钢液流动进行了流体分析，结果表明：在扁平喷嘴的内管的横截面形状从圆形转变为扁平形状的部分中，在横截面形状为圆形的部分处至少部分地收缩内径，暂时使流体向内管中央部集中来进行整流化，由此在之后的向扁平形状转变时流体容易被左右均匀地分配。此外，还确认了：为了缓和因暂时收缩内径而造成的流速的上升，将喷出孔附近的内管截面积设为收缩部分的截面积的1.20倍以上是有效的。基于这些见解，对扁平型喷嘴各部的形状进行了优化。
本发明的连续铸造用浸渍喷嘴具备流路和开口部，该连续铸造用浸渍喷嘴从基端侧起依次设有第一部分、连接部分以及第二部分，该连续铸造用浸渍喷嘴的特征在于，在所述第一部分中，所述流路的横截面形状为圆形，在所述第二部分中，所述流路的形状为扁平状，在所述连接部分中，所述流路的形状为将所述第一部分的所述流路与所述第二部分的所述流路连续地连接的形状，所述开口部设于所述第二部分的前端侧，且沿着所述扁平状的面方向延伸，将所述第一部分中的所述流路的截面积的最大值设为S1，将所述第二部分中的所述流路的截面积的最大值设为S2，将从所述第一部分和所述连接部分的边界部起至上游侧的所述第一部分的长度的20％的范围内的所述流路的截面积的最小值设为S3，S2比S1大，S1与S3之比S1/S3为1.10以上且2.00以下，并且S2与S3之比S2/S3为1.20以上且2.50以下。
根据该构成，能在使喷嘴的结构比较简单的同时，使喷嘴内的钢液流动得到优化。第一，在大致圆筒状的第一部分的下端设置至少部分地收缩了流路的内径的部分，由此钢液流易于在流入连接部分之前进行整流。第二，使第二部分中的流路的截面积的最大值大于上述收缩了内径的部分中的流路的截面积的最小值，由此在第二部分中适当地使钢液流的流速减小，并且钢液流易于被均匀地供给至喷嘴的左右。
以下，对本发明的优选方案进行说明。不过，本发明的范围不受以下记载的优选方案例限定。
作为本发明的连续铸造用浸渍喷嘴的一个方案，优选的是，所述第一部分、所述第二部分以及所述连接部分各自的长度相对于全长的比例均为10％以上。
根据该构成，易于以充分的水平得到抑制偏流的效果和降低钢液流的流速的效果这双方。
作为本发明的连续铸造用浸渍喷嘴的一个方案，优选的是，所述第二部分中的所述流路的宽度为300mm以下。
根据该构成，易于以充分的水平得到降低钢液流的流速的效果。
作为本发明的连续铸造用浸渍喷嘴的一个方案，优选的是，该连续铸造用浸渍喷嘴还具有：接合部分，连接于所述第一部分的基端侧，在所述接合部分中，所述流路的截面积从基端侧向前端侧逐渐减小。
根据该构成，在采用止动件型的流量控制的情况下，能消除成为从浇口盘到铸模使钢液氧化的进气的原因的接缝，因此易于提高钢的质量。
通过参照附图来进行记述的以下的例示性且非限定性的实施方式的说明，本发明的进一步的特征和优点会变得更加明确。
附图说明
图1是实施方式的连续铸造用浸渍喷嘴的正面剖视图。
图2是实施方式的连续铸造用浸渍喷嘴的侧面剖视图。
图3是实施方式的连续铸造用浸渍喷嘴的第一部分的横截面图。
图4实施方式的连续铸造用浸渍喷嘴的第二部分的横截面图。
具体实施方式
参照附图对本发明的连续铸造用浸渍喷嘴的实施方式进行说明。以下，对将本发明的连续铸造用浸渍喷嘴应用于在模具厚度为200mm以下的板坯的连续铸造中使用的连续铸造用浸渍喷嘴1(以下，仅称为喷嘴1。)的例子进行说明。
〔连续铸造用浸渍喷嘴的整体构成〕
喷嘴1是由耐火材料形成的筒状的部件。在内部形成有用于供钢液流通的流路，在前端部分设有开口部。在喷嘴1中，从基端侧起依次设有接合部分2、第一部分3、连接部分4以及第二部分5，各部分的形状不同(图1、图2)。喷嘴1在接合部分2处与上游侧的设备(止动件、滑动喷嘴等。未图示。)接合。喷嘴1的全长L为1200mm。需要说明的是，以下说明的喷嘴1的各部的长度的记载有时会与图1和图2所示的方案不同，这是因为在图1和图2中为了强调示出喷嘴1的各部的结构而变更了上下方向的长度来进行图示。因此，对于各部的长度，应根据以下的说明中的记载来进行理解。
构成喷嘴1的耐火材料的种类没有特别限定，可以使用本领域中以往使用的耐火材料。作为这样的耐火材料，举例示出氧化铝－石墨材质、氧化镁－石墨材质、尖晶石－石墨材质、氧化锆－石墨材质、锆酸钙－石墨材质、高氧化铝材质、氧化铝－二氧化硅材质、二氧化硅材质、锆石材质、尖晶石材质等。此外，也可以应用适当的区域衬里。
在以下的说明中，在提及方向时，以图1所示的配置为基准。即，在提及上下方向时，将基端侧(接合部分2侧)称为上(上部、上方、上侧、上游等)，将前端侧(第二部分5侧)称为下(下部、下方、下侧、下游等)。需要说明的是，在提及喷嘴1的整体和部分的长度时，只要没有特别记载，则是指上述定义的上下方向的长度。
此外，在提及流路的截面时，只要没有特别记载，则是指与上述定义的上下方向正交的方向(与图1纸面正交的方向)的截面，将该截面称为横截面。需要说明的是，在使用喷嘴1时，钢液从上述定义的上侧朝向下侧流动，因此上述定义的横截面也是相对于钢液的流动方向的截面。
〔第一部分的构成〕
第一部分3为喷嘴1的基端侧的主要部分。在本实施方式中，第一部分3的长度L1为300mm，第一部分3的长度L1相对于喷嘴1的全长L的比例为25％(图1)。
在第一部分3中，流路31的横截面形状为圆形(图1～图3)。在本实施方式中，第一部分3的横截面的截面积不是固定的，在第一部分上部3a中流路31的截面积为3850mm2，在第一部分中部3b中流路31的截面积为5000mm2，在第一部分下部3c中流路31的截面积为3700mm2。
在流路31的截面积相互不同的第一部分上部3a和第一部分中部3b的边界部分，流路31形成为其直径连续变化的锥状。需要说明的是，在第一部分中部3b和第一部分下部3c的边界部分，流路31也形成为锥状。
在本实施方式中，第一部分3的流路31的截面积在第一部分中部3b成为最大。在此，将第一部分3中的流路31的截面积的最大值设为S1，在本实施方式中S1为5000mm2(第一部分中部3b中的流路31的截面积)。
第一部分下部3c与连接部分4连续设置，长度L1c为60mm。因此，第一部分下部3c的长度L1c为第一部分3的长度L1的20％。在此，将第一部分下部3c中的流路31的截面积的最小值设为S3，在本实施方式中，S3为3700mm2。在此，第一部分下部3c中的流路31的截面积的最小值是从第一部分和连接部分的边界部起至上游侧的第一部分的长度的20％的范围内的流路的截面积的最小值的例子。需要说明的是，在本实施方式中，第一部分下部3c除了与第一部分中部3b连接的锥状部分之外形成为圆筒状，因此S3与第一部分下部3c的该锥状部分以外的部分的流路31的截面积一致。
〔第二部分的构成〕
第二部分5是喷嘴1的前端侧的主要部分。在本实施方式中，第二部分5的长度L2为600mm，第二部分5的长度L2相对于喷嘴1的全长L的比例为50％(图1)。
在第二部分5中，流路51的形状为扁平状(图1、图2以及图4)。需要说明的是，对于流路51的扁平状的形状，将图1的XZ平面方向定义为“面方向”，将图2的Y轴方向定义为“厚度方向”。在此，扁平状的形状在本领域技术人员识别为扁平状的范围内没有特别限定，例如是指流路51的宽度W2(图1的X轴方向)为厚度(图2的Y轴方向)的1.5倍以上的形状。
在流路51的前端侧设有开口部52。在本实施方式中，设有四个开口部52，两个设于喷嘴1的长尺寸方向的前端的面，剩下的两个设于喷嘴1的长尺寸方向侧面。所有开口部52均沿着流路51的扁平状的形状的面方向(图1的XZ平面方向)延伸。需要说明的是，设置开口部52的数量没有特别限定，但优选任一个开口部52均沿着流路51的扁平状的形状的面方向延伸。
在本实施方式中，在未设有开口部52的范围中，流路51的截面积是固定的，为5400mm2。因此，在本实施方式中，第二部分5中的流路51的截面积的最大值S2为5400mm2。需要说明的是，流路51的截面积也可以不一定是固定的，在该情况下，优选构成为横截面积相互不同的区域之间的边界部分形成为锥状，截面积沿着第二部分5的长尺寸方向连续变化。
在本实施方式中，在未设有开口部52的范围中，流路51的宽度W2也是固定的，为300mm。优选的是流路51的宽度W2为300mm以下。
〔连接部分的构成〕
连接部分4是将第一部分3与第二部分5连续地连接的部分。在本实施方式中，连接部分4的长度L3为250mm，连接部分4的长度L3相对于喷嘴1的全长L的比例为21％(图1)。
在连接部分4设有将截面形状为圆形的第一部分3的流路31与截面形状为扁平状的第二部分5的流路51连续地连接的形状的流路41。因此，流路41的截面形状在上端42为圆形，在下端43为扁平状。第一部分3与连接部分4的边界(即连接部分4的上端42)中的流路41的截面积与第一部分下部3c中的流路31的截面积一致，为3700mm2。
〔接合部分的构成〕
接合部分2是用于将喷嘴1与上游侧的设备(止动件、滑动喷嘴等。未图示。)接合的部位。在接合部分2，流路21的截面积构成为从基端侧向前端侧(即第一部分3侧)逐渐减小。通过在喷嘴1设置接合部分2，在采用止动件型的流量控制的情况下，能消除成为从浇口盘到铸模使钢液氧化的进气的原因的接缝，因此容易提高钢的质量。
〔各部的尺寸关系〕
接着，对第一部分3、连接部分4以及第二部分5的尺寸关系进行说明。
如上所述，相对于喷嘴1的全长L，第一部分3的长度L1的比例为25％，连接部分4的长度L3的比例为21％，第二部分5的长度L2的比例为50％。如此，优选的是，第一部分3、连接部分4以及第二部分5各自的长度相对于喷嘴1的全长L的比例均为10％以上。特别是，第二部分5的长度L2相对于喷嘴1的全长L的比例更优选为20％以上。
第一部分3中的流路31的截面积的最大值S1为5000mm2，第二部分5中的流路51的截面积的最大值S2为5400mm2。因此，S2比S1大。
第一部分3中的流路31的截面积的最大值S1为5000mm2，第一部分下部3c中的流路31的截面积的最小值S3为3700mm2，因此S1与S3之比S1/S3为1.35。在本实施方式中，S1与S3之比S1/S3在1.10以上且2.00以下的范围内。S1与S3之比S1/S3优选为1.15以上，更优选为1.25以上。此外，S1与S3之比S1/S3优选为1.90以下，更优选为1.80以下。
第二部分5中的流路51的截面积的最大值S2为5400mm2，第一部分下部3c中的流路31的截面积的最小值S3为3700mm2，因此S2与S3之比S2/S3为1.46。在本实施方式中，S2与S3之比S2/S3在1.20以上且2.50以下的范围内。S2与S3之比S2/S3优选为1.25以上，更优选为1.30以上。此外，S2与S3之比S2/S3优选为2.40以下，更优选为2.20以下。
〔其他实施方式〕
最后，对本发明的连续铸造用浸渍喷嘴的其他实施方式进行说明。需要说明的是，只要不产生矛盾，在以下的各个实施方式中公开的构成就能与在其他实施方式中公开的构成组合应用。
本发明的连续铸造用浸渍喷嘴的第一部分、连接部分以及第二部分的任一个中都不限定于上述举例示出的第一部分3、连接部分4以及第二部分5的结构，可以对各部的结构施加用于赋予特定的功能的公知的变更。例如，扩径部位和缩径部位、台阶、凹凸部以及槽等偏流防止手段可以设于第一部分、连接部分以及第二部分中的任一个。
在上述实施方式中，以在喷嘴1的基端侧的端部设有接合部分2的构成为例进行了说明。但是，在本发明的连续铸造用浸渍喷嘴的基端侧也可以不设置接合部分。在该情况下，连续铸造用浸渍喷嘴的基端侧的端部是第一部分，因此其流路构成为大致圆筒状(截面积为大致固定)。
在上述实施方式中，以第一部分下部3c中的流路31除了上端的锥状部分以外形成为圆筒状的构成为例进行了说明。但是在本发明中，对第一部分下部中的流路的形状而言，只要流路的横截面形状为圆形就没有限定。例如，可以采用在第一部分下部的流路的中途设置局部的缩径部的构成、将第一部分下部的流路形成为锥状的构成等。此外，在上述的实施方式中，以第一部分下部3c的长度L1c为第一部分3的长度L1的20％的构成为例进行了说明，但第一部分下部的长度是任意的。需要说明的是，在任何情况下，都将从第一部分和连接部分的边界部起至上游侧的第一部分的长度的20％的范围内的流路的截面积的最小值定义为S3。在此，在上述的范围外，即在从边界部远离超过第一部分长度的20％的部位，即使设置使流路的截面积收缩的部分，也难以得到防止偏流的效果。
在上述实施方式中，对将第一部分下部3c中的流路31的截面积的最小值设为S3，S1与S3之比S1/S3在1.10以上2.00以下的范围内，S2与S3之比S2/S3在1.20以上2.50以下的范围内的发明进行了说明。但是，作为本发明的另一个方案，将第一部分和连接部分的边界中的流路的截面积定义为S3，对于该S3，可以确定S1与S3之比S1/S3以及S2与S3之比S2/S3分别在上述数值范围内的发明。即本发明的另一个方案是一种连续铸造用浸渍喷嘴，具备流路和开口部，从基端侧依次设有第一部分、连接部分以及第二部分，在所述第一部分中，所述流路的横截面形状为圆形，在所述第二部分中，所述流路的形状为扁平状，在所述连接部分中，所述流路的形状为将所述第一部分的所述流路与所述第二部分的所述流路连续地连接的形状，所述开口部设于所述第二部分的前端侧，且沿着所述扁平状的面方向延伸，将所述第一部分中的所述流路的截面积的最大值设为S1，将所述第二部分中的所述流路的截面积的最大值设为S2，将所述第一部分和所述连接部分的边界中的所述流路的截面积设为S3，S2比S1大，S1与S3之比S1/S3为1.10以上且2.00以下，并且S2与S3之比S2/S3为1.20以上且2.50以下。根据该另一个方案，也起到与上述实施方式同样的作用效果。
关于其他构成，应当理解，在本说明书中公开的实施方式在所有方面都是例示，本发明的范围不限于此。本领域技术人员可以容易地理解，在不脱离本发明的主旨的范围内可适当改变。因此，在不脱离本发明的主旨的范围内进行改变的其他实施方式当然也包含在本发明的范围内。
实施例
以下，示出实施例来进一步说明本发明。不过，以下的实施例不限定本发明。
〔喷嘴形状〕
制作了变更以下各条件的喷嘴。在各例中所选择的条件记载在下文所示的表中。
(S1与S2的大小关系)
与上述实施方式同样地制作了S2＞S1的例子，以及与上述实施方式相反地制作了S1＞S2的例子。
(S1与S3之比S1/S3)
制作了将S1与S3之比S1/S3在1.00～2.10的范围内变更的例子。
(S2与S3之比S2/S3)
制作了将S2与S3之比S2/S3在0.75～2.80的范围内变更的例子。
(第二部分5的宽度W2)
与上述实施方式同样地制作了将第二部分5的宽度W2设为300mm的例子，以及与上述实施方式不同的将第二部分5的宽度W2设为320mm的例子。
〔评价〕
对实施例和比较例的各例的喷嘴进行了水模型试验。模具尺寸为1200×1400mm，吞吐量换算为钢液为每分钟4.0吨。对于从各喷嘴喷出的水，在3分钟内测定弯月面流速和喷嘴左右的液面变动量的差，记录其平均值和时间变化。
(弯月面流速)
对于弯月面流速的3分钟的平均值，通过A～C这三个等级进行了评价。对于评价B和C的例子，同时记载+或－的符号，表示相对于最优选的范围(评价A的范围)的大小。需要说明的是，如果为评价B以上则在实际使用中优选，评价A为特别优选。
A：弯月面流速的3分钟的平均值为每秒20cm以上且30cm以下。
B(－)：弯月面流速的3分钟的平均值为每秒10cm以上且小于20cm。
B(+)：弯月面流速的3分钟的平均值大于每秒30cm且在40cm以下。
C(－)：弯月面流速的3分钟的平均值小于每秒10cm。
C(+)：弯月面流速的3分钟的平均值大于每秒40cm。
(左右的液面变动量的差)
对于喷嘴左右的液面差，通过A～C这三个等级进行了评价。需要说明的是，如果为评价B以上则在实际使用中优选，评价A为特别优选。
A：左右的液面的液位差始终小于7mm。
B：左右的液面的液位差始终在7mm以上且小于10mm。
C：左右的液面的液位差始终在10mm以上。
〔结果〕
对于实施例和比较例的各例，将尺寸条件和评价结果示于以下的表1～表3。就S2比S1大(条件1)、S1与S3之比S1/S3为1.10以上且2.00以下(条件2)、且S2与S3之比S2/S3为1.20以上且2.50以下(条件3)的实施例1～实施例9而言，对于弯月面流速和左右的液面变动量的差这两者，在实用上均为优选水平(评价B以上)(表1)。另一方面，就不满足条件1～条件3中的至少一个的比较例1～比较例6而言，对于弯月面流速和左右的液面变动量的差中的任一个为评价C，在实用上为不优选的水平。
在表3中3示出了对第一部分3、连接部分4以及第二部分5的长度的比例进行了变更的例子。虽然任一个例子都是在实用上优选的水平(评价B以上)，但是就第一部分3、连接部分4以及第二部分5各自的长度相对于喷嘴1的全长L的比例均为10％以上的实施例10～实施例13而言，其评价比存在小于10％的部分的实施例14～实施例16更好。
表1：实施例
表2：比较例
表3：对第一部分3、连接部分4以及第二部分5的长度的比例进行了变更的例子
工业上的可利用性
本发明可以用作连续铸造用浸渍喷嘴，特别是，特别适用于模具厚度小于200mm的板坯的连续铸造。
附图标记说明
1：连续铸造用浸渍喷嘴；
2：接合部分；
21：流路；
3：第一部分；
3a：第一部分上部；
3b：第一部分中部；
3c：第一部分下部；
31：流路；
4：连接部分；
41：流路；
42：连接部分的上端；
43：连接部分的下端；
5：第二部分；
51：流路；
52：开口部。
Claims (4)
1.一种连续铸造用浸渍喷嘴，具备流路和开口部，所述连续铸造用浸渍喷嘴从基端侧起依次设有第一部分、连接部分以及第二部分，其中，
在所述第一部分中，所述流路的横截面形状为圆形，
在所述第二部分中，所述流路的形状为扁平状，
在所述连接部分中，所述流路的形状为将所述第一部分的所述流路与所述第二部分的所述流路连续地连接的形状，
所述开口部设于所述第二部分的前端侧，且沿着所述扁平状的面方向延伸，
将所述第一部分中的所述流路的截面积的最大值设为S1，将所述第二部分中的所述流路的截面积的最大值设为S2，将从所述第一部分和所述连接部分的边界部起至上游侧的所述第一部分的长度的20％的范围内的所述流路的截面积的最小值设为S3，
S2比S1大，
S1与S3之比S1/S3为1.10以上且2.00以下，并且
S2与S3之比S2/S3为1.20以上且2.50以下。
2.根据权利要求1所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，
所述第一部分、所述第二部分以及所述连接部分各自的长度相对于全长的比例均为10％以上。
3.根据权利要求1或2所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其中，
所述第二部分中的所述流路的宽度为300mm以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的连续铸造用浸渍喷嘴，还具有：
接合部分，连接于所述第一部分的基端侧，
在所述接合部分中，所述流路的截面积从基端侧向前端侧逐渐减小。
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