CN117580657A - 浸渍喷嘴 - Google Patents
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Abstract
在第一部分(2)中，流路(21)的横截面形状为圆形，在第二部分(4)中，流路(41)的横截面形状为矩形，在连接部分(3)中，流路(31)的形状为将第一部分(2)的流路(21)与第二部分(4)的流路(41)连续地连接的形状，在第二部分(4)中，矩形的长边的长度a与短边的长度b之比a/b为3以上且7以下，第二部分(4)中的流路(41)的截面积S2大于第一部分(2)中的流路(21)的截面积S1，开口部(5)包括两个第一开口部(51)和两个第二开口部(52)，在第二部分(4)的两个侧面(44)上各开口有一个第一开口部(51)，两个第二开口部(52)中的一个(52A)以横跨两个侧面(44)中的一个侧面(44A)和第二部分(4)的底面(45)的方式开口，两个第二开口部(52)中的另一个(52B)以横跨两个侧面(44)中的另一个侧面(44B)和底面(45)的方式开口。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续铸造薄板坯时使用的浸渍喷嘴。
背景技术
将连续铸造与由此得到的板坯的热轧直接连结的所谓直接连结化的板坯加热工序的省略和节能的效果备受关注，为了实现该效果，正在趋向在连续铸造侧的薄板坯化。在铸造薄板坯(例如厚度200mm以下)时，不仅需要将模具扁平化，而且浸渍喷嘴也必然需要扁平化(例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平08－039208号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在薄板坯的铸造中，特别容易出现结皮问题。这是因为在薄板坯中，由于钢液表面面积的长宽比大，因此比一般的板坯更容易发生表面温度的降低，由于浸渍部的喷嘴截面积越宽，喷嘴越容易产生排热，因此更容易使温度降低等。
根据专利文献1所记载的浸渍喷嘴，能够防止在浸渍喷嘴与铸模壁之间产生鼓包和在宽幅铸模短边附近产生熔融金属表面的结皮，并且能够防止熔融金属的吸引现象、凝固壳的再溶解等的发生。但是，专利文献1中记载的浸渍喷嘴对于弯月面部分中的结皮的抑制并不充分。
因此，在薄板坯连续铸造中，要求实现能够抑制弯月面部分的结皮的浸渍喷嘴。
用于解决问题的方案
本发明的浸渍喷嘴具备流路和开口部，所述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，所述流路的横截面形状为矩形，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，在所述第二部分中，所述矩形的长边的长度a与短边的长度b之比a/b为3以上且7以下，所述第二部分中的所述流路的截面积S2大于所述第一部分中的所述流路的截面积S1，所述开口部包括两个第一开口部和两个第二开口部，在与所述第二部分的两个所述短边分别相对应的两个侧面上各开口有一个所述第一开口部，两个所述第二开口部中的一个以横跨两个所述侧面中的一个侧面和作为所述第二部分的前端的面的底面的方式开口，两个所述第二开口部中的另一个以横跨两个所述侧面中的另一个侧面和所述底面的方式开口。
在薄板坯连续铸造中使用上述构成的浸渍喷嘴时，可以抑制弯月面部分的结皮。
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。
作为本发明的浸渍喷嘴的一个方案，优选的是，所述第一开口部在所述侧面中的开口面积S3、以及所述第二开口部在所述侧面中的开口面积S4和在所述底面中的开口面积S5满足以下的算式(1)和算式(2)，
S4＜S5 (1)
(S4+S5)/S3≥1.5 (2)。
从喷嘴排出的排出流在模具的短边上分离为上升流和下降流。在此，在上升流过强的情况下，容易发生粉末的卷入等，在下降流过强的情况下，夹存物、气泡等难以上浮。根据上述构成，能优化上升流与下降流的平衡，从而抑制过度的弯月面流动。
作为本发明的浸渍喷嘴的一个方案，优选的是，所述第一开口部在所述侧面中的开口面积S3小于在所述流路侧的开口面积S6。
根据该构成，能抑制第一开口部处的吸入流的产生。
作为本发明的浸渍喷嘴的一个方案，优选的是，所述浸渍喷嘴的最大宽度为300mm以下。
根据该构成，提高了使用迅速更换装置实施浸渍喷嘴的更换作业时的作业性。由此，能在铸造中迅速更换喷嘴，因此能够应对在薄板坯连续铸造中对铸造条件严苛的高级钢种进行铸造的需求的提高。
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是实施方式的喷嘴的正面剖视图。
图2是实施方式的喷嘴的侧面剖视图(图1的II－II线剖视图)。
图3是实施方式的喷嘴的第一部分的横剖视图(图1的III－III线剖视图)。
图4是实施方式的喷嘴的第二部分的横剖视图(图1的IV－IV线剖视图)。
图5是实施方式的喷嘴的第二部分的侧视图。
图6是实施方式的喷嘴的第二部分的仰视图。
具体实施方式
参照附图对本发明的浸渍喷嘴的实施方式进行说明。以下，对将本发明的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浸渍喷嘴1(以下，仅称为喷嘴1。)的例子进行说明。
〔浸渍喷嘴的整体构成〕
喷嘴1是由耐火材料形成的筒状的构件。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5。在喷嘴1中，从基端侧起依次设有第一部分2、连接部分3以及第二部分4，各部分的形状不同(图1、图2)。喷嘴1在第一部分2处与上游侧的设备(止动件、滑动喷嘴等。未图示。)接合，从上游侧的设备流入的钢液在流路中流通。此外，在第二部分4中设有开口部5(第一开口部51和第二开口部52)，钢液从开口部5向模具(未图示)流出。
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(第一部分2侧)称为上(上部、上方、上侧、上游等)，将前端侧(第二部分4侧)称为下(下部、下方、下侧、下游等)。
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2是喷嘴1的基端侧的主要部分。在第一部分2中，流路21的横截面形状为圆形(图1～图3)。需要说明的是，在此所说的圆形并不限定于数学意义上的圆形，可以是实质上可以作为圆形来处理的形状。因此，也可以存在实现作为工业产品的圆形时可能产生的与数学上的圆形的偏离(公差等)。在本实施方式中，流路21的截面积S1为6000mm2。
〔第二部分的构成〕
第二部分4是喷嘴1的前端侧的主要部分。在第二部分4中，流路41的横截面形状为矩形(图1、图2以及图4)。需要说明的是，在此所说的矩形并不限定于数学意义上的矩形(长方形)，可以是实质上可以作为矩形来处理的形状。因此，在实现作为工业产品的矩形时，可以施加通常适用的变形(倒角等)，也可以存在与数学上的矩形的偏离(公差等)。
在本实施方式中，流路41的截面积S2为10000mm2。因此，流路41的截面积S2大于流路21的截面积S1。如此，通过使下游区域(流路41)的截面积大于上游区域(流路21)的截面积，降低从开口部5排出的钢液的流速。由此，在模具内得到上升流，抑制过度的弯月面流动。
在本实施方式中，在流路41的横截面形状中，矩形的长边42的长度a为200mm，短边43的长度b为50mm(图4)。因此，两者之比a/b为4.0。需要说明的是，矩形的形状不限于上述的数值，可以在比值a/b为3以上且7以下的范围内变更。在变更比值a/b的情况下，矩形的长边42的长度a和短边43的长度这双方都可以变更，但短边43的长度b由模具的短边的长度限制，因此，通常长边42的长度a这一方的自由度高。
当比值a/b为3以上且7以下时，钢液流不易从流路41的壁面剥离，并可以适当的流动。另一方面，当比值a/b小于3时，长边42的长度a变得过小，难以确保铸造所需的内管截面积。此外，当比值a/b超过7时，长边42的长度a变得过大，喷嘴1的重量容易变大，对喷嘴1进行处理的作业者和装置的负荷可能变大。此外，在比值a/b超过7的情况下，连接部分3的长边方向的流路31的变形变得陡峭，可能诱发钢液流从流路壁面剥离。
与流路41的横截面形状为矩形相对应，第二部分4的实体部分(耐火材料部分)的横截面形状也是矩形，因此，第二部分4形成为有底棱柱状。与矩形的长边42对应的面的宽度W为270mm，该宽度是喷嘴1的最大宽度。如此，当喷嘴1的最大宽度W小于300mm时，在使用迅速更换装置实施喷嘴1的更换作业时的作业性提高，因此优选。这是因为，当喷嘴1的最大宽度W小于300mm时，在喷嘴1与模具的尺寸的关系上，容易确保在模具的内侧进行更换喷嘴1的作业的余地。
〔开口部的构成〕
在第二部分4中，在与矩形的短边43对应的侧面44上开设有第一开口部51(图1、图5)。第一开口部51设有两个，在与两个短边43(43A、43B)相对应的两个侧面44(44A、44B)各开口有一个第一开口部51(51A、51B)。通过第一开口部51在侧面44开口，能够向模具的短边侧排出钢液流。由此，在模具内产生上升流，能够促进向弯月面的供热。
此外，横跨侧面44和作为第二部分4的长尺寸方向的前端的面的底面45开设有两个第二开口部52(图1、图5、图6)。在两个第二开口部52中，一个第二开口部52A以横跨侧面44A(一个侧面)和底面45的方式开口，另一个第二开口部52B以横跨侧面44B(另一个侧面)和底面45的方式开口。通过第二开口部52以上述方案开口，能够向模具下方排出钢液流，可以适当地分配模具内的钢液流。
在本实施方式中，第一开口部51在侧面44中的开口面积S3(图5所示的第一开口部51的面积)为2700mm2。此外，第二开口部52在侧面44中的开口面积S4(图5所示的第二开口部52的面积)为2000mm2，在底面45中的开口面积S5(图6所示的第二开口部52的面积)为5000mm2。根据以上的开口面积，以下的算式(1)和算式(2)成立，
S4＜S5 (1)
(S4+S5)/S3≥1.5 (2)。
通过以满足算式(1)和算式(2)的开口面积的方式设置第一开口部51和第二开口部52，能优化上升流与下降流的平衡，从而抑制过度的弯月面流动。需要说明的是，第一开口部51的开口面积S3以及第二开口部52的开口面积S4和S5不限于上述值，只要满足算式(1)和算式(2)就可以进行变更。
此外，在本实施方式中，第一开口部51在流路41侧的开口面积S6为4000mm2。因此，第一开口部51在侧面44中的开口面积S3小于在流路41侧的开口面积S6。
通过设为使第一开口部51在流路41侧的开口面积S6大于在侧面44中的开口面积S3或者两者相等的结构，流路的截面积朝向钢液的流动方向出口逐渐减小，因此，对钢液流进行整流。由此，抑制在第一开口部51的上部处产生吸入流，容易从第一开口部51的整体顺畅地排出钢液。
〔连接部分的构成〕
连接部分3为将第一部分2与第二部分4连续地连接的部分(图1、图2)。在连接部分3中，设有将截面形状为圆形的第一部分2的流路21与截面形状为矩形的第二部分4的流路41连续地连接的形状的流路31。因此，流路31的截面形状在上端32为圆形，在下端33为矩形。
〔其他实施方式〕
最后，对本发明的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。
在上述实施方式中，以开口部5(第一开口部51和第二开口部52)的开口面积S3、S4、S5以及S6满足算式(1)和算式(2)，并且S3小于S6的构成为例进行了说明。但是，本发明的浸渍喷嘴也可以不满足算式(1)和算式(2)的一方或双方，S3也可以大于S6。
在上述实施方式中，以喷嘴1的最大宽度W为270mm，小于300mm的构成为例进行了说明。但是，本发明的浸渍喷嘴的最大宽度也可以为300mm以上。
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。
〔试验方法〕
对各种尺寸条件的喷嘴进行设计，使用CHAM－japan公司研制的流体分析软件“PHOENICS”，对排出钢液流的方案进行了数值流体力学计算。实施例和比较例的各例的尺寸条件记载于后述的表1～3中。基于计算结果，输出流速等值线图。需要说明的是，在计算时应用了以下各参数。
·计算单元数：约50万(根据模型变动)。
·流体：钢液(1560℃，密度7.08g/cm3)。
·铸造速度： 每分钟4t。
·模具尺寸： 1200mm×150mm。
〔弯月面流速的评价〕
对于实施例和比较例的各例，基于输出的流速等值线图来确定弯月面流速。根据弯月面流速的值，通过A～C这三个等级进行了评价。
A：弯月面流速为10cm/秒以上且25cm/秒以下。
B：弯月面流速为超过25cm/秒且35cm/秒以下。
C：弯月面流速为小于10cm/秒或超过35cm/秒。
〔钢液流的剥离〕
对于实施例和比较例的各例，目视确认输出的流速等值线图，确定第二部分4中的钢液流有无剥离，判断好坏(A或C)。
A：在第二部分4的整个区域中形成沿着壁面的钢液流。
C：在第二部分4中观察到钢液流的剥离。
〔第一开口部的吸入流〕
对于实施例和比较例的各例，目视确认输出的流速等值线图，确定第一开口部51中吸入流的有无以及程度。根据观察到的状态，通过A～C这三个等级进行了评价。
A：钢液流从第一开口部51不滞流地排出。
B：在第一开口部51附近观察到钢液流的滞流。
C：观察到流入第一开口部51的吸入流。
〔结果〕
将实施例和比较例的各例的尺寸条件和评价结果示于表1。在比值a/b在3以上且7以下的范围内的实施例1～6中，钢液流的剥离的评价为A。另一方面，在比值a/b为8.0的比较例1中，钢液流的剥离的评价为C。此外，在S2大于S1的实施例1～6中，弯月面流速在适当范围(评价A或B)内。另一方面，在S2小于S1的比较例2中，弯月面流速不在优选的范围内(评价C)。
需要说明的是，S3、S4以及S5满足算式(2)的实施例3～6与S3、S4以及S5不满足算式(2)的实施例1和实施例2相比，弯月面流速处于更优选的范围内。此外，S3小于S6的实施例5和实施6与S3等于S6的实施例1和S3大于S6的实施例2～4相比，关于第一开口部的吸入流显示出更优选的结果。
[表1]
工业上的可利用性
本发明例如可以用作薄板坯的连续铸造用的浸渍喷嘴。
附图标记说明
1：浸渍喷嘴；
2：第一部分；
21：流路；
3：连接部分；
31：流路；
32：连接部分的上端；
33：连接部分的下端；
4：第二部分；
41：流路；
42：长边；
43：短边；
44：侧面；
45：底面；
5：开口部；
51：第一开口部；
52：第二开口部。
Claims (4)
1.一种浸渍喷嘴，具备流路和开口部，所述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，所述流路的横截面形状为矩形，
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，
在所述第二部分中，所述矩形的长边的长度a与短边的长度b之比a/b为3以上且7以下，
所述第二部分中的所述流路的截面积S2大于所述第一部分中的所述流路的截面积S1，
所述开口部包括两个第一开口部和两个第二开口部，
在与所述第二部分的两个所述短边分别相对应的两个侧面上各开口有一个所述第一开口部，
两个所述第二开口部中的一个以横跨两个所述侧面中的一个侧面和作为所述第二部分的前端的面的底面的方式开口，
两个所述第二开口部中的另一个以横跨两个所述侧面中的另一个侧面和所述底面的方式开口。
2.根据权利要求1所述的浸渍喷嘴，其中，
所述第一开口部在所述侧面中的开口面积S3、以及所述第二开口部在所述侧面中的开口面积S4和在所述底面中的开口面积S5满足以下的算式(1)和算式(2)，
S4＜S5 (1)
(S4+S5)/S3≥1.5 (2)。
3.根据权利要求1或2所述的浸渍喷嘴，其中，
所述第一开口部在所述侧面中的开口面积S3小于在所述流路侧的开口面积S6。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的浸渍喷嘴，其中，
所述浸渍喷嘴的最大宽度为300mm以下。
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