CN117718467A - 一种电磁旋流增强型浸入式水口 - Google Patents
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Abstract
本发明属于连续铸造技术领域，公开了一种电磁旋流增强型浸入式水口。在较小的电流强度下为钢液提供较强的旋转效果，在提高旋流效果的前提下保证电磁旋流装置整体系统能耗低，在小空间下稳定运行。增强钢液在结晶器内的旋转效果，钢液流线在结晶器内停留的时间也就增长，夹杂物上浮去除的时间就更充分。同时，还可以在钢液冲击浸入式水口底部后，使其反向冲击流对钢液流道内流形影响降低，使浸入式水口内钢液均匀的从两个或四个侧面钢液出口流出，减少由于流场不平稳导致的弯月面卷渣现象发生，还可以降低旋转流出的钢液对结晶器壁面的冲击侵蚀。
Description
技术领域
本发明涉及连续铸造技术领域，尤其涉及一种电磁旋流增强型浸入式水口。
背景技术
结晶器是连铸机中非常重要的部件，大量生产实践证明，连铸坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关。结晶器内钢液的流动模式不稳定会造成很多连铸坯的质量问题，如结晶器内钢液流动支配着夹杂物和气泡的上浮分离；弯月面附近的钢液流动支配着保护渣的熔融、铺展和卷吸；结晶器液面波动会形成剪切卷渣或漩涡卷渣等。目前，改善结晶器内流场的方法主要为结晶器电磁搅拌、电磁制动和电磁旋流水口技术等。电磁旋流水口技术是一种新型连铸辅助技术，专利申请号为200510047290.6的中国专利公开了一种电磁旋流水口，专利申请号为201410254236.8的中国专利公开了一种电磁旋流连铸方法。电磁旋流水口技术具体应用方式为：在中间包浸入式水口周围设置电磁旋流装置，电磁旋流装置可以产生旋转磁场，钢液在旋转磁场的作用下产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生可以驱动钢液旋转的电磁力，使浸入式水口内的钢液产生旋转。应用电磁旋流水口技术可以改善水口出口出流不均匀的问题，从而改善由于结晶器内部钢液不对称流动而产生的不利扰动及涡流问题。电磁旋流水口技术有利于改善卷渣问题以及提高夹杂物去除率，从而提高连铸坯的整体洁净度，有利于高品质钢的生产。
中国专利CN201820833647公开了一种连铸用自旋流浸入式水口(如图1)，通过在浸入式水口内部添加螺旋状导轨装置的方式充分发挥旋流连铸的离心效果。此专利不利于生产制造，水口内的螺旋状导轨要固定于水口底部，安装时需要克服很大的空间上的困扰。而且这种螺旋状导轨于钢液接触时间很短，并不能提供足够的驱动旋转效果。
中国专利CN201510580325公开了一种用于板坯连铸的浸入式水口，通过设置锯齿状结构的浸入式水口内壁，以使钢液流入浸入式水口后撞击该锯齿状结构，使浸入式水口内部钢液流混合更为均匀。由于钢液密度很大，在与锯齿状结构接触后所产生的小旋涡会很快随着流动而耗散。同时，边界层产生的旋涡想要传递到高度流动的钢液内部是很难实现的，并且锯齿状结构在水口下方，导致其于钢液中夹杂物的接触面积扩大，极易恶化结瘤问题。
中国专利CN201010191692公开了一种风车状、树根形的连铸用四分切向水口，通过改变水口出口的位置，控制水口出口冲击流的冲击位点。在方坯连铸过程中，由于水口出口方向的改变，会导致钢液对结晶器铜板的直接冲击侵蚀。而且此水口仅适用于部分大方坯的连铸使用，对于圆坯与板坯并不适用。由于板坯的双侧孔水口，单纯的出口角度变化并不会引起较明显的旋转流动效果。
发明内容
本发明的目的是在有限的安装空间情况下，通过设计一种电磁旋流增强型浸入式水口，内壁带有导流片，该电磁旋流增强型浸入式水口与电磁旋流装置配合使用，增强旋流效果。钢液通过导流片后会带有一定的旋转初速度，能够在有限的磁场条件下达到更高的旋流强度，从而减小对电磁旋流装置产生磁场的需要及装置尺寸。在有限的中间包和结晶器之间的电磁旋流装置安装空间内，扩大旋流强度调节范围且提高旋流速度上限。
本发明的技术方案如下：一种电磁旋流增强型浸入式水口，包括浸入式水口入口1、电磁旋流水口导流片2、水口侧壁3、钢液流道4、水口底部8和浸入式水口钢液出口6；
水口侧壁3一端为浸入式水口入口1，其内布置电磁旋流水口导流片2；水口侧壁3另一端连接水口底部8；水口侧壁3上设置浸入式水口钢液出口6；
浸入式水口入口1、电磁旋流水口导流片2、钢液流道4、浸入式水口钢液出口6共同构成钢液的整体流通通道；钢液由浸入式水口入口1流入，依次流经电磁旋流水口导流片2及钢液流道4，最后从浸入式水口钢液出口6流出。
所述电磁旋流水口导流片2为旋转螺纹，旋转螺纹截面形状为半圆形、圆形、四边形或者多边形。
所述多边形具有2-20边。
电磁旋流水口导流片2螺纹数量为1～15条，电磁旋流水口导流片2的螺纹倾角为大于0°且小于90°。
所述电磁旋流水口导流片2在浸入式水口内布置的位置为从浸入式水口入口到垂直向下的5～2000mm；电磁旋流水口导流片2截面面积为4～60mm2。
所述浸入式水口钢液出口6布置多个，分别于水口底部8的上方，中心对称分布。浸入式水口钢液出口6将电磁旋流水口内的钢液流道与结晶器内部贯通连接。
所述浸入式水口钢液出口6形状是矩形、椭圆形、带倒角的矩形、圆形或者由两个半圆中间夹一个矩形的跑道形；浸入式水口钢液出口6上表面5是弧形曲面或斜面，下表面7是斜面，上表面5倾斜角度与下表面7的斜面倾斜角度均为-40°～40°。
所述上表面5为弧形曲面时，其两侧内部弧形曲面切线夹角在20°～150°之间。
所述浸入式水口钢液出口6形状根据板坯种类选择，对于方坯、圆坯采用直通式水口、双侧孔出口或四侧孔出口；对于板坯采用双侧孔出口的布置方式；浸入式水口钢液出口6的两个侧表面平行于板坯结晶器的宽面。
所述两个浸入式水口钢液出口6内弧中心点连线与板坯结晶器宽面水平线的夹角α为-45°～45°。
进一步地，电磁旋流增强型浸入式水口内径Φ1在40～100mm之间，外径Φ2在80mm～200mm之间。
进一步地，所述水口底部8构造分为凹底、凸底、平底及无底多种类型。
进一步地，所述浸入式水口钢液出口6高度S在40～100mm之间，宽度W在20～80mm之间。浸入式水口钢液出口6偏移距离L在1～10mm之间。
所述的电磁旋流水口导流片2、水口侧壁3与水口底部8可以采用耐火材料静压成型，同时，也可以利用高温合金材料制成导流片，将电磁旋流水口导流片2铸在水口侧壁3，以便于循环利用。
本电磁旋流增强型浸入式水口更利于生产，内部旋流导流槽可以压模成型，结构设计更合理，使用时效更长。可以单独使用或与电磁旋流设备配合使用，单独使用时可以为浸入式水口内钢液提供旋转速度，与电磁旋流设备配合使用时可以提高钢液旋转速度极限。
本电磁旋流增强型浸入式水口虽然也是改变了浸入式水口内壁结构，但是二者所产生的实际效果明显不同，电磁旋流增强型浸入式水口在水口内壁设置了旋流导流片，改变了钢液的流动方向，从直行变为旋转流动，有利于改善水口出口的偏流，同时，可以提高结晶器夹杂物的去除效果。
本电磁旋流增强型浸入式水口并不要求水口出口必须与内壁横截面相切，而是设计了一个可调的比例参数，从而改变浸入式水口出流方向，避免旋转钢液对板坯结晶器宽面的冲击侵蚀，保护钢液的旋转效果作用于结晶器内部，稳定钢液流动，在有限的工作空间内提高钢液的旋转效果，提高结晶器内夹杂物的上浮去除效果。
本发明的有益效果：在较小的电流强度下为钢液提供较强的旋转效果，在提高旋流效果的前提下保证电磁旋流装置整体系统能耗低，在小空间下稳定运行。增强钢液在结晶器内的旋转效果，钢液流线在结晶器内停留的时间也就增长，夹杂物上浮去除的时间就更充分。同时，还可以在钢液冲击浸入式水口底部后，使其反向冲击流对钢液流道内流形影响降低，使浸入式水口内钢液均匀的从两个或四个侧面钢液出口流出，减少由于流场不平稳导致的弯月面卷渣现象发生，还可以降低旋转流出的钢液对结晶器壁面的冲击侵蚀。
附图说明
图1为电磁旋流增强型浸入式水口的三维示意图；
图2为电磁旋流增强型浸入式水口的结构示意图；
图3为电磁旋流增强型浸入式水口的剖视图。
图中：1-浸入式水口入口；2-电磁旋流水口导流片；3-水口侧壁；4-钢液流道；5-上表面；6-浸入式水口钢液出口；7-下表面；8-水口底部。
具体实施方式
一种电磁旋流增强型浸入式水口的具体实施方式如图1、图2与图3所示。
实施例1
一种电磁旋流增强型浸入式水口，长度750mm，内径75mm，外径120mm，钢液流道4的截面为圆形，流道上下采用等截面设计，电磁旋流水口导流片2螺纹截面形状为四边形，螺纹数量为6条，导流片的螺纹倾角为45°。中心对称分布的两个浸入式水口钢液出口6形状为矩形。浸入式水口钢液出口高度S为50mm，宽度W为40mm。水口出口偏移距离L为5mm。出口上表面5是弧形曲面，下表面7是斜面，下表面7的斜面倾斜角度θ为-15°，钢液出口6的两个测表面平行于板坯结晶器的宽面。两个钢液出口内弧中心点连线与板坯结晶器宽面水平线的夹角α为-30°。电磁旋流水口底部是凹状，内部倒角R1为0mm，外部倒角R2为10mm。应用于板坯连铸。使用本发明后，在不施加电磁旋流时，可以得到与在使用常规水口时施加8000AT电磁旋流一样大小的钢液旋转强度。
实施例2
一种电磁旋流增强型浸入式水口，长度800mm，内径80mm，外径130mm，钢液流道4的截面为圆形，流道上下采用阶梯型设计，电磁旋流水口导流片2螺纹截面形状为半圆形，螺纹数量为8条，导流片的螺纹倾角为30°。中心对称分布的两个浸入式水口6钢液出口形状为椭圆形。浸入式水口钢液出口高度S为60mm，宽度W为50mm。水口出口偏移距离L为7mm。采用四出口水口，出口上表面5、下表面7是斜面，上表面5、下表面7的斜面倾斜角度θ为-20°，钢液出口6的两个测表面平行于板坯结晶器的宽面。对称的两对钢液出口内弧中心点连线与板坯结晶器宽面水平线的夹角α为-20°。电磁旋流水口底部是凸状，内部倒角R1为3mm，外部倒角R2为15mm。应用于方坯连铸，在使用本发明施加10000AT的电磁旋流的条件下，可以得到使用常规水口时施加13000An的钢液旋转强度。
对比例
一种电磁旋流增强型浸入式水口，长度900mm，内径90mm，外径140mm，钢液流道4的截面为圆形，流道上下采用等截面设计，电磁旋流水口导流片2螺纹截面形状为半圆形，螺纹数量为8条，导流片的螺纹倾角为30°。中心对称分布的两个浸入式水口6钢液出口形状为矩形。浸入式水口钢液出口高度S为60mm，宽度W为50mm。水口出口偏移距离L为7mm。采用四出口水口，出口上表面5、下表面7是斜面，上表面5、下表面7的斜面倾斜角度θ为-20°，钢液出口6的两个测表面平行于板坯结晶器的宽面。对称的两对钢液出口内弧中心点连线与板坯结晶器宽面水平线的夹角α为-20°。电磁旋流水口底部是凸状，内部倒角R1为3mm，外部倒角R2为15mm。应用于板坯连铸，与安装了同等尺寸规格的导流片，但未改变水口出口结构的传统水口相比，在加10000AT的电磁旋流的条件下，钢液的旋转强度提高了65.83％。
Claims (10)
1.一种电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述电磁旋流增强型浸入式水口包括浸入式水口入口(1)、电磁旋流水口导流片(2)、水口侧壁(3)、钢液流道(4)、水口底部(8)和浸入式水口钢液出口(6)；
水口侧壁(3)一端为浸入式水口入口(1)，其内布置电磁旋流水口导流片(2)；水口侧壁(3)另一端连接水口底部(8)；水口侧壁(3)上设置浸入式水口钢液出口(6)；
浸入式水口入口(1)、电磁旋流水口导流片(2)、钢液流道(4)、浸入式水口钢液出口(6)共同构成钢液的整体流通通道；钢液由浸入式水口入口(1)流入，依次流经电磁旋流水口导流片(2)及钢液流道(4)，最后从浸入式水口钢液出口(6)流出。
2.根据权利要求1所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述电磁旋流水口导流片(2)为旋转螺纹，旋转螺纹截面形状为半圆形、圆弧形或者多边形。
3.根据权利要求2所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述多边形具有2-20边。
4.根据权利要求2或3所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，电磁旋流水口导流片(2)螺纹数量为1～15条，电磁旋流水口导流片(2)的螺纹倾角为大于0°且小于90°。
5.根据权利要求4所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述电磁旋流水口导流片(2)在浸入式水口内布置的位置为从浸入式水口入口到垂直向下的5～2000mm；电磁旋流水口导流片(2)截面面积为4～60mm2。
6.根据权利要求5所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述浸入式水口钢液出口(6)布置多个，分别于水口底部(8)的上方，中心对称分布；所述浸入式水口钢液出口(6)高度S在40～100mm之间，宽度W在20～80mm之间。
7.根据权利要求6所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述浸入式水口钢液出口(6)形状是矩形、椭圆形、带倒角的矩形、圆形或者由两个半圆中间夹一个矩形的跑道形；浸入式水口钢液出口(6)上表面(5)是弧形曲面或斜面，下表面(7)是斜面，上表面(5)倾斜角度与下表面(7)的斜面倾斜角度均为-40°～40°。
8.根据权利要求7所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述上表面(5)为弧形曲面时，其两侧内部弧形曲面切线夹角在20°～150°之间。
9.根据权利要求8所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述浸入式水口钢液出口(6)形状根据板坯种类选择，对于方坯、圆坯采用直通式水口、双侧孔出口或四侧孔出口；对于板坯采用双侧孔出口的布置方式；浸入式水口钢液出口(6)的两个侧表面平行于板坯结晶器的宽面。
10.根据权利要求9所述的电磁旋流增强型浸入式水口，其特征在于，所述两个浸入式水口钢液出口(6)内弧中心点连线与板坯结晶器宽面水平线的夹角α为-45°～45°。
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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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