CN1882405A - 多个出口的铸口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于液态金属连铸的浸入式铸口。该铸口包括一个中心孔和多对排出口。在多对排出口之间的中心孔的横截面积减小，从而使任一出口的高宽比小于或等于1。

Description

多个出口的铸口
相关申请的相互参考
本申请要求在35U.S.C.§120下的于2003年11月17日提交的美国临时申请No.60/520613的权益。
技术领域
本发明通常涉及一种用于液态金属连铸的铸口。更确切地说，本发明涉及一种经过改进的、带有多个出口的铸口。
背景技术
通常通过铸口将液态金属、特别是钢水注入到连续铸造机的铸模内。铸口通常含有耐火材料，它一般为管形，并且带有一个用以接收液态金属的入口以及一个或多个用以排出液态金属的出口。液态金属流入到铸口的入口中，流过铸口的中心孔，并且从至少一个铸口出口流出。在对板坯的连铸过程中，铸口通常是垂直设置的，其出口部分被设置在板坯形型腔的上部中，从而可以引导金属流入到铸型的上部。
在板坯的铸造过程中，通常将铸口设计成使其流出物分为至少两股液流，所述液流沿着接近水平的方向朝着板坯形型腔的狭窄面，从铸口的相对侧流出铸口。这样，流入到铸型内的多数灼热的液态金属就通过铸口被引导越过了板坯的宽度，因此不会直接撞击到板坯形铸型的宽面上，而且也不会直接向下进入到板坯中。在铸型中，从铸口排出的流出液流的接近水平的定位有助于在液态金属池的顶部提供更均匀的温度。而且还有助于使铸造过程中被添加到铸型顶部的润滑粉更加均匀地熔化，以及避免金属铸锭产品中产生的质量问题，如板坯开裂，或金属铸锭产品中夹带非金属包含物和气泡。
在板坯铸型4中，铸口2的典型布置如图1所示。为了使相对的液态金属流以基本水平的方式离开铸口2，通常将铸口2构造成可以通过位于中心孔8正下方的封闭底部6和相对的横向出口10，12，使液态金属流从垂直方向转变为在水平方向上流动。根据本领域技术人员已知的板坯铸模宽度、浇铸速度、铸造合金等，板坯铸造中所要求的铸口2内液态金属流的转角通常在55度至105度的范围内，其中该角度是从垂直方向转为水平方向的角度。
通常，带有一个中心孔、一个底部封闭部和横向出口的铸口能够用于使铸口的液态金属流转为基本水平。这种单个普通的底部封闭部可以防止金属流从铸口直接向下流出，因此金属流必须转向水平方向从铸口上彼此相对的横向出口中流出。如图2，3和6所示，横向出口的轴线与中心孔的垂直轴线形成了一定的角度，即被称作设计转角。例如，图2示出了具有90度设计转角并且带有两个彼此相对横向出口的板坯铸口。图3示出了具有55度设计转角并且带有两个彼此相对横向出口的板坯铸口。图6示出了具有105度设计转角并且带有两个彼此相对横向出口的板坯铸口。
前述铸口表现出一些不足：(1)排出流不能达到铸口的设计转角，而且在铸造过程中它们实际的转角会产生变化和偏移，(2)排出流通常不能完全利用横向出口的开口面积，(3)排出流具有不一致的速度，同时排出流的下部铸口出口速度远远高于其上部的铸口出口速度，(4)排出流深深地进入到铸模内的液体池中，(5)排出流以湍流和时间变化的方式旋转并打转。这些不足导致铸型内出现了不期望看到的和不稳定的液态金属流模式，堆积起来的堵塞沉积在铸口孔和铸口出口中，而且在铸型的铸口排出流和液态金属池中出现了过度的湍流。这些不足的实际结果是对铸造机的操作性能和铸坯的品质产生了有害的影响。
已经尝试以包括对铸口底部封闭部的设计进行改进在内的各种方式来处理这些问题。例如，为了改善和稳定从相对横向出口流出的排出流，可以如图4所示在铸口的底部封闭部局部开一个小孔14，以便能够使相对较小的一部分液态金属流以向下的方向从铸口流出。底部封闭部上的孔减弱了从横向出口流出的排出流。转向的排出流的减弱减小了所述排出流的偏移，而且也减少了转向铸型窄面的液流数量，由此降低了转向的排出流的动量和穿透力，从而可以使排出流到达铸型的狭窄的端部。但是，如果底部孔过大，液流的基本水平方向的转向将会被完全消除。
改善和稳定从相对横向出口流出的排出流的另一种方式是在出口底部的下面设置一带有底部封闭部的铸口。一种位于出口底部下面的、带有底部封闭部的铸口如图5所示，这里把它称作带有井状底部封闭部的铸口。这种带有井状底部封闭部的铸口不能解决上述不足，同样这种铸口仍然不能达到排出流的设计转角，而且依然会产生排出流偏移的问题。虽然利用这种井状底部的铸口没有完全实现排出流速度的一致性，但也对其产生了一定的改善，不过却导致排出流的涡流和湍流增加，因此降低了它们的穿透力，使排出流具有足够的动量以到达铸型的窄面、从而在铸型内设立起液流一致模式的能力降低。
改善和稳定从相对横向出口流出的排出流的另一种方式是利用上部和下部的横向出口。一种带有上部和下部横向出口的铸口如图12所示。这种铸口具有一截面面积不变的中心孔，并且在其封闭的底部上具有彼此相对的上部横向出口和下部横向出口。这种铸口也不能解决上述不足。从上部横向出口排出的液态金属流的比例明显比从下部横向出口排出的少，除非该下部出口的总开口面积小于中心孔的开口面积。在此情况下，上部出口的排出流将不能达到它们的设计转角，而且还会产生旋涡、湍流、不稳定和偏移。如果下部出口的总开口面积基本等于或大于中心孔的开口面积，将会有很少的排出流或几乎没有排出流从上部出口排出，甚至液态金属将会从铸型的金属池中通过上部出口流入到铸口内，这样将使铸口的功能完全失效。在上述任一种情况下，具有截面面积不变的中心孔、并且在其封闭的底部上方具有彼此相对的上部横向出口和下部横向出口的前述铸口都不能解决如上所述的问题。
如图7所示，在Saito等的美国专利US4949778中公开了另一种在封闭的底部上方具有上部横向出口和下部横向出口的铸口。Saito等提出了一种铸口，其中在围绕铸口中心轴和相对的横向出口的所有径向方向上，至少一部分铸口中心孔的截面面积被减小。横向出口的总开口面积不少于减小前的中心孔截面面积的2倍，它们布置在减小了的中心孔部分的上部和下部。Saito等还提出了一组铸口出口的开口面积、中心孔的开口面积、减小后的中心孔的开口面积以及流出系数之间的数学关系。
图7(a)，7(b)和7(c)是参照Saito等人发明的美国专利US4949778中第一实施方案所采用附图的再现。Saito等人提出通过减小中心孔的直径来减小铸口中心孔的截面积，或者换言之，是通过使围绕着中心孔的垂直中心轴的在所有径向或水平方向上中心孔的截面面积减小来减小铸口中心孔的截面积。这种减小的方式形成了围绕中心孔的整个圆周或周长延伸的类似于突出部分(ledge)的表面，而且所形成的位于突出部分之下的孔在其所有径向方向上都要比位于该突出部分之上的孔更狭小。因此，按照Saito等人的教导，下部出口在其宽度上受到缩小的孔的限制，由此上部出口要宽于下部出口，并且根据数学关系和其它专利的教导，下部出口的高度必须大于其宽度。
但是，已经发现按照Saito等人在美国专利US4949778中教导而形成的铸口仍然具有一些不足。下部出口具有高的垂直的高宽比，也就是说所述出口的高度大于其宽度，因此排出流无法完全利用到下部横向出口的开口面积，而且排出流还产生了不一致的速度，同时排出流下部的铸口出口速度要明显高于上部的铸口出口速度。圆周形类似于突出部分的表面围绕着铸口中心孔的整个周长延伸，这种表面的存在导致从上部出口排出的上部排出流出现了不受控制的旋转和旋涡。另一个不足在于在中心孔成倍减小的情况下，最上部出口接近于铸模内液态金属的表面或弯液面，这就增大了弯液面处的水平面的波动和湍流。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于液态金属连铸的浸入式铸口(submerged entry nozzle)，该铸口包括带有中心孔的主体，其中所述中心孔穿过了大部分主体，终止于一闭合的端部处；沿着铸口的纵轴周围对称布置的多对排出口，其特征在于位于排出口之间的中心孔的横截面积被减小，其中任一出口的高宽比都小于或等于1。
本发明的另一个目的是提供一种用于液态金属连铸的浸入式铸口，该铸口包括带有中心孔的主体，其中所述中心孔穿过了大部分主体，终止于一闭合的端部处；在铸口的纵轴周围对称布置的多对排出口，其特征在于位于多对排出口之间的中心孔的横截面积被减小，其中靠近铸口闭合端部处的出口宽度与离铸口封闭端部较远的出口宽度相同。
附图说明
图1是传统铸口和铸造系统的示意图。
图2是一传统铸口的截面图。
图3是另一传统铸口的截面图。
图4是又一传统铸口的截面图。
图5是又一传统铸口的截面图。
图6是又一传统铸口的截面图。
图7a是另一传统铸口的透视图。
图7b是图7a所示传统铸口的截面图。
图7c是图7a所示传统铸口的端视图。
图8a是按照本发明第一实施方案的铸口的截面图。
图8b是沿着线8b-8b剖开的图8a所示铸口的截面图。
图9是图8a所示铸口的截面图。
图10a是按照本发明一可选实施方案的铸口的截面图。
图10b是沿着线10b-10b剖开的图10a所示铸口的截面图。
图11是图10a所示铸口的截面图。
图12是另一传统铸口的截面图。
图13a是按照本发明又一可选实施方案铸口截面图。
图13b是图13a所示铸口的截面图。
具体实施方式
图8和9示出了铸口2的第一实施方案。本发明的该实施方案包括一对彼此相对的上部横向出口30和一对彼此相对的下部横向出口32。在该实施方案中，从垂直向上朝着水平方向的上部出口的设计转角为90度，与下部出口32的设计转角相同。每个上部出口30都由一上边沿22和一下边沿24限定而成。铸口20的中心孔26通过上部出口30的下边沿24横向收缩。通过仅使上部出口30的下边沿24侵入到中心孔26中来形成所述横向收缩，因此上部出口30的上边沿22上方的中心孔26的横向开口要大于下边沿24上中心孔26的横向开口。
下部出口32位于上述收缩处之下、底部封闭部36之上。横向收缩部分没有表现为围绕铸口20中心孔26的整个周长延伸的圆周形类似突出部分的表面。如图9所示，横向收缩部分仅仅使中心孔26的横向开口减小，因此中心孔26的与横向开口成90度的开口处没有产生尺寸变化。上部和下部出口30，32的设计转角不必等于90度。而且上部出口30和下部出口32的设计转角也可以不同。在上述任一种情形下，从垂直向上朝着水平方向测量得到的设计转角都可以在30至105度的范围内，从而铸口20能够得到多个相对于垂直的中心孔26基本转向水平方向的排出流。
优选地，下部横向出口32的宽度相对于上部横向出口30的宽度没有减小，而且横向出口30，32的高度优选小于其宽度。横向出口30，32的总开口面积优选小于位于出口30，32之上的铸口20中心孔26开口面积的2倍，并且优选大于等于位于出口30，32之上的铸口20中心孔26的开口面积。铸口20获得了所期望得到的、朝着基本水平方向的液流转动，同时也实现了使排出流更好地充满出口。这样就对阻塞起到抑制作用，并且产生了更加一致的排出流速度，使排出流更加稳定、便于控制，由此也显著降低了旋转和旋涡。因此，在铸模中提供出一种更加理想的、具有一致模式的液流。
在一可选实施方案中，通过相对于孔的垂直中心轴的出口下边沿的角度可以控制所获得的排出流转角，而且还能够采用多转角和多重收缩的方式。图10和11示出了本发明中铸口的一个实施方案。铸口50包括两对叠置着彼此相对的上部横向出口60，64和一对位于下部的彼此相对的下部横向出口62。在该实施方案中，位于顶端的上部出口60的从垂直朝着水平方向的设计转角为90度，位于中间的上部出口64的设计转角为75度，而下部出口62的设计转角为60度。
每个上部出口60都由上边沿72和下边沿74限定而成。铸口50的中心孔66仅在横向上通过上部出口60的下边沿74收缩。通过使上部出口60的下边沿74侵入到中心孔66中来形成每个横向收缩部分，因此上部出口60的上边沿72上方中心孔66的横向开口要大于其下边沿74上中心孔66的横向开口。本发明的该实施方案包括两个这样的收缩部分。考虑到在最上部出口60，64的上边沿72处中心孔66的横向开口，以及沿着液流的方向向下移动穿过了中心孔66，仅仅是中心孔66的横向开口随着每个连续的收缩逐渐减小。横向收缩部分没有表现为围绕铸口50中心孔66的整个周长延伸的圆周形类似突出部分的表面。
如上所述的实施方案，横向收缩部分仅仅使中心孔66的横向开口减小，因此中心孔66的与横向开孔60、62、64成90度的开孔处没有产生尺寸变化。最下部的出口62位于最下部的收缩部分之下、底部封闭部76之上。优选地，横向出口62，64的宽度相对于上方的横向出口60，62的宽度没有减小，并且横向出口60，62，64的高度优选小于其各自的宽度。横向出口60，62，64的总开口面积优选小于位于出口60，62，64之上的铸口50中心孔66开口面积的2倍，大于等于位于出口60，62，64之上的铸口50中心孔66的开口面积。
图13a和13b示出了本发明的又一可选实施方案。铸口90被构造成与上述实施方案中的类似。只是使中心孔92面积减小的横向收缩部分98没有完全地延伸穿过中心孔92。为了获得所需的流动特性，横向开孔97的宽度应当仅为中心孔92直径的一半。
本发明的特征在于，通过上部出口60的下边沿74侵入到中心孔66中而形成至少一个铸口50中心孔66的横向收缩部分，所述横向收缩部分位于铸口50的下部出口62，64和闭合底部76的上面。铸口50底部76必须基本闭合以便使流过铸口50的液态金属内的反压力稳定，利用至少一个横向收缩部分使液流的某一部分转向以形成上部排出流，同时液流的其余部分随后在闭合底部76的作用下转向以形成下部排出流。相对于传统的铸口，在本发明的铸口50内，连续的分离和转向使得从每个出口流出的液态金属的排出率和速度、以及排出流的排出角都只表现出很小的波动。横向收缩部分没有表现为围绕铸口50中心孔66的整个周长延伸的圆周形类似突出部分的表面。相反，横向收缩部分仅仅使中心孔66的横向开孔减小，中心孔66的与横向开孔成90度的开孔处没有在本发明收缩部分的影响下产生尺寸变化。因此需要使下部横向出口的宽度相对于上部横向出口的宽度没有减小，并且容许形成较低的横向出口的垂直高宽比。横向出口的垂直高宽比被解释为是出口高度与出口宽度的比值。优选地，所有横向出口都具有小于1的垂直高宽比。已经发现相对于传统的铸口，较低的横向出口的高宽比能够使排出流非常稳定，从而能够实现更好地充满出口以抑制阻塞，还能够获得更加一致的排出流出口速度，显著减小排出流的旋转和涡流，并且使铸模中的液流具有非常一致的模式，且具有很少的湍流。本发明的铸口具有较低的出口垂直高宽比，其横向出口的总开口面积小于位于出口之上的中心孔开口面积的2倍，且大于等于该中心孔的开口面积，这种铸口能够使最上部的出口更加接近弯液面，因此甚至能够采用2个以上的收缩部分而不必担心弯液面被破坏。
在本发明的铸口中，多个基本位于水平方向的上部和下部排出流的从垂直朝着水平方向的转角在55至105度范围内，能够容易稳定地获得这种排出流。相对于传统的铸口，本发明所得到的转角与设计转角更加一致。能够容易地实现不同的上部排出流和下部排出流的稳定转角，并且可以更确定并稳定地将液流分成多个上部排出流和下部排出流。这就实现了依然在基本水平的方向上高度扩散地将液态金属引入到板坯铸型中，这就获得高产量的铸造，并且还克服了现有技术的不足。
调整横向收缩部分的范围能够控制从上部出口离开铸口的液态金属流的比例，其中所述上部出口的下边沿伸入到中心孔内形成了收缩部分。横向收缩部分的范围是由位于收缩部分所在水平面上的中心孔的开口面积与位于该收缩部分上方的一水平面上中心孔开口面积的比值限定的。因此，相对于传统的铸口，设计者能够以非常确定而又简单的方式调节从每个上部横向出口离开本发明所述铸口的总液流的比例。
显然，可以对本发明进行多种改进和变化。因此，应当理解的是除了上述特定描述之外，在下列权利要求的范围内可以将本发明应用于实践。

Claims (27)

1.一种用于液态金属连铸的浸入式铸口，该铸口包括：
a)带有中心孔的主体，所述中心孔穿过了大部分主体，所述孔在一闭合的端部处终止；
b)关于铸口的纵轴对称设置的多对排出口；
其特征在于，中心孔的横截面积在所述多对排出口之间减小，并且其中任一出口的高度和宽度的比都小于或等于1。
2.如权利要求1所述的浸入式铸口，其特征在于，靠近铸口闭合端部处的出口宽度与离铸口闭合端部较远的出口宽度相同。
3.如权利要求1或2所述的浸入式铸口，其特征在于，所有出口的总面积小于垂直于液态金属流的中心孔横截面积的2倍。
4.如权利要求1至3所述的浸入式铸口，其特征在于，所有出口的总面积至少等于垂直于液态金属流的中心孔的横截面积。
5.如权利要求1至4所述的浸入式铸口，其特征在于，铸口包括至少2对出口。
6.如权利要求1至5所述的浸入式铸口，其特征在于，铸口包括3对出口。
7.如权利要求1至6所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度在大约30度和105度之间。
8.如权利要求1至7所述的浸入式铸口，其特征在于，在离封闭端部最远处的一对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度大约为90度。
9.如权利要求1至8所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度大约为90度。
10.如权利要求1至8所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度不同于在其它每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度。
11.如权利要求6所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度分别约为60度、75度和90度。
12.如权利要求1所述的浸入式铸口，其特征在于，中心孔横截面积在中心孔整个圆周周围没有减小。
13.如权利要求12所述的浸入式铸口，其特征在于，在垂直于出口径向的中心孔径向处，中心孔的横截面积没有减小。
14.如权利要求13所述的浸入式铸口，其特征在于，在垂直于出口径向的中心孔径向处，中心孔的横截面积没有连续减小。
15.一种用于液态金属连铸的浸入式铸口，该铸口包括：
a)带有中心孔的主体，所述中心孔穿过了大部分主体，所述孔在一闭合的端部处终止；
b)关于铸口的纵轴对称设置的多对排出口；
其特征在于，中心孔的横截面积在所述多对排出口之间减小，并且靠近铸口闭合端部处的出口宽度与离铸口闭合端部较远的出口宽度相同。
16.如权利要求15所述的浸入式铸口，其特征在于，所有出口的总面积小于垂直于液态金属流的中心孔横截面积的2倍。
17.如权利要求15或16所述的浸入式铸口，其特征在于，所有出口的总面积至少等于垂直于液态金属流的中心孔的横截面积。
18.如权利要求15至17所述的浸入式铸口，其特征在于，铸口包括至少2对出口。
19.如权利要求15至18所述的浸入式铸口，其特征在于，铸口包括3对出口。
20.如权利要求15至19所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度在大约30度和105度之间。
21.如权利要求15至20所述的浸入式铸口，其特征在于，在离封闭端部最远的一对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度大约为90度。
22.如权利要求15至21所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度大约为90度。
23.如权利要求15至22所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度不同于在其它每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度。
24.如权利要求20所述的浸入式铸口，其特征在于，在每对出口和铸口纵向轴线之间形成的角度分别约为60度、75度和90度。
25.如权利要求15所述的浸入式铸口，其特征在于，中心孔横截面积在中心孔整个圆周周围没有减小。
26.如权利要求25所述的浸入式铸口，其特征在于，在垂直于出口径向的中心孔径向处，中心孔的横截面积没有减小。
27.如权利要求25所述的浸入式铸口，其特征在于，在垂直于出口径向的中心孔径向处，中心孔的横截面积没有连续减小。
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