CN201913239U - 新型结构的浸入式水口 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供四个结构优化的浸入式水口，在不改变现有水口外形轮廓的基础上重新设计水口的内部结构，1号水口内径是突变的，在水口内部形成一凸台，设计目的是改变水口内径，减缓流速。2号水口的内径是渐变的，从中间开始内径逐渐扩大，内部形腔呈“倒漏斗”状，使钢液流速变化平缓，减弱钢液对水口的冲刷。3号水口在2号水口的下端加约束段，约束钢液的流动，减小高速流动的钢液对水口端部的冲刷，同时使流股集中，减小紊流。4号水口从顶端就开始扩径，尽量减缓水口内径扩张的趋势，从而使内径的变化放缓，这样钢液速度的变化放缓，流动趋于稳定，减小冲击深度。这4种设计都可以改善结晶器流场，减少冲击的深度，同时具有很好的实用性和使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种连铸设备，具体是四个结构改进的浸入式水口。
技术背景
浸入式水口是钢液从中间包流入结晶器的通道，具有保护钢流、防止钢液二次氧化的功能，同时还可以改变注流在结晶器内的流动状态，防止注流冲刷凝固坯壳造成漏钢和拉裂，减小注流的冲击深度，促进夹杂物在结晶器内上浮，并分散注流带入的热量，有利于坯壳的均匀生长。
传统的浸入式水口内部结构呈直筒型，钢液从中间包经浸入式水口流入结晶器、钢液位置下降，势能转化为动能，即钢液的流速变大，结晶器内的钢液波动变的剧烈、紊乱，冲击深度大。从浸入式水口流入结晶器内的高温钢液与初生的凝固坯壳接触。如果水口的浸入深度太大，或者冲击深度太大，高温钢液有可能使凝固的坯壳受到冲刷变薄，出现不均匀生长，在较薄的部位产生裂纹或者拉漏事故，致使水口堵塞或结瘤，液面波动大，发生卷渣。
中国专利CN2626648(03215867.X)公开了一种具有旋转搅拌作用的浸入式水口。这种浸入式水口包括碗部、本体、内孔和至少两个以上均布的侧孔等，侧孔与本体在圆周方向有一夹角α。中国专利CN201470879U(200920162750.3)公开了一种改进的中间包浸入式水口，水口下部设置吐出孔，吐出孔向下倾斜布置，吐出孔的轴线与水平面之间构成的夹角为17°，吐出孔下方的水口底部设置着凹坑。中国专利CN201186346Y(200820057769.7)公开了一种用于双水口浇注宽板坯工艺的浸入式水口。这种浸入式水口的每个水口两侧分别开孔，形成内外侧孔；同一水口的内外侧孔上下错位分布；两个水口的内侧孔在同一高度，外侧孔在同一高度，外侧孔比内侧孔高。由此可见，现有技术无论是单水口还是双水口，设计都较为复杂，均存在侧孔和角度的布置，制作难度较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型在不改变传统直筒型水口外形轮廓的基础上重新设计水口的内部结构，设法减小钢液流入结晶器时的流速，改善流场，减小冲击深度，同时兼顾了实用性和水口使用寿命。采用流场显示技术对结晶器传统的直筒型水口进行实验，在分析了水口存在的问题后针对其存在的问题设计了优化水口的结构。从保证结晶器内形成合理的流场的角度出发，结晶器浸入式水口结构尺寸设计考虑了水口的结构类型、内腔结构、尺寸大小、插入深度等因素，制定了4种优化方案(1-4号水口)。
本实用新型的技术方案如下：
新型结构的四个浸入式水口，水口的上、下端分别连接中间包和连铸结晶器。1号水口的内径是突变的，在水口内部形成一凸台，设计目的是改变水口内径，减缓流速。2号水口的内径是渐变的，从中间开始内径逐渐扩大，内部形腔呈“倒漏斗”状，使钢液流速变化平缓，减弱钢液对水口的冲刷。3号水口是在2号水口的下端加约束段，约束钢液的流动，减小高速流动的钢液对水口端部的冲刷，同时使流股集中，减小紊流。4号水口从顶端就开始扩径，尽量减缓水口内径扩张的趋势，从而使内径的变化放缓，这样钢液速度的变化放缓，流动趋于稳定，减小冲击深度。
新型结构的四个水口的外形轮廓均为圆柱形，而内部结构不同；1号水口的内部结构分为上、下两段，两段均为圆柱形，下段圆柱形内径大于上段圆柱形内径；2号水口的内部结构分为上、下两段，上段为圆柱形下段为圆台形，下段圆台形的上端面内径与上段圆柱形内径相等；3号水口的内部结构分为上、中、下三段，上段为圆柱形，中段为圆台形，下段为圆柱形，中段圆台形的上端面内径与上段圆柱形内径相等，下端面内径与下段圆柱形内径相等，4号水口内部结构为一圆台形；1至4号水口上、下端面均为圆环形。
进一步，1号水口内部结构上段圆柱形内径30～40mm，下段圆柱形内径45～55mm，上段圆柱形与下段圆柱形长度均为170～190mm，1号水口总长340～380mm，外径70～80mm。
2号水口内部结构上段圆柱形内径30～40mm，下段圆台形的上端面内径与上段圆柱形内径相等，下段圆台形的下端面内径45～55mm，上段圆柱形与下段圆台形长度均为160～180mm，2号水口总长320～360mm，外径70～80mm。
3号水口内部结构上段圆柱形内径30～40mm，中段圆台形上端面内径与上端圆柱形内径相等，下端面内径与下段圆柱形内径相等为45～55mm；上段圆柱形与中段圆台形长度相等，均为160～180mm，下段圆柱形长度为15～25mm，3号水口总长335～385mm，外径70～80mm。
4号水口内部结构为一圆台形，上端面内径30～40mm，下端面内径45～55mm，4号水口总长355～395mm，外径70～80mm。
本实用新型的设计原理是：
在不考虑压力变化及高度变化的情形下质量平衡方程式：
V1·A1＝V2·A2·
其中：V-流速
A-截面积
由此可知：扩大水口的内径可以吸收部分能量，减小钢液流动的速度，减小冲击深度，改善流场。
本实用新型的有益效果：
1.设计兼顾了实用性和水口的使用寿命，结构简单，制造容易；
2.减小钢液流入结晶器时的流速，避免钢液的剧烈波动；
3.改善流场，防止注流冲刷凝固坯壳造成漏钢和拉裂；
4.减小冲击深度，避免发生卷渣。
附图说明
图1为现有浸入式水口的结构示意图；
图2为本实用新型浸入式水口1号水口的结构示意图；
图3为本实用新型浸入式水口2号水口的结构示意图；
图4为本实用新型浸入式水口3号水口的结构示意图；
图5为本实用新型浸入式水口4号水口的结构示意图；
图6为图5的A-A截面图。
其中1、1号水口；101、1号水口内部结构上段圆柱形；102、1号水口内部结构下段圆柱形；2、2号水口；201、2号水口内部结构上段圆柱形；202、2号水口内部结构下段圆台形；3、3号水口；301、3号水口内部结构上段圆柱形；302、3号水口内部结构中段圆台形；303、3号水口内部结构下段圆柱形约束段；4、4号水口；5、结晶器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
实施例【1】：
参见图1-5，在不改变现有水口外形轮廓的基础上重新设计水口的内部结构，设法减小钢液流入结晶器时的流速，改善流场，减小冲击深度，同时兼顾了实用性和水口使用寿命，其上下端分别连接中间包和连铸结晶器。
采用流场显示技术对结晶器的传统现有的直筒型水口进行实验，在分析了水口存在的问题后针对其存在的问题设计了优化水口的结构。从保证结晶器内形成合理的流场的角度出发，结晶器浸入式水口结构尺寸设计考虑了水口的结构类型、内腔结构、尺寸大小、插入深度等因素，制定了4种优化方案(1-4号水口)。
现有水口外径75mm，内径35mm，现有水口总长360mm。
四个优化水口的外形轮廓均为圆柱形，而内部结构不同。
1号水口内部结构内径是突变的，在水口内部形成一凸台，其内部结构分为两段，两段均为圆柱形，上段圆柱形101内径35mm，下段圆柱形102内径50mm，上段圆柱形101和下段圆柱形102形成一凸台结构，每段长180mm，1号水口总长360mm，1号水口上、下端面为圆环形，外径75mm。圆柱形101与圆柱形102为一体。
2号水口内部结构内径是渐变的，从中间开始内径逐渐扩大，内部形腔呈“倒漏斗”状，使钢液流速变化平缓，减弱钢液对水口的冲刷。其内部结构分为两段，上段为圆柱形201，圆柱形201内径35mm；下段为圆台形202，圆台形202的上端面内径与圆柱形201内径相等，圆台形202的下端面内径50mm；圆柱形201与圆台形202长度均为170mm，2号水口总长340mm，2号水口上、下端面为圆环形，外径75mm。圆柱形201与圆台形202为一体。
3号水口内部结构是在2号水口内部结构的基础上，在最下端加一20mm的约束段303，约束钢液的流动，减小高速流动的钢液对水口端部的冲刷，同时使流股集中，减小紊流。其内部结构分为三段，上段是圆柱形301，圆柱形301内径35mm；中段为圆台形302，圆台形302的上端面内径与圆柱形301内径相等，圆台形302的下端面内径50mm；圆柱形301与圆台形302的长度均为170mm；下段为圆柱形约束段303，圆柱形303内径50mm，长度20mm；3号水口总长360mm，外径75mm。圆柱形301与圆台形302以及圆柱形303为一体。
4号水口从顶端就开始扩径，尽量减缓水口内径扩张的趋势，从而使内径的变化放缓，这样钢液速度的变化放缓，流动趋如稳定，减小冲击深度。其内部结构为圆台形，圆台形上端面内径35mm，下端面内径50mm，水口总长375mm，外径75mm。
现有水口及新型的1-4号水口上、下端面为圆环形。
在不同的拉速、浸入深度进行试验，显示各方案下结晶器内的流场，并测量冲击深度。以流场分布的合理与否和冲击深度的大小来评价优劣。结果证明：改进的四个水口均有很好的优化效果，平均可减低冲击深度30-40％，在拉速较大时，最小也可减低冲击深度20％左右。实施结果如表1所示。
表1不同拉速、浸入深度下断面260×300mm的冲击深度
实施例【2】
与实施例1的区别在于：
1号水口上段圆柱形101内径30mm，下段圆柱形102内径45mm，上段圆柱形101和下段圆柱形102每段长170mm，1号水口总长340mm，1号水口外径70mm。
2号水口上段圆柱形201内径30mm；下段圆台形202的下端面内径45mm；圆柱形201与圆台形202长度均为160mm，2号水口总长320mm，2号水口外径70mm。
3号水口上段圆柱形301内径30mm；中段圆台形302的下端面内径45mm；圆柱形301与圆台形302的长度均为160mm；下段圆柱形约束段303内径45mm，长度15mm；3号水口总长335mm，外径70mm。
4号水口圆台形上端面内径30mm，下端面内径45mm，水口总长355mm，外径70mm。
实施例【3】
与实施例1的区别在于：
1号水口上段圆柱形101内径40mm，下段圆柱形102内径55mm，上段圆柱形101和下段圆柱形102每段长190mm，1号水口总长380mm，1号水口外径80mm。
2号水口上段圆柱形201内径40mm；下段圆台形202的下端面内径55mm；圆柱形201与圆台形202长度均为180mm，2号水口总长360mm，2号水口外径80mm。
3号水口上段圆柱形301内径40mm；中段圆台形302的下端面内径55mm；圆柱形301与圆台形302的长度均为180mm；下段圆柱形约束段303内径55mm，长度25mm；3号水口总长385mm，外径80mm。
4号水口圆台形上端面内径40mm，下端面内径55mm，水口总长395mm，外径80mm。
Claims (5)
1.新型结构的浸入式水口，包括四个水口，水口的上、下端分别连接中间包和连铸结晶器，其特征在于：1号水口(1)的内部结构分为上、下两段，两段均为圆柱形，下段圆柱形(102)内径大于上段圆柱形(101)内径；2号水口(2)的内部结构分为上、下两段，上段为圆柱形(201)，下段为圆台形(202)，下段圆台形(202)的上端面内径与上段圆柱形(201)内径相等；3号水口(3)的内部结构分为上、中、下三段，上段为圆柱形(301)，中段为圆台形(302)，下段为圆柱形(303)，中段圆台形(302)的上端面内径与上段圆柱形(301)内径相等，下端面内径与下段圆柱形(303)内径相等，4号水口(4)内部结构为一圆台形；1至4号水口上、下端面均为圆环形。
2.根据权利要求1所述的新型结构的浸入式水口，其特征在于：1号水口(1)内部结构上段圆柱形(101)内径30～40mm，下段圆柱形(102)内径45～55mm，上段圆柱形(101)与下段圆柱形(102)长度均为170～190mm，1号水口总长340～380mm，外径70～80mm。
3.根据权利要求1所述的新型结构的浸入式水口，其特征在于：2号水口(2)内部结构上段圆柱形(201)内径30～40mm，下段圆台形(202)的上端面内径与上段圆柱形(201)内径相等，下段圆台形(202)的下端面内径45～55mm，上段圆柱形(201)与下段圆台形(202)长度均为160～180mm，2号水口总长320～360mm，外径70～80mm。
4.根据权利要求1所述的新型结构的浸入式水口，其特征在于：3号水口(3)内部结构上段圆柱形(301)内径30～40mm，中段圆台形(302)上端面内径与上端圆柱形(301)内径相等，下端面内径与下段圆柱形(303)内径相等为45～55mm；上段圆柱形(301)与中段圆台形(302)长度相等，均为160～180mm，下段圆柱形(303)长度为15～25mm，3号水口总长335～385mm，外径70～80mm。
5.根据权利要求1所述的新型结构的浸入式水口，其特征在于：4号水口(4)内部结构为一圆台形，上端面内径30～40mm，下端面内径45～55mm，4号水口总长355～395mm，外径70～80mm。
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