CN212704345U - 防渗漏的上水口及中间包 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种防渗漏的上水口及中间包，上水口包括本体、透气环以及导管；本体具有流入口与流出口，流入口与流出口之间通过流道相连通；透气环嵌设在流道内壁，透气环开设有气室以及多个布气通道，气室通过布气通道与流道相连通；导管由本体的底部延伸连通至气室，导管在高度方向上具有用于阻挡钢水的迂回部，该方案相对于现有技术，导管位于本体内，气室以及布气通道均位于透气环内，即使导管内灌入了钢液，钢水在流经迂回部处后也会被冷却冻结，不至泄漏于外造成恶性事故。因此，导气通道有效规避了漏气、漏钢安全隐患。气室置于透气环内，完全避免了气体通过本体向外扩散泄漏的可能，因而上水口也避免了漏气背压下降的可能。

Description

防渗漏的上水口及中间包

技术领域

本申请涉及钢铁冶金设备领域，特别是涉及一种防渗漏的上水口及中间包。

背景技术

中间包在连铸过程中盛装钢水，塞棒大部分浸没于钢水中，并垂直立于上水口正上方，二者位于同一轴线上。上水口安装固定在中间包底部，塞棒可轴向垂直移动，棒头与上水口进口之间的空隙形成钢水的通道，钢水经该通道进入上水口内腔，最后经浸入式水口流入结晶器凝固成坯。

上水口作为连铸生产中的关键耐火材料，在防止钢水氧化、分散、调整结晶器内钢水流型，促进夹杂物上浮及防止保护渣卷入方面起着重要的作用，但是在浇铸低碳铝镇静钢和含钛钢、高氧钢、高锰钢、钙处理钢等钢种时经常会因钢液中的非金属夹杂物沉积在水口内壁而发生堵塞。钢水中Al₂O₃等夹杂物多以固体状态存在，钢水在中间包底部向上水口内孔注流时，由于截面积缩小，钢水流速度变快，局部夹杂物浓度增加，夹杂物极容易碰撞长大，长大颗粒粘附在粗糙水口内壁，形成夹杂物的聚集、堵塞。

目前，上水口采用吹氩的方式克服上水口堵塞，通过在上水口中孔周壁使用弥散透气材料提供多孔结构的方式进行吹氩，也有采用狭缝、导孔等透气方式吹氩的。透气上水口都是采用气室方式储气的，气室设定在透气材料的后侧，为一定容积的狭缝。气室布置方式有两种：一是透气体与本体接触部，二是透气体与铁壳之间留出一定的空隙作为气室。一般都是通过在上水口外部安装铁壳进行密封，氩气直接在铁壳上开孔吹入。需要在铁壳上开孔打眼作为气体引入点，一般均采用焊接的方式将外部供气管无缝连接在铁壳上以防止漏气。铁壳不仅提供焊点支撑，还是一道必不可少的防止气体泄漏的屏障。

但是，铁壳的使用不仅没有解决气体泄漏问题，还存在导致钢水渗漏的严重安全隐患。尤其是对于铝碳等静压上水口，其较高的导热率在一定炉数后就会使水口壁与中孔钢水达到热平衡，铁壳在1300℃以上就会发生软化变形，进而熔融，气体逃逸，背压下降。熔融的铁壳会形成空隙，成为漏钢隐患，存在导致钢水渗漏的严重安全隐患。另外，铁壳的膨胀性远高于水口材料，达到一定温度时先于熔融就会产生涨缝与水口分离，导致密封失效，背压下降，尤其对于较厚的铁壳，涨缝更大。

实用新型内容

本申请提供的一种防渗漏的上水口及中间包，用于解决现有技术中氩气泄漏背压下降、钢水渗漏的技术问题。

本申请提供一种中间包的上水口，包括本体、透气环以及导管；

所述本体具有流入口与流出口的本体，所述流入口与所述流出口之间通过流道相连通；

所述透气环嵌设在所述流道内壁，所述透气环开设有气室以及沿流道周向布置的多个布气通道，所述气室通过所述布气通道与所述流道相连通；

所述导管由所述本体的底部延伸连通至所述气室，所述导管在高度方向上具有用于阻挡钢水的迂回部。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述迂回部包括一个开口向下的U型段；

或多个依次沿流道径向布置的U型段，且相邻的两个U型段开口相反。

可选的，所述多个U型段呈共面设置。

可选的，所述迂回部的最高处与最低处的距离为L，所述导管的内径的D，且L为D的5～15倍。

可选的，所述布气通道由气室逐渐向上倾斜延伸，且倾斜方向与流道径向之间的夹角为5度～30度。

可选的，所述布气通道的内径为0.3mm～0.8mm。

可选的，沿本体周向，所述上水口还包括设置于所述本体外侧壁的一个或多个凸台，所述凸台用于防止钢水沿本体侧壁穿漏。

本申请还提供如下技术方案：

中间包，包括熔池以及设置于所述熔池底部的上水口，所述上水口如以上任意一项所述的上水口。

本申请的一种防渗漏的上水口及中间包，导管位于本体内，气室以及布气通道均位于透气环内，即使导管内灌入了钢液，钢水在流经迂回部处后也会被冷却冻结，不至泄漏于外造成恶性事故。因此，导气通道有效规避了漏气、漏钢安全隐患。气室置于透气环内，完全避免了气体通过本体向外扩散泄漏的可能，因而上水口也避免了漏气背压下降的可能。

附图说明

图1为本申请提供的一实施例的防渗漏的上水口的结构示意图；

图2为本申请提供的一实施例的防渗漏的上水口的结构示意图；

图3为本申请提供的一实施例的防渗漏的上水口的结构示意图；

图4为本申请提供的一实施例的防渗漏的上水口的结构示意图；

图5为本申请提供的一实施例的防渗漏的上水口的结构示意图；

图6为本申请提供的一实施例的防渗漏的上水口的结构示意图。

图中附图标记说明如下：

100、上水口；10、本体；11、流入口；12、流出口；13、流道；14、引流段；20、透气环；21、气室；22、布气通道；30、导管；32、迂回部；321、U型段；40、凸台；50、壳体。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

其中一实施例中，如图1至图6所示，一种中间包，包括熔池以及设置于熔池内的上水口100，熔池内的钢流由上水口100分配进入结晶器。

上水口100包括包括本体10、透气环20以及导管30；

本体10具有流入口11与流出口12的本体10，流入口11与流出口12之间通过流道13相连通；

透气环20嵌设在流道13内壁，透气环20开设有气室21以及沿流道周向布置的多个布气通道22，气室21通过布气通道22与流道13相连通；

导管30由本体10的底部延伸连通至气室21，导管30在高度方向上具有用于阻挡钢水的迂回部32。

外部气源通过导管30输送至气室21，然后通过布气通道22将氩气输送至流道13，上浮的氩气泡对于流道13有一定的防堵效果，导管30埋设在本体10内，气室21以及布气通道22均位于透气环20内，即使本体10及导管30内灌入了钢液，钢水在流经迂回部32处后也会被冷却冻结，不至泄漏于外造成恶性事故。因此，导管30有效规避了漏气、漏钢安全隐患。

气室21置于透气环20内，完全避免了气体通过本体10向外扩散泄漏的可能，因而上水口100也避免了漏气背压下降的可能。

上水口100的成型方式可以采用浇注、机压、冷等静压等多种常规成型方法。作为优选，浇注成型能够使预成型的透气体免于再次受压，浇注方式的能耗也相对较低。

进一步地，布气通道22的位置可以根据连铸需要进行设计。

为了改善上水口100与塞棒相配合的配合部的防结瘤堵塞效果，可以在该配合部设置透气带。

为了解决上水口100的流道13内部结瘤堵塞问题，可以在上水口100整个流道13或流道13局部易结瘤部位设置透气带。

可选的，为同时解决配合部及流道13内部的结瘤堵塞问题，透气带可以覆盖该配合部及流道13大部分或整体区域，优选地，建议在上水口100与塞棒配合部与流道13中部分别设置透气体进行联合吹氩，在满足克服结瘤的前提下，尽量减小透气带的高度以利于保持透气体足够的结构强度。

进一步地，在经过浇注、烘烤工艺过程后，尤其是在高温使用环境下，本体10、透气环20以及导管30已高度一体化，各相界面间无间隙，无气体扩散通道，不存在氩气通过本体10或其他密封材料向非工作方向扩散逃逸的可能。

其中，导管30为耐热温度达到1000℃以上的高牌号不锈钢管或高温合金管，如SUS310、SUS314、SUS316等系列钢管。

上水口100的热处理工艺可以通过干燥排除所有液态添加剂及水分，并赋予坯体足够的机械强度，因内置导管30而不宜采用高温烧成工艺，但可以进行1000℃以内(如果内置的是耐热不锈钢管)的中低温轻烧处理。

优选地，不烧工艺是最为理想的热处理方式，可通过选择合适的浇注料实现。

目前的上水口100，导管30无论是埋入的还是直接连接在外部铁壳上的，为了制作方便至少存在一个接头部位，为了防止接头漏气，接头均采用焊接方式。实践上，经常发现焊接气密不良或使用过程中脱焊的现象，造成漏气、背压下降。埋入式导管30，因材料的开裂、蚀损等原因会造成钢液灌入气室21，进而经由进气管流至中间包外部，酿成漏钢事故。

为了克服上述缺陷，采用一根独立的导管30直接将气体由外部气源导入气室21，上水口100内整个通路无接头、无焊点，杜绝了导管30漏气可能。

进一步地，导管30可以外敷有机套管(塑胶薄管)，或管外涂覆石蜡、沥青、树脂等可烧失有机包裹薄膜层，用以吸收导管30较高的膨胀，防止其可能造成的破坏作用。

进一步地，布气通道22的出口分布在透气环20的内壁。

透气环20与导管30的连接处通过密封件进行密封，该密封件可以为柔性膨胀石墨、高温微膨胀无机材料等，以防止透气环20与导管30的连接处气体渗漏。

进一步地，透气环20的材料可以与本体10的材料一致或相异。

优选地，为避免透气环20与本体10复合因膨胀性差异导致的各种破坏作用，最好选择相同体系或膨胀性能差别不大的材质。

在本实施方式中，透气环20为陶瓷烧结体等高耐蚀无机材料，经过机压、等静压或浇注成型，预埋有机可烧失气室21形成体，进行高温烧成而得到的致密高强封闭体，还可以通过浸渍等手段进一步增强并降低气孔数量。陶瓷烧结体的气孔率较低，无论是常温还是高温下均不足以形成气体扩散通道，不存在内部气体通过气室21内壁气孔扩散泄漏可能。

优选地，透气环20的材料可以为锆莫来石质、刚玉莫来石质、刚玉尖晶石质、铬刚玉质、铬刚玉尖晶石质、锆英石锆质、锆质等。在另一实施例中，迂回部32包括一个开口向下的U型段321；

或多个依次沿流道13径向布置的U型段321，且相邻的两个U型段321开口相反。

在本实施方式中，U型段321的数量为两个。当然，在其它实施方式中，U型段321的数量也可以根据上水口100的厚度进行任意布置，在此不再进行阐述。

在另一实施例中，为了使导管30占用较小的本体10空间，多个U型段321呈共面设置。

当然，在本体10的壁厚较薄时，多个U型段321也可以呈曲面设置。

在另一实施例中，为了避免进入导管30内的钢水越过迂回部32，或避免迂回部32占用本体10内较大的空间，迂回部32的最高处与最低处的距离为L，导管30的内径为D，且L为D的5～15倍。

优选地，L为D的10倍。

进一步地，迂回部32的最高处与最低处的距离为20mm～70mm；

导管30内径为2mm～6mm。

优选地，迂回部32的最高处与最低处的距离为30mm～60mm；

导管30内径为3mm～6mm。

最优选地，迂回部32的最高处与最低处的距离为50mm；

导管30内径为4mm。

在另一实施例中，为了使布气通道22迎向钢流方向效果较佳，对易结瘤粘附区域形成良好的气洗吹扫作用，布气通道22由气室21逐渐向上倾斜延伸，且倾斜方向与流道13径向之间的夹角为5度～30度。

优选地，倾斜方向与流道13径向之间的夹角为15度。

在另一实施例中，能够克服多孔弥散结构的弊端及狭缝透气不能控制气泡大小及其分布的缺陷，布气通道22的内径为0.3mm～0.8mm，以形成最佳的浸入式水口出口氩气泡内径，能够精确控制气体流量、气体流向、气泡直径及气泡群密度分布。

优选地，布气通道22的内径为0.4mm～0.7mm。

最优选地，布气通道22的内径为0.5mm。

在另一实施例中，上水口100应用存在的一个重大安全隐患是其外侧壁渗钢漏钢。由于安装时，没有很好地处理好上水口100与座砖、捣打料、密封火泥等上水口100定位、紧固、密封材料间的施工，或者这些材料在使用过程中高温性能突然发生了恶化，导致上水口100外侧壁周围出现了间隙，中间包包底钢水在较大的静压力作用下，会沿着该间隙向下渗漏，尤其是上水口100外部铁壳的存在，拓展了流钢通道，并导引熔融钢水冲出包底，酿成渗液穿钢事故。

沿本体10周向，上水口100还包括设置于本体10外侧壁的一个或多个凸台40，凸台40用于防止钢水沿本体10侧壁穿漏。上水口100外侧壁的凸台40将能够改变钢水流向，增加热阻，延长流程，对钢液进行强制降温。

同时，凸台40的数量为多个时，相邻的两凸台40之间形成的错缝结构也大大降低了砌筑空隙几率，阻塞钢流扩散通道，从而有效阻断钢液流动，防止酿成穿漏事故。

进一步地，凸台40呈水平地设置，各凸台40之间均匀地、间歇布置在水口外侧壁的中下部，以对任意位置的穿漏均能形成有效的阻止作用。

进一步地，凸台40的数量为2～4个。

在本实施方式中，凸台40的数量为两个。当然，在其它实施方式中，凸台40的数量根据上水口100的高度或壁厚进行调整，在此不再进行阐述。

进一步地，凸台40的截面形状优选为螺纹牙型。可以为梯形、矩形、三角形、锯齿形等各种牙型。当然，凸台40的尺寸可以根据水口高度尺寸进行裁剪，以方便成型或加工制作，并以能保持足够的机械强度为原则进行设计。

进一步地，凸台40也可以连续布置，或在周壁上进行间歇分段。如纵向上可以呈波纹状，也可以成螺纹旋绕。

在另一实施例中，沿流道13延伸方向，流道13通过截面积的变化形成至少一个引流段14，沿流道13延伸方向，引流段14的截面积先增大后变小；

其中首个引流段14的进口与本体10的流入口11连通，末个引流段14的出口与本体10的流出口12连通。

连铸工艺稳态操作塞棒时，引流段14将致使流道13中心钢流的速度高于流道13周侧，侧边钢流会形成湍流或处于层流-湍流转变状态，这种流态将造成钢水对流道13内壁各个方向的冲刷，流道13内壁也将对钢流产生一定的剪切应力以削弱流动；而在层流状态，钢流中的粒子运动是沿着流道13内壁有序向前运动。因此流道13的内壁就不易附着颗粒物(非金属夹杂或者金属氧化物淀析物，如氧化铝等)。

首个引流段14的进口通过流入口11开放于熔池底部，并通过流入口11形成缩径，引流段14内将形成负压区。根据虹吸原理，引流段14的流入口11突然收缩及引流段14内负压区的形成，将会使内部钢液受到一定的虹吸作用力，如果该作用力足够大，足以克服钢液的重力及下冲力，则会导致钢液回吸，尤其是沿着流道13向上部回流，从而形成对流道13的内壁冲洗效应，即使有附着物也很难进一步沉积造成堵塞。同时，流道13内壁因湍流而形成的剪切应力也有力地促进了对粘附颗粒的冲刷作用。

引流段14增大上水口100内腔空间，改变上水口100内钢水的流动状态，尤其是改变钢水沿流道13内壁流束的方向性，从而克服水口内壁物质的粘附沉积。

引流段14的出口沿流道13径向内敛回收，收缩的目的是向流道13中心集束钢流以与下部控流通道孔径匹配。经过引流段14出口的钢流突然受到束缚，一部分钢液会沿流道13侧壁自然反冲回流，这样沿流道13内壁各种方向的钢液流束就会交错混流，就能够对试图粘附沉积或已经粘附沉积在流道13内壁的颗粒物形成持续的、不同方向的冲刷和剪切作用，从而大大降低甚至完全杜绝了上水口100堵塞现象。

流道13的延伸方向为：流道13内的钢流流动的方向，也可以为流入口11至流出口12的方向。流道13的径向垂直于流道13的延伸方向。

其中，当引流段14为一个时，首个引流段14与末个引流段14为同一个引流段14，引流段14的进口与本体10的流入口11连通，引流段14的出口与本体10的流出口12连通。

引流段14为多个时，引流段14进口导引钢流向流道13中心集中，进入到引流段14内的钢流则向外侧扩散，多个引流段14的联合作用致使流道13内钢液对称流动，破坏原来的层流促成广泛的湍流流束，尤其是沿流道13内壁的流束。

引流段14的形状在本实施方式中不进行限定，可以为纺锤形(含橄榄形、水滴形、梨形等多种近似构型)、圆形、椭圆形，甚至锥形、多边形等各种形状，引流段14的形状根据实际需要进行调整，在此不再进行阐述。当然，各引流段14的形状可以相同可以不相同。

上述引流段14的形状：可以为沿流道13延伸方向的截面形状，也可以为流道13径向方向的截面形状。

为了进一步防止上水口100结瘤堵塞，流道13的表面可以设置防堵塞材料层。

在另一实施例中，截面积的变化方式为内径的增减。

沿流道13延伸方向，引流段14的截面呈圆形，截面积的变化方式为内径的增减。当然，在其它实施方式中，沿流道13延伸方向，引流段14的截面呈椭圆形等形状时，此处的内径的增减可以为引流段14沿流道13延伸方向的截面外圆内径或内圆内径的增减。

在另一实施例中，为了避免上水口100安装在中间包时，避免受机械外力损伤，上水口100还可以包括壳体50，壳体50用于包裹本体10与中间包底壳接触的下部较小部分。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.防渗漏的上水口，其特征在于，包括本体、透气环以及导管；

所述本体具有流入口与流出口的本体，所述流入口与所述流出口之间通过流道相连通；

所述透气环嵌设在所述流道内壁，所述透气环开设有气室以及沿流道周向布置的多个布气通道，所述气室通过所述布气通道与所述流道相连通；

所述导管由所述本体的底部延伸连通至所述气室，所述导管在高度方向上具有用于阻挡钢水的迂回部。

2.根据权利要求1所述的上水口，其特征在于，所述迂回部包括一个开口向下的U型段；

或多个依次沿流道径向布置的U型段，且相邻的两个U型段开口相反。

3.根据权利要求2所述的上水口，其特征在于，所述多个U型段呈共面设置。

4.根据权利要求1或2或3所述的上水口，其特征在于，所述迂回部的最高处与最低处的距离为L，所述导管的内径为D，且L为D的5～15倍。

5.根据权利要求1所述的上水口，其特征在于，所述布气通道由气室逐渐向上倾斜延伸，且倾斜方向与流道径向之间的夹角为5度～30度。

6.根据权利要求1或5所述的上水口，其特征在于，所述布气通道的内径为0.3mm～0.8mm。

7.根据权利要求1所述的上水口，其特征在于，沿本体周向，所述上水口还包括设置于所述本体外侧壁的一个或多个凸台，所述凸台用于防止钢水沿本体侧壁穿漏。

8.中间包，包括熔池以及设置于所述熔池底部的上水口，其特征在于，所述上水口如权利要求1-7任意一项所述的上水口。

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