CN214161385U - 浇铸水口 - Google Patents

Abstract

一种用于浇铸熔融金属的浇铸水口产生在水平面上具有细长截面的稳定的流型。孔截面面积从入口到出口包含至少两个明显的截面面积减小部以减少湍流，使流线重新排列，并且影响该水口的内部的流动分布。孔截面在位于入口区段与扩张区段之间的收缩区段中具有局部最小值。孔截面面积从该扩张区段到该水口的下端减小。这两个明显的截面面积减小部与该孔内的其他结构配合以使流动稳定。

Description

浇铸水口

技术领域

本实用新型总体上涉及一种耐火制品，更具体地说，涉及一种用于在连铸操作中传送熔融金属的耐火浇注管。

背景技术

在金属(特别是钢)的连续浇铸中，熔融金属流通常经由耐火浇注管而从第一冶金容器传送到第二冶金容器或模具中。这样的管通常被称为水口或长水口(shroud)，并且具有适配成传送熔融金属的孔。浇注管包括浸入式水口(SEN)或浸入式长水口 (SES)，其将熔融金属排放到接收容器或模具的液面下方。

液态金属通过一个或多个出口从孔的下游端排放。浇注管的一项重要功能是以平滑且稳定而没有中断或打断的方式排放熔融金属。平滑稳定的排放便于加工，并且可以提高最终产品的质量。对排放进行控制可能需要减少湍流，稳定出口射流，并且实现独立流的所需排放角度。浇注管的第二个重要功能是在接收容器或模具中的液态金属内建立适当的动态条件，以便于进一步加工。产生适当的动态条件可能需要浇注管具有多个排出口，所述排出口被布置为使熔融金属流一经从管中排出就在一个或多个方向上转向，或在将所述流引入其中的熔融金属中引起所需的流型。

薄板坯连铸是将钢直接浇铸成通常厚度为从30mm至60mm并且宽度为从800 mm至1600mm的板坯的过程。在板坯连铸过程中，将钢水从钢包浇注到在板坯连铸机顶部的中间包中。钢水以受控的速度进入连铸机中，在该连铸机中，钢水的外表面在水冷模具中凝固。由于连铸机的几何形状，并且考虑到紧密间隙，耐火浇注管被构造成下部的几何形状是其中一个水平尺寸明显大于另一个。有利的是以一股或多股流的形式将液态金属输送到模具中，该一股或多股流的整体细长截面的取向与模具的构造相符。

在本领域中已知的是使用浇铸水口，所述浇铸水口具有主过渡部，该主过渡部从包含轴向对称流的圆形截面过渡到细长截面，厚度小于圆形截面的直径，并且宽度大于圆形截面的直径，包含平面对称流，在整个过渡部中速度分布总体上均匀，从而忽略壁摩擦。还已知的是在浇铸水口内使用挡板以使该流成比例地分成外部流和中央流。

参考文献D1(CN 2770832 Y，洛阳耐火材料研究院[CN])涉及一种用于板材坯料连铸的沉入式水口。该水口包括具有中心轴线的细长孔，该细长孔从孔的顶部以下降次序包括入口区段、收缩区段、扩张区段以及调节区段。披露了将分流器设置在水口下端处的孔内的示例。没有披露将一对挡板中的每个挡板都定位在分流器与相应的侧壁之间的示例。

参考文献D2(Heaslip等人的US 2001/038045)涉及一种使液态金属流过浇铸水口的方法和设备。该水口包括细长孔。披露的示例是，其中分流器设置在水口下端处的孔内，并且其中一对挡板中的每个挡板都定位在分流器与相应的侧壁之间。没有给出示例，其中一对挡板中的每个挡板都定位在分流器与相应的侧壁之间，并且其中这些挡板从出口端口向上延伸到调节区段的顶部。

参考文献D3(McIntosh等人的US 2006/243760)涉及一种用于将薄板坯连铸机中的钢水从中间包传送至模具的水口，该水口在从入口直径过渡到水口的矩形浸没部分所需的主截面变化以下提供了至少两个流压缩区域。水口包括具有中心轴线的细长孔，该细长孔从孔的顶部以下降次序包括入口区段、收缩区段、扩张区段以及调节区段。披露了将分流器设置在水口下端处的孔内的示例。没有给出示例，在该示例中一对挡板中的每个挡板都定位在分流器与相应的侧壁之间，并且其中挡板从出口端口向上延伸到调节区段的顶部。没有给出其中挡板比分流器向上延伸更多的示例。

与用于浇铸操作的耐火浇注管相关的问题包括存在湍流以及相关的炉渣夹带和炉渣掺入金属熔体中。遇到的另一个问题是沿耐火浇注管的出口的较长尺寸的流型不均匀。遇到的又一个问题是从耐火浇注管中产生长排放射流；这些排放射流可能会变得不稳定，并可能会漂游。通常，在宽水口中，流量分布不是最佳的，并且液体在水口内波动。这样将会导致严重的偏流，其中通过一个出口端口的液体输出将会比通过另一个出口端口的液体输出更多。在高浇铸速度下，这种流动不对称性可能导致在水口周围沿弯月面涡流，并且还导致沿模具的一侧进行热传递。因此，需要提供一种改善流动稳定性并且改善流动分布的耐火浇注管。

实用新型内容

本实用新型涉及用于浇铸熔融金属的浇铸水口。浇注管包含至少四个出口端口，并且相对于现有技术提供了在水平面上具有细长截面的稳定的流型。

该技术方案通过水口的孔或浇铸通道的截面面积的特定构造来实现。孔截面面积从入口到出口包含至少两个明显的截面面积减小部以减少湍流，使流线重新排列，并且影响水口内部的流动分布。从上端到下端，该孔包含入口区段、收缩区段、扩张区段以及调节区段。孔截面在位于入口区段与扩张区段之间的收缩区段中具有局部最小值。孔截面面积从扩张区段/调节区段边界到水口的下端减小。两个明显的截面面积减小部可以与其他结构配合以实现技术方案。一种配合结构是将分流器(沿孔的中心竖直轴线位于耐火浇注管的底部)与位于分流器与相应侧壁之间的挡板组合，以在孔的中心竖直轴线的各侧形成一对出口端口。在这种结构的某些构造中，每个出口端口的所有壁都延伸到浇铸水口的底表面。另一配合结构是出口端口的构造，其在孔的中心竖直轴线的各侧以相同的角度引导流动远离中心竖直轴线。另一配合结构是挡板和分流器的布置，以使得浇铸水口内的流动被引导远离孔的中心竖直轴线并导向浇铸水口的侧面。另一配合结构是挡板的上端与水口的扩张区段和调节区段的相交处的重合位置。另一配合结构是一对挡板中的每个挡板的上端之间的距离与在每个相应挡板和相应侧壁之间的最小距离之间的数学关系。另一配合结构是水口的下端的斜切，以使得从水口的扩张区段和调节区段的相交处(用于与侧壁的内部连通的出口端口)到其下端的水口外部的距离短于从水口的扩张区段和调节区段的相交处(用于与分流器的侧壁连通的出口端口)到其下端的水口外部的距离。

该浇铸水口具有下端、外表面、以及具有中心竖直轴线的浇铸水口孔，该浇铸水口孔具有上端和下端，该浇铸水口孔具有设置在该上端处的至少一个入口端口以及设置在该下端处的至少一个出口端口。

该浇铸水口孔包含设置在浇铸水口孔的上端处的入口区段，该入口区段具有上端、下端、长度、以及均匀的截面面积。该浇铸水口孔包含收缩区段，该收缩区段设置在该入口区段的下方并与该入口区段直接连通；该收缩区段具有上端、下端、长度、与该入口区段的截面面积相等的位于该收缩区段上端处的截面面积(即该收缩区段上端处的截面面积与该入口区段的截面面积相等)、以及从该收缩区段的上端到下端减小的截面面积(即该收缩区段的截面面积从上端到下端是减小的)。该浇铸水口孔包括扩张区段，该扩张区段设置在该收缩区段下方并与该收缩区段直接连通；该扩张区段具有上端、下端、长度、与该收缩区段的下端处的截面面积相等且小于该入口区段的截面面积的该扩张区段上端处的截面面积(即该扩张区段的上端处的截面面积与该收缩区段的下端处的截面面积相等，且小于该入口区段的截面面积)、从该扩张区段上端到该扩张区段下端增加的截面面积(即该扩张区段的截面面积从上端到下端是增加的)、以及大于该入口区段的截面面积的该扩张区段下端处的截面面积(即该扩张区段的下端处的截面面积是大于该入口区段的截面面积的)。该浇铸水口孔包括调节区段，该调节区段设置在该扩张区段的下方并与该扩张区段直接连通；该调节区段具有上端、下端、长度、与该扩张区段的下端的截面面积相等且大于该入口区段的截面面积的该调节区段上端处的截面面积(即该调节区段的上端处的截面面积与该扩张区段的下端处的截面面积相等，且大于该入口区段的截面面积)、从该调节区段上端到该调节区段下端减小的截面面积(即该调节区段的截面面积从上端到下端是减小的)。该调节区段下端处的截面面积可以在该入口区段的截面面积的80％(包含)至120％ (包含)的范围内，或者在该入口区段的截面面积的100％(包含)至120％(包含) 的范围内，或者可以大于该入口区段的截面面积。在该浇铸水口的下端处该浇铸水口孔的截面面积可以表征为以下项之和：(a)每个出口端口的在与该中心竖直轴线正交且包含该水口的下端的平面上的截面面积、以及(b)每个出口端口的在与该中心竖直轴线正交的平面上的、没有延伸到与该中心竖直轴线正交且包含该水口的下端的平面的投影截面面积。

该收缩区段的最小截面面积的值可以在从入口区段的截面面积的60％(包含)至90％(包含)的范围内。

该扩张区段的最大截面面积的值可以在该入口区段的截面面积的150％(包含)至200％(包含)的范围内，或者可以在该入口区段的截面面积的160％(包含)至 170％(包含)的范围内。

该收缩区段、该扩张区段和该调节区段可以包括具有内表面和外表面的一对相对的面壁、以及具有内表面和外表面的一对相对的侧壁，相对的侧壁之间的距离大于相对的面壁之间的距离，相对的面壁外表面之间的距离限定了浇铸水口的深度，相对的侧壁外表面之间的距离限定了浇铸水口的宽度，并且相对的侧壁之间的距离从扩张区段的上端到下端增加。相对的侧壁之间的距离从扩张区段的上端到扩张区段的下端可以增加到2倍或至少2倍。收缩区段和调节区段都可以位于浇铸水口孔的一半内，靠近水口的下端。浇铸水口孔的宽度可以在收缩区段中从收缩区段的上端到收缩区段的下端增加至少20％。浇铸水口孔的在调节区段的上端处的宽度与调节区段的长度的比率的值是从1.4(包含)至2.5(包含)。

根据概括性描述，该制品包括水口，该水口具有孔，该孔包括调节区段，该调节区段与一个或多个出口端口相邻，截面面积相对于孔的向下范围减小。

浇铸水口还可以包含分流器和挡板。在一种构造中，分流器设置在该浇铸水口孔内、位于该浇铸水口的下端处、在该浇铸水口孔的中心竖直轴线上、在一对相对的面壁之间；并且一对挡板位于该浇铸水口孔内，每个挡板定位在该分流器与相应的侧壁之间，每个挡板的下端形成该浇铸水口的外表面的部分，每个挡板从至少一个面壁向内延伸，所述一对挡板相对于该浇铸水口孔的中心竖直轴线对称地定位。分流器可以包括一对侧壁；每个侧壁面向相应的调节区段侧壁，所述一对侧壁相对于浇铸水口孔的中心竖直轴线对称地定位。每个挡板可以包括上端、下端、面向外的纵向壁以及面向内的纵向壁。每个挡板的面向外的纵向壁与相应的浇铸水口侧壁内表面和相对的水口面壁的内表面相结合地限定了侧部出口端口。每个挡板的面向内的纵向壁与该分流器的相应侧壁和相对的水口面壁的内表面相结合地限定了中心出口端口。分流器可以包括凹入的上表面。分流器的向上的面积范围小于挡板的向上的面积范围。挡板向上延伸至调节区段的上端。分流器的尺寸可以使得进入挡板之间的流动在离开在挡板和中央分流器之间所包括的区域时受到限制。

在存在分流器和挡板的构造中，分流器可以包含从调节区段延伸到浇铸水口外部的出口端口通道，该分流器出口端口通道的直径为(d0)。在这样的构造中，第一挡板与第二挡板之间的最小距离，或者第一挡板的上端和第二挡板的上端之间的距离 (d)以及每个挡板和相应的侧壁之间的最小距离(d2)可以由公式(d)/2<d2<2(d/2) 表示。在这样的构造中，第一挡板与第二挡板之间的最小距离(d)、分流器出口端口通道的直径(d0)以及每个挡板与分流器之间的最小距离(d1)可以通过公式0.8(d)/2 <((d1)+(d0))<2(d)/2表示。

在与每个挡板的面向外的纵向壁正交的竖直平面上，由每个挡板的面向外的纵向壁和该水口的浇铸水口孔的中心竖直轴线所描述的角度(β)的值可以是从6度(包含)至18度(包含)，并且可以是6度、7度、8度、9度、10度、11度、12度、13 度、14度、15度、16度、17度和18度中的任何值。

每个挡板的面向外的纵向壁、每个挡板的面向内的纵向壁、分流器的相对应的侧壁和相对应的侧壁的内表面在与它们所形成的出口端口的相交处可以是平行的。可以从浇铸水口的构造中排除挡板的面向外的纵向壁从挡板的上端向外弯曲至下端的构造。

水口的入口区段、收缩区段、扩张区段和调节区段可以相对于水口的整个长度具有指定的长度。收缩区段的长度的值是浇铸水口的长度的5％(包含)至15％(包含)。扩张区段的长度的值可以是从浇铸水口的长度的20％(包含)至50％(包含)，或者可以是从浇铸水口的长度的40％(包含)至70％(包含)。调节区段的长度的值可以是从浇铸水口的长度的5％(包含)至15％(包含)。

浇铸水口的下端可以包括与水口的浇铸水口孔的中心竖直轴线正交的中心平面表面，两个平面表面各自从该平面表面向上延伸并远离中心平面表面延伸至浇铸水口的相应侧壁。可替代地，这种构造可以被描述为在每个侧壁与浇铸水口的下端的相交处形成两个斜切表面。斜切表面可以包含出口端口，并且因而包含浇铸水口孔的下端。由斜切表面与正交于中心竖直轴线且包含浇铸水口的下端的平面所形成的角度(α) 的值可以在从30度(包含)至60度(包含)或者从40度(包含)至50度(包含) 的范围内。

附图说明：

图1是本实用新型的水口的示意图；

图2是本实用新型的水口的调节区段的竖直截面；

图3是本实用新型的水口的调节区段的竖直截面；

图4是本实用新型的水口的扩张区段的下端的水平截面；

图5是本实用新型的水口的下端的水平截面，示出了出口端口的各段投影；

图6是本实用新型的水口的从一侧到另一侧的竖直截面；

图7是本实用新型的水口的从一面到另一面的水平截面；

图8是本实用新型的水口的透视图；

图9是本实用新型的水口的扩张区段的水平截面；

图10是本实用新型的水口的扩张区段的水平截面；

图11是本实用新型的水口的扩张区段的水平截面；

图12是本实用新型的水口的扩张区段的水平截面；

图13是水口的比较示例的透视图；

图14是本实用新型的水口的透视图；

图15是水口和出口流的比较示例的正视图；以及

图16是本实用新型的水口和出口流的正视图。

具体实施方式

图1示出了浇铸水口10的沿竖直截面的视图。浇铸水口10包括浇铸水口外表面11，该浇铸水口外表面包围具有中心纵向或竖直轴线14的浇铸水口孔12。浇铸水口孔12从浇铸水口的上端20延伸到浇铸水口孔的下端22，其中浇铸水口孔的下端22 可以包含或邻接浇铸水口下端23。浇铸水口孔12将在浇铸水口10的上端20处的入口端口24流体连接至在浇铸水口孔12的下端22处的一个或多个出口端口26。出口端口26可以被包含在一个或多个出口端口面28中，该出口端口面可以与水平面成角度。

浇铸水口孔入口区段30从位于浇铸水口的上端20附近的入口区段上端32向下延伸至入口区段下端34(在此处入口区段30与收缩区段40连通)。浇铸水口孔收缩区段40从收缩区段上端42向下延伸到收缩区段下端44(在此处收缩区段40与扩张区段50连通)。浇铸水口孔扩张区段50从扩张区段上端52向下延伸至扩张区段下端 54(在该处扩张区段与调节区段60连通)。浇铸水口孔调节区段60从调节区段上端 62向下延伸至调节区段下端64，该调节区段下端对应于浇铸水口的下端23。

位于浇铸水口的下端22附近的分流器70将在中心竖直轴线14附近下降的熔融金属流分成两股流；每股流都穿过出口端口26。分流器出口端口通道72纵向或竖直地穿过分流器70从调节区段60到达浇铸水口10的外部，从而允许熔融金属向下流过分流器70。

侧壁76与面壁(未示出)相结合地形成浇铸水口10的外表面。侧壁76具有侧壁内表面78，该侧壁内表面描画了浇铸水口孔12的侧表面。侧壁76在浇铸水口的下端22处向外弯曲。

两个挡板80位于浇铸水口孔中，在浇铸水口孔12的下端22处或附近。每个挡板80位于分流器70与相应的浇铸水口侧壁76之间。每个挡板80将入射的熔融金属流分成靠近侧壁76的侧部部分和靠近中心竖直轴线14的中心部分。各自从浇铸水口 10的内部通向相应的出口端口26的出口端口通道81被定义为在挡板80与相应的侧壁内表面78之间或在挡板80与分流器70之间的容积。位于挡板80与相应的侧壁内表面78之间的出口端口通道81可以是笔直的，可以没有弯曲部分，或者可以与中心竖直轴线14成固定角度。

图2示出了浇铸水口的浇铸水口孔12的调节区段60的沿从一个侧壁76延伸到另一侧壁76的竖直截面的视图。调节区段60的上方由调节区段的上端62界定，各侧由侧壁76界定，并且下方由浇铸水口的下端23界定。浇铸水口的下端23包含中心部分，浇铸水口的中心竖直轴线14穿过该中心部分。两个出口端口面28相对于浇铸水口的中心竖直轴线14对称地设置。每个出口端口面从浇铸水口的下端23延伸到相应的侧壁76。浇铸水口中心部分的下端23被包含在与浇铸水口的中心竖直轴线14 正交的平面中。

分流器70从浇铸水口中心部分的下端23向内延伸到浇铸水口孔12中。分流器出口端口通道72沿着浇铸水口的中心竖直轴线14从浇铸水口孔12到浇铸水口外表面11贯穿分流器70。分流器70的上表面包含凹部，在该凹部中包含分流器出口端口通道72的入口。一对分流器侧壁82中的每一个背离浇铸水口的中心竖直轴线14而朝向浇铸水口的相应侧。在所示的构造中，每个分流器侧壁82包含平面部分。

在所示的构造中，每个挡板80位于浇铸水口孔12中在分流器70与相应的浇铸水口侧壁76之间。每个挡板从出口端口面28延伸到调节区段60的上端。每个挡板具有面向分流器70的挡板内侧壁84以及面向相应的浇铸水口侧壁内表面78的挡板外侧壁86。在所示的构造中，每个挡板侧壁84、86包含平面部分。分流器70的向上范围小于挡板80的向上范围。挡板80向上延伸至调节区段的上端62。当分流器 70从浇铸水口的下端23延伸时，分流器70和挡板80有利地完全位于调节区段60 内。

在所示的构造中，在调节区段60中的浇铸水口侧壁内表面78的平面部分、在浇铸水口的相应侧上的挡板外侧壁86、挡板内侧壁84和分流器侧壁82都是平行的。

分流器出口端口通道72的直径为(d0)。挡板80之间的最小距离表示为(d)。每个挡板80与相应的浇铸水口侧壁78之间的最小距离表示为(d2)。d和d2的关系可以用公式(d)/2<d2<2(d)/2表示。挡板80之间的最小距离(d)、分流器出口端口通道72 的直径(d0)以及在每个挡板80与分流器70之间的最小距离(d1)可以由公式 0.8(d)/2<((d1)+(d0))<2(d)/2表示。

角度88表示相应挡板80的挡板内侧壁84之间的角度。角度88的值可以是从 12度(包含12度)至36度(包含36度)，并且可以是12度、13度、14度、15度、 16度、17度、18度、19度、20度、21度、22度、23度、24度、25度、26度、27 度、28度、29度、30度、31度、32度、33度、34度、35和36度中的任何一个值。

角度89代表在浇铸水口的下端23的平面与相邻出口端口面28的平面之间的角度。角度89的值可以是从30度(包含30度)至60度(包含60度)、从35度到55 度(包含55度)，或者可以是30度、31度、32度、33度、34度、35度、36度、37 度、38度、39度、40度、41度、42度、43度、44度、45度、46度、47度、48度、 49度、50度、51度、52度、53度、54度、55度、56度、57度、58度、59和60 度中的任何一个值。

图3示出了浇铸水口的调节区段60的沿从一个侧壁76延伸到另一侧壁76的竖直截面的视图。调节区段60的上方由调节区段的上端62界定，各侧由侧壁76界定，并且下方由浇铸水口的下端22界定。浇铸水口的下端22包含浇铸水口中心部分的下端23和两个出口端口面28。每个出口端口面从浇铸水口的下端23延伸到相应的侧壁76。

分流器70从浇铸水口的下端23向内延伸到浇铸水口孔12中。分流器出口端口通道72竖直地贯穿分流器70。

挡板80位于浇铸水口孔12中在分流器70与相应的浇铸水口侧壁76之间。分流器70的向上范围小于挡板80的向上范围。挡板80向上延伸至调节区段的上端62。当分流器70从浇铸水口的下端23延伸时，分流器70和挡板80因此有利地完全位于调节区段60内。

出口端口26形成在出口端口面28中在每个挡板80与相应的浇铸水口侧壁内表面78之间以及在每个挡板80与分流器70之间。

出口端口投影90是出口端口26向浇铸水口中央部分的下端23的平面内的投影。

图4是浇铸水口10在图3的截面线IV处的水平截面。在浇铸水口外表面11内，描绘了浇铸水口孔12的截面面积。该浇铸水口孔被一对相对的浇铸水口侧壁76和一对相对的浇铸水口面壁92包围。所示的水平截面是浇铸水口的调节区段的上端上方的一小段距离。

图5是浇铸水口10在图3的截面线V、调节区段的下端64处的水平截面。水平截面包括浇铸水口的下端23、分流器70的下端和分流器出口端口通道72的出口。为了计算目的，将调节区段的下端64的浇铸水口孔12的截面面积作为调节区段的下端64的平面上的出口端口的截面面积以及分流器出口端口通道72的截面面积的投影 90之和。

图6是浇铸水口10的沿从一侧到另一侧的竖直截面的视图。截面线I对应于收缩区段的下端和扩张区段的上端。截面线II和III被包含在扩张区段内。截面线IV 对应于位于扩张区段内并靠近下端的区段。浇铸水口孔12包括，从浇铸水口10的上端20向下延伸，入口区段30、收缩区段40、扩张区段50以及调节区段60。在所示的浇铸水口中，在调节区段60的上端62处的孔宽度与调节区段60的长度的比率的值为1.6，在其他示例中，所述比率的值的范围可以从1.4(包含1.4)或1.5(包含 1.5)至并包含1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4或2.5。角度α(α)是在浇铸水口的出口端口面28与下端23之间的角度。角度β(β)是在浇铸水口的中心竖直轴线14与挡板80上的挡板内侧壁84之间的角度。

图7是浇铸水口10的沿从一个面到另一个面的竖直截面的视图。截面线I对应于收缩区段的下端和扩张区段的上端。截面线II和III被包含在扩张区段内。截面线 IV对应于位于扩张区段内并靠近下端的区段。浇铸水口孔12包括，从浇铸水口10 的上端20向下延伸，入口区段30、收缩区段40、扩张区段50以及调节区段60。在根据本实用新型的浇铸水口中，收缩区段40的长度有利地小于或等于浇铸水口的总长度的15％。

在图6和图7所示的示例中，浇铸水口孔12的入口区段30是圆柱形的。收缩区段40在其下端的孔截面面积小于在其上端的孔截面面积的80％。收缩区段40的长度小于浇铸水口10的总长度的10％。扩张区段50在其下端处的孔截面面积大于在其上端处的孔截面面积的150％。此外，扩张区段50在其下端处的孔截面面积大于入口区段30的孔截面面积的120％。扩张区段50的长度大于浇铸水口10的总长度的40％且小于70％。扩张区段50在其下端处的孔宽度大于在其上端处的孔宽度的200％。

进入浇铸水口孔12的入口区段30的流体是湍流的。流体穿过收缩区段40减少了湍流并产生了有限的压力增加。在扩张区段50中，湍流增加并且每单位体积的速度平均值减小。流体穿过调节区段60减少了湍流并产生了有限的压力增加。

图8是浇铸水口10的透视图。截面线I对应于收缩区段的下端和扩张区段的上端。截面线II和III被包含在扩张区段内。截面线IV对应于位于扩张区段内并靠近下端的区段。

图9是如图6-8所描绘的浇铸水口10的沿截面线I的水平截面。示出了浇铸水口 10的浇铸水口孔12的从一面到另一面的尺寸112和从一侧到另一侧的尺寸114。示出了浇铸水口10的从一面到另一面的外部尺寸116和从一侧到另一侧的尺寸118。对于此水平截面，尺寸118与尺寸116的比率值可以是1.47，从1.2(包含)至1.8(包含)，或者从1.1(包含)至2.0(包含)。

图10是如图6-8所描绘的浇铸水口10的沿截面线II的水平截面。示出了浇铸水口10的浇铸水口孔12的从一面到另一面的尺寸112和从一侧到另一侧的尺寸114。

示出了浇铸水口10的从一面到另一面的外部尺寸116和从一侧到另一侧的尺寸118。对于此截面，尺寸118与尺寸116的比率的值可以是2.10、从1.8(包含)至2.4(包含)、或从1.5(包含)至2.7(包含)。

图11是如图6-8所描绘的浇铸水口10的沿截面线III的水平截面。示出了浇铸水口10的浇铸水口孔12的从一面到另一面的尺寸112和从一侧到另一侧的尺寸114。示出了浇铸水口10的从一面到另一面的外部尺寸116和从一侧到另一侧的尺寸118。对于此截面，尺寸118与尺寸116的比率的值可以是3.05、从2.5(包含)至3.5(包含)、或从2(包含)至4(包含)。

图12是如图6-8所描绘的浇铸水口10的沿截面线IV的水平截面。截面线IV位于包含浇铸水口10的最大外部宽度的平面上。示出了浇铸水口10的浇铸水口孔12 的从一面到另一面的尺寸112和从一侧到另一侧的尺寸114。示出了浇铸水口10的从一面到另一面的外部尺寸116和从一侧到另一侧的尺寸118。对于此截面，尺寸118 与尺寸116的比率的值可以是4.7、从4(包含)至6(包含)、从4(包含)至7(包含)、从3(包含)至6(包含)、从3(包含)至7(包含)以及从3(包含)至8(包含)、从3(包含)至9(包含)、从2(包含)至6(包含)、从2(包含)至7(包含)、或从2(包含)至8(包含)。

图13是浇铸水口比较示例120的透视图，其从上端开始以下降次序具有入口区段130、过渡区段140、扩张区段150以及调节区段160。在比较示例中，挡板80没有向上延伸到扩张区段的下端与调节区段的上端的相交处。在比较示例中，挡板80 没有向下延伸到出口端口面。在比较示例中，当前披露的浇铸水口的收缩区段被过渡区段代替，在该过渡区段中，入口区段中的孔的圆形截面被转变成具有圆角的细长矩形。

图14是浇铸水口10的透视图，其从上端开始以下降次序具有入口区段30、收缩区段40、扩张区段50以及调节区段60。在此构造中，挡板80向上延伸至扩张区段的下端与调节区段的上端的相交处。在这种构造中，挡板80向下延伸至出口端口面。

表I示出了根据从水口的上端到下端的距离的百分比得到的根据图13的水口的比较示例的孔的截面面积和根据图14的水口的发明示例的孔的截面面积。

表I水口孔截面面积

表II示出了在水口比较示例和水口发明示例中的以米/秒为单位的速度U和以百分比表示的湍流强度Tu的体积加权平均值。

表II水口中的熔融金属的速度和湍流强度

在水口比较示例中，当流体穿过体积130、140、150和160时，引起速度和湍流的连续降低。在水口发明示例中，在体积40中导致速度增加，并且在体积60中导致湍流增加。

表III示出了在水口比较示例和本发明水口示例中以立方米为单位的体积ΔV、每单位体积的速度U/ΔV以及每单位体积的湍流能量k/ΔV。

表III水口中的体积、每单位体积的速度、每单位体积的湍流能量

在水口比较示例和水口发明示例中，U/ΔV的值随着穿过体积130/30、140/40、150/50和160/60而增加、减小和再次增加，但在水口发明示例中变化更为明显。

在水口比较示例中，k/ΔV值显示随着穿过体积130、140、150和160而连续降低。在水口发明示例中，k/ΔV的值随着穿过体积30、40、50和60而增加、减少和再次增加。

在比较示例水口内发生从湍流到对齐流(aligned flow)的一次过渡。在本发明示例水口内发生从湍流到对齐流的两次过渡。

图15是浇铸水口比较示例120的前视图，示出了在水口内的体积172，在所述体积中流速减小和压力增大。在水口下方，指示了低流速体积174、中等流速体积176 以及高流速体积178。浇铸水口孔12中的流动由挡板80引导并穿过出口端口26。

图16是浇铸水口10的前视图，示出了在水口内的体积172，在所述体积中流速减小和压力增大。在水口下方，指示了低流速体积174、中等流速体积176以及高流速体积178。浇铸水口孔12中的流动由挡板80引导并穿过出口端口26。

在浇铸水口10中，在分流器上方以及在挡板之间观察到低速度(较高压力)的体积。压力迫使在零件的每侧与相应的挡板之间的流动。

表IV示出了水口比较示例和水口发明示例的速度U(米/秒)和孔截面积(平方米)。

表IV水口中的速度和孔截面面积

可以看到，与一个或多个配合的挡板构造和取向相组合，两个压缩区段和两个扩张区段相对于先前设计而言提供了出口端口截面与其他水口孔截面的比率、水口孔截面的几何形状和值以及水口孔的截面的选定值及值的比率、穿过出口端口的流体中增加的流动稳定性和改进的流动分布。该流型表现出较小的偏转并且不会聚集成单个高强度流。其保留了层状平面结构，并且因此适合于将熔融金属均匀地分布到模具中，在所述模具中截面的一个尺寸明显大于另一个尺寸。

在本说明书中描述并且在附图中展示了各种特征和特性以提供对本实用新型的总体理解。应该理解，可以以任何可操作的方式来组合在本说明书中描述和在附图中展示的各种特征和特性，而不管在本说明书中是否明确地组合地描述或展示这样的特征和特性。发明人和申请人明确地意在将特征和特性的这种组合包括在本说明书的范围内，并且进一步意在要求保护特征和特性的这种组合，而没有给本申请增加内容。因此，可以对权利要求进行修改，以便以任何组合的形式对本说明书中明确或固有地描述的或以其他方式由本说明书明确或固有地支持的任何特征和特性进行陈述。此外，本申请人保留将权利要求修改为肯定地放弃可能存在于现有技术中的特征和特性的权利，即使在本说明书中未明确描述那些特征和特性。因此，任何此类修改都不会在说明书或权利要求书中添加新内容，并且都将符合书面描述、描述的充分性和新增内容要求。本实用新型可以包括、由或基本上由本说明书中描述的各种特征和特性组成。

另外，在本说明书中陈述的任何数值范围都包括陈述的端点，并描述了包含在陈述的范围内的具有相同数值精度(即，具有相同数量的指定数位)的所有子范围。例如，所陈述的范围“1.0至10.0”描述了在(并且包含)陈述的最小值1.0和陈述的最大值10.0之间的所有子范围，例如“2.4至7.6”，即使在说明书的文本中没有明确陈述“2.4至7.6”的范围。因此，申请人保留对本说明书(包括权利要求)进行修改的权利，以明确陈述包含在本说明书中明确叙述的范围内的相同数值精度的任何子范围。所有这些范围在本说明书中都有内在描述，以便进行修改以明确叙述任何此类子范围都将符合书面描述、描述的充分性和新增内容要求。

元件列表

10. 浇铸水口

11. 浇铸水口外表面

12. 浇铸水口孔

14. 浇铸水口的中心竖直轴线

20. 浇铸水口孔的上端

22. 浇铸水口孔的下端

23. 浇铸水口的下端

24. 入口端口

26. 出口端口

28. 出口端口面

30. 入口区段

32. 入口区段的上端

34. 入口区段的下端

40. 收缩区段

42. 收缩区段的上端

44. 收缩区段的下端

50. 扩张区段

52. 扩张区段的上端

54. 扩张区段的下端

60. 调节区段

62. 调节区段的上端

64. 调节区段的下端

70. 分流器

72. 分流器出口端口通道

76. 浇铸水口侧壁

78. 浇铸水口侧壁内表面

80. 挡板

81. 出口端口通道

82. 分流器侧壁

84. 挡板内侧壁

86. 挡板外侧壁

88. 挡板内侧壁84之间的角度

89. 浇铸水口下端与出口端口面之间的角度

90. 出口端口投影

92. 浇铸水口面壁

112. 从一面到另一面的孔尺寸

114. 从一侧到另一侧的孔尺寸

116. 从一面到另一面的水口外部尺寸

118. 从一侧到另一侧的水口外部尺寸

120. 浇铸水口比较示例

130. 比较示例的入口区段

140. 比较示例的过渡区段

150. 比较示例的扩张区段

160. 比较示例的调节区段

172. 降低流速体积

174. 低流速体积

176. 中等流速体积

178. 高流速体积

Claims (14)

1.一种用于使液体流过的浇铸水口(10)，包括：

·下端(23)；

·外表面(11)；

·浇铸水口孔，所述浇铸水口孔具有中心竖直轴线(14)、上端(20)和下端(22)、设置在所述上端(20)处的至少一个入口端口(24)、以及设置在所述下端(23)处的至少一个出口端口(26)；

其中，所述浇铸水口孔包括：

a)设置在所述浇铸水口孔的所述上端处的入口区段(30)，所述入口区段(30)具有上端(32)、下端(34)、长度、以及均匀的截面面积；

b)收缩区段(40)，所述收缩区段(40)设置在所述入口区段(30)的下方并与所述入口区段直接连通；所述收缩区段(40)具有上端(42)、下端(44)、长度、与所述入口区段(30)的截面面积相等的所述上端(42)处的截面面积、以及从所述收缩区段(40)的所述上端(42)到所述下端(44)减小的截面面积；

c)扩张区段(50)，所述扩张区段(50)设置在所述收缩区段(40)的下方并与所述收缩区段直接连通；所述扩张区段(50)具有上端(52)、下端(54)、长度、与所述收缩区段(40)的所述下端(44)的截面面积相等且小于所述入口区段(30)的所述截面面积的所述上端(52)处的截面面积、从所述上端(52)到所述下端(54)增加的截面面积、以及大于所述入口区段(30)的所述截面面积的所述下端(54)处的截面面积；

d)调节区段(60)，所述调节区段(60)设置在所述扩张区段(50)的下方并与所述扩张区段直接连通；所述调节区段(60)具有上端(62)、下端(64)、长度、与所述扩张区段(50)的所述下端(54)处的所述截面面积相等且大于所述入口区段(30)的所述截面面积的所述上端(62)处的截面面积、从所述上端(62)到所述下端(64)减小的截面面积、以及在从所述入口区段(30)的所述截面面积的80％且包含80％至120％且包含120％的范围内的所述下端(64)处的截面面积，特征在于所述浇铸水口孔的在所述浇铸水口(10)的所述下端(23)处的所述截面面积为以下项之和：(a)每个出口端口(26)的在与所述中心竖直轴线(14)正交且包含所述浇铸水口(10)的所述下端(23)的平面上的截面面积、以及(b)每个出口端口(26)的在与所述中心竖直轴线(14)正交的平面上的没有延伸到与所述中心竖直轴线(14)正交且包含所述浇铸水口(10)的所述下端(23)的平面的投影截面面积；

其中，所述浇铸水口孔的所述扩张区段(50)和所述调节区段(60)包括具有内表面和外表面的一对相对的面壁(92)、以及具有内表面和外表面的一对相对的侧壁(76)；

并且其中，所述浇铸水口还包括：

·分流器(70)，所述分流器设置在所述浇铸水口孔内、位于所述浇铸水口(10)的所述下端(23)处、在所述浇铸水口孔的所述中心竖直轴线(14)上、在所述一对相对的面壁(92)之间；以及

·一对挡板(80)，所述一对挡板位于所述浇铸水口孔内，每个挡板(80)定位在所述分流器(70)与相应的侧壁(76)之间，每个挡板(80)的下端形成所述浇铸水口(10)的所述外表面(11)的部分，每个挡板(80)从至少一个面壁(92)向内延伸，所述一对挡板(80)相对于所述浇铸水口孔的所述中心竖直轴线(14)对称地定位；

其中所述分流器(70)包括一对侧壁(82)，每个侧壁(82)面对相应的调节区段(60)侧壁，所述一对侧壁相对于所述浇铸水口孔的所述中心竖直轴线(14)对称地定位；

其中每个挡板(80)包括面向外的纵向壁以及面向内的纵向壁；

其中每个挡板(80)的所述面向外的纵向壁与相应的浇铸水口侧壁内表面(78)和相对的水口面壁(92)的内表面相结合地限定了侧部出口端口(26)；

其中每个挡板(80)的所述面向内的纵向壁与所述分流器(70)的相应侧壁和相对的水口面壁(92)的内表面相结合地限定了中心出口端口(26)；

其中分流器(70)的向上的面积范围小于挡板(80)的向上的面积范围；

其中所述挡板(80)向上延伸至调节区段(60)的所述上端；

其中所述分流器(70)包括分流器出口端口通道(72)，所述分流器出口端口通道(72)从所述调节区段(60)延伸到所述浇铸水口(10)的所述外表面(11)，所述分流器出口端口通道(72)具有直径d0；

其中在所述挡板(80)之间的最小距离d和在每个挡板(80)与相应的侧壁内表面(78)之间的最小距离d2之间的关系由以下公式表示

d/2<d2<2d/2；以及

其中在所述挡板之间的最小距离d、分流器出口端口通道(72)的直径d0和在每个挡板(80)与所述分流器之间的最小距离d1之间的关系由以下公式表示

0.8d/2<(d1+d0)<2d/2。

2.如权利要求1所述的浇铸水口(10)，特征在于所述收缩区段(40)的最小截面面积的值在从入口区段(30)的所述截面面积的60％且包含60％至90％且包含90％的范围内。

3.如权利要求1-2中的任一项所述的浇铸水口(10)，特征在于所述扩张区段(50)的最大截面面积的值在从所述入口区段(30)的所述截面面积的150％且包含150％至200％且包含200％的范围内。

4.如权利要求1所述的浇铸水口(10)，特征在于所述相对的侧壁(76)之间的距离大于所述相对的面壁(92)之间的距离，特征在于相对的面壁(92)外表面之间的距离限定了所述浇铸水口(10)的深度，特征在于相对的侧壁(76)外表面之间的距离限定了所述浇铸水口(10)的宽度；并且特征在于所述相对的侧壁(76)之间的距离从所述扩张区段(50)的所述上端(52)到所述下端(54)增加。

5.如权利要求4所述的浇铸水口(10)，特征在于所述相对的侧壁(76)之间的距离从所述扩张区段(50)的所述上端(52)到所述下端(54)增加到至少两倍。

6.如权利要求4所述的浇铸水口(10)，特征在于每个侧壁(76)与所述浇铸水口(10)的所述下端(23)的相交处被斜切以形成斜切表面。

7.如权利要求6所述的浇铸水口(10)，其中所述斜切表面与正交于所述中心竖直轴线(14)且包含所述浇铸水口(10)的所述下端(23)的部分的平面形成角度α(89)，特征在于α的值在从30度且包含30度至60度且包含60度的范围内。

8.如权利要求1所述的浇铸水口(10)，特征在于所述分流器(70)包括凹入的上表面。

9.如权利要求1所述的浇铸水口(10)，特征在于所述收缩区段(40)的所述长度的值的范围是从所述浇铸水口(10)的长度的5％且包含5％至15％且包含15％。

10.如权利要求1所述的浇铸水口，特征在于所述扩张区段(50)的所述长度的值的范围是从所述浇铸水口(10)的长度的40％且包含40％至70％且包含70％。

11.如权利要求1所述的浇铸水口(10)，特征在于所述调节区段(60)的所述长度的值的范围是从所述浇铸水口(10)的长度的5％且包含5％至15％且包含15％。

12.如权利要求7所述的浇铸水口(10)，特征在于在与每个挡板(80)的所述面向外的纵向壁正交的竖直平面中，由每个挡板(80)的所述面向内的纵向壁和所述浇铸水口的所述浇铸水口孔的所述中心竖直轴线(14)所形成的夹角的角度β的值是从6度且包含6度至18度且包含18度。

13.如权利要求1所述的浇铸水口(10)，特征在于每个挡板(80)的所述面向外的纵向壁、每个挡板(80)的所述面向内的纵向壁、所述分流器(70)的相对应的侧壁(82)和相对应的侧壁(76)的内表面(78)是平行的，并且特征在于每个挡板(80)的所述面向外的纵向壁从所述挡板(80)的所述上端到所述挡板(80)的所述下端没有向外弯曲。

14.如权利要求4所述的浇铸水口(10)，其中所述浇铸水口孔的在所述调节区段(60)的所述上端(62)处的宽度与所述调节区段(60)的所述长度的比率的值是从1.4且包含1.4至2.5且包含2.5。

Images