CN2362624Y - 薄板坯连铸用浸入式水口 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适于高拉速(4～8m/min)薄板坯连铸用水口。本水口根据耗散理论进行设计,它的外形、主通道及出口形状都为扁椭圆形。出口位于水口两侧,至少有两对(四个)。通过将钢流分散为上倾流股和下倾流股,减弱流股动能及冲击力,并使其在结晶器内碰撞以相互耗散掉动量,从而在减少结晶器液面紊流的同时,降低了钢流对凝固坯壳的冲击,有利于稳定、高效地生产优质薄板坯。

Description

薄板坯连铸用浸入式水口

本装置属于冶金连铸设备。在高拉速条件下，适用于薄板坯连铸结晶器的浸入式水口。

浸入式水口的功能除了具有引导和保护钢流外，更主要的是控制和改善钢流在结晶器内的流动状态，降低钢流对已凝固坯壳的冲击，分散注流带入的热流，促使在结晶器内形成的坯壳均匀生长并促进夹杂物在结晶器内上浮。薄板坯连铸由于铸坯厚度薄，拉速远远高于常规铸机，对水口的结构、形状提出了一些新的要求，即要能使结晶器得到足够的钢水注入量，又要使结晶器内的钢水分布合理，不引起激烈的波动和冲击，避免影响保护渣熔化及初生坯壳的均匀形成。

目前，薄板坯连铸技术在全世界范围内得到了突飞猛进的发展，我国也将在近期内建成三条薄板坯连铸连轧生产线。现有技术中，针对薄板坯结晶器而设计的浸入式水口，主要为薄壁式双侧孔水口，即钢流出口孔只有两个，位于水口侧边。如：CONROLL工艺使用的水口、ISP工艺使用的水口、CSP工艺使用的水口、冶金部钢铁研究总院开发的薄板坯连铸浸入式水口(中国专利CN87104752A、CN91227348.8、CN92223447.7)等。这些水口由于钢流出口孔只有一对，钢液流出孔后，直接冲击钢液和凝固坯壳，影响铸坯质量。所以若减小钢流对已凝固坯壳的冲击，则液面波动将趋于剧烈；若控制液面波动平稳，则对已凝固坯壳冲击将增强。另外，现有技术的薄板坯连铸用浸入式水口，由于钢流比较集中，所以动能较大，对液面(已凝固坯壳)的冲击力也较大，不利于安全、稳定、优质地生产薄板坯，更不适应薄板坯连铸进一步提高拉速的需要。

本实用新型的目的在于提供一种薄板坯连铸结晶器用浸入式水口，通过在水口同侧面开设两个(或两个以上)的出口孔，分散钢流以减弱其冲击力；同时，对应的上侧孔倾角向下，下侧孔倾角略向上，以克服浇注的钢液直接冲击结晶器液面和已凝固坯壳的缺点，从而实现安全、稳定、高拉坯速度的连铸工艺需求，达到优质、高效生产薄板坯。

本实用新型技术方案见附图1。所述的浸入式水口，通过连接件与滑动水口连接后，便可插入薄板坯连铸结晶器内进行浇铸。本实用新型(附图1)结构包括：水口注流进口(1)；水口壁(2)；主通道(3)；注流出口的上侧孔(4)；注流出口的下侧孔(5)；底部整体导流板(6)；上侧孔倾角β(0°～45°)，高度l₁；下侧孔倾角α(-15°～45°)，高度l₂；上下侧孔间距H。本实用新型所述的浸入式水口，沿中心线左右对称，前后对称；由于薄板坯连铸铸坯薄(一般50～70mm)，结晶器开口度小，为便于插入结晶器，本实用新型所述的浸入式水口外形、主通道(附图2)、出口形状(附图3)都为椭圆孔型；为分散流股及使流股所具有的动能耗散掉，本实用新型浸入式水口出口孔位于水口的两侧，出口孔包括上侧孔(4)和下侧孔(5)，至少有两对(四个)；为方便地控制钢流的倾角，更好地实现流股能量耗散，在椭圆通道的底部为整体延伸导流板(6)。

本实用新型设计原则为耗散理论，通过控制上倾流股与下倾流股在流场内碰撞，使流股的冲击能量向各方向耗散掉，改变了以往流股直接对液面或已凝固坯壳的冲击。同时，通过分散流股，增大流股的比表面积，增大流股与周围钢液的能量交换，减少了流股的动量，使流股对液面(已凝固坯壳)的冲击力减小。所以，水口出口孔数至少为两对(四孔)，并且出口孔倾角分别为向上和向下。出口孔上倾角α的范围控制在-15°-45°，出口孔下倾角β的范围控制在0°-45°，这样即可控制流股的碰撞点位于结晶器流场内。

本实用新型出口面积与主通道面积比值k控制在0.8～1.2之间，并且随拉速的增加而增加。这是因为拉速越大，主通道和出口孔的钢流通量都增大，为相应降低钢流出口速度，必须相应增大出口孔面积。另外，上侧孔(4)面积和下侧孔(5)面积比值s控制在0.8～1.2之间，并且随浸入深度的增加而增加。这是因为随浸入深度的增加，钢流对已凝固坯壳的冲击深度相对增大，为相应减少冲击力，必须使上部钢流相应增多，即相应增大上侧孔(附图中2)面积。

本实用新型的外形、主通道、出口孔形状都为由两个半圆和一个矩形构成的扁椭圆形。主通道的厚度(半圆直径)D由所浇铸的铸坯厚度决定，在平行板结晶器内，D值范围为15mm～25mm；在漏斗型结晶器内，D值范围为25mm～40mm。主通道宽度(矩形的长)B由结晶器的宽度决定，B值范围为150mm～250mm。出口孔的宽度(半圆直径)d与主通道的D值相同。本实用新型上侧孔高度l₁和下侧孔高度l₂＝20～80mm，同侧的出口间距H≥20mm，同时H＜(浸入深度-l₁-l₂)。l₁与l₂的计算公式如下： $l_1=\frac{\mathrm{ks}\frac{\mathrm{BD}+\mathrm{\π}{D}^2/4}{2(1+s)}-\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}}{D}$ $l_2=\frac{k\frac{\mathrm{BD}+\mathrm{\π}{D}^2/4}{2(1+s)}-\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}}{D}$

本实用新型的底部采用导流装置(附图中4)，其结构为由底部中心到出口处，作为一个整体平滑的按出口上倾角α角过渡，其底部为以主通道厚度D为直径的半圆凹槽。采用这种整体延伸导流板结构的目的是减少钢流在水口内的紊流，同时也有利于控制钢流的倾角，更好地实现流股能量耗散。

由于水口浸入在结晶器中，受钢水冲刷浸蚀，极易损坏，故采用熔融石英或铝碳质材料制成。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1)由于钢液由水口内流出后，不在直接对流场进行冲击，而是在一设

  定点交汇、碰撞，由于一部分流股向上倾，另一部分流股下倾，在

  交汇点其能量相互耗散掉，使钢流对结晶器液面(已凝固坯壳)的

  冲击明显减弱，流场液面趋于平静，冲击深度减小。

2)由于改变了以往双侧孔水口中每侧只有一个开孔的结构，使结晶器

  内高温区上移，即提供了足够的热量熔化保护渣，又有利于结晶器

  下部钢液的均匀凝固。

3)由于钢液出口孔数增多，相应的流股数增多，流股与结晶器内钢液

  之间的比接触面积增大，同时每股钢流的动能相应减少，这样相应

  增大了出口钢流与结晶器内钢液的动能交换，分散了钢液流股的动

  能，使结晶器壁受到的冲击力减弱，结晶器寿命得以增强。

4)适应性强，可以适应不同形状的结晶器(如漏斗型结晶器、平行板

  结晶器等)；适用的产品规格(如铸坯厚度、铸坯宽度等)广；工

  艺参数(如浸入深度、拉速等)适用范围也很广。

5)主通道、出口孔均采用扁椭圆型，避免了由于水口形状带来的紊流。

6)制造简单，且便于包装、运输。

以上优点可以通过以下对比得以证明。通过使用本实用新型(主通道B＝190mm，D＝32mm；出口孔d＝32mm，l₁＝l₂＝29mm，α＝25，β＝15，浸入深度280mm，拉速6.0m/min)，与同参数的常用双侧孔水口相对比，结果如下：

表1.两种水口液面对比

水口	平均波高(cm)	冲击深度(cm)
			常用水口	0.32	42
耗散型水口	0.27	36

图1.两种水口时均液面图

由以上结果可以看出，耗散型水口液面波动减小，冲击深度减小，另外时均液面也是平滑的由峰值降低，避免了导致卷渣的驻波形成。试验结果表明：本实用新型减小了钢液注流对于结晶器内液面和已凝固坯壳的冲击，有利于铸坯均匀凝固，保证凝壳的强度和质量；有利于保证提供足够的热量熔化保护渣，形成良好的保护渣面，防止二次氧化，减少钢中气体和夹杂物，从而提高铸坯质量；由于本实用新型减小了注流冲击，因此有利于提高拉坯速度(4.0m/min～8.0m/min)。这些优势，都是现有的浸入式水口所达不到的技术特点。本实用新型即可保证高生产率，又可以保证铸坯质量。

本实用新型附图说明。附图1为浸入式水口结构图的前视图的纵剖面图；附图2为浸入式水口的前视图的横剖面图(同时是附图1的A向示图)；附图3为浸入式水口出口孔的外形端面图(为附图1的B向示图)。

本实用新型的最佳实施方案，薄板坯厚度50～70mm，宽度1000～1600mm，拉坯速度6～8m/min，水口的出口位于两侧面，每侧设两个出口，分为上、下两个出口，两侧共4个出口，主通道宽度B＝150～250mm，D＝15～40mm，出口孔d＝15～40mm，l₁＝l₂＝30～45mm，水口出口上倾角α＝20～30°，下倾角β＝10～20°，浸入深度250～300mm。

本实用新型在漏斗型结晶器内，拉坯速度6m/min，其出口位于两侧面，每侧设两个出口，分为上、下两个出口，两侧共4个出口，水口主要几何尺寸为：主通道厚度D＝32mm，宽度B＝190mm，出口孔d＝32mm，l₁＝l₂＝29mm，α＝25°，β＝15°，浸入深度280mm。

据分析：21世纪世界冶金装备发展趋势包括以下几点：(1)大力发展连铸。美国、日本及欧洲等国家在80年代集中新建连铸设备，报废老化的炼钢、模铸以及初轧设备，提高连铸比。如美国在10年期间连铸比从21.6％上升到75.1％，成材率从75％上升到89％。这些国家在发展连铸过程中已取得的明显经济效益，预测下世纪世界各主要产钢国将更注重发展连铸技术装备。其中，结构更为合理的水口是发展的重要目标。(2)大力发展竞争力强的冶金装备。其中，作为短流程代表的薄板坯连铸连扎技术，由于具有工艺流程短、设备规模紧凑、节能降耗、自动化程度高等优点，将更加是竞争的焦点。

我国冶金装备市场与世界同步接轨，但同时又具有以下侧重点：(1)以连铸发展为中心，推动炼钢及轧钢装备结构优化。(2)发展高成材率的冶金装备。(3)重大技术装备国产化研制。特别是薄板坯连铸连轧，更加已经列入国家重大技术装备科研攻关项目。1996年5月邯钢、包钢、珠钢等三家钢厂签约引进CSP生产线，1999年珠钢的薄板坯生产线将投产。

所以，在当前这种背景下，本实用新型所述的耗散型水口的研制和开发，必将引起国内外冶金企业，特别是薄板坯连铸连轧企业的强烈关注。

Claims (4)

1.一种用于薄板坯连铸结晶器内的浸入式水口，包括进口主通道壁，底部导流板，水口侧出孔，其特征在于：

A、水口壁(2)和主通道(3)的形状为椭圆形，底部为整体

   延伸导流板(6)，注流进口(1)和出口(4)、(5)的形状

   为椭圆形。主通道厚度D为15～40mm，主通道宽度B为150～

   250mm。

B、水口的出口孔位于水口的两侧，每侧设置两个或两个以上

   出口孔，分为下侧孔α角(5)和上侧孔β角(4)，β角为0°～

   45°，α角为-15°～45°。

2.根据权利要求1所述的浸入式水口，其特征在于与主通道的椭圆形的长轴平行的水口壁为矩形平板，短轴对应的椭圆面为以短轴为直径的半圆形面。

3.根据权利要求1所述的浸入式水口，其特征在于出口由两个平行矩形板和平行的两个半圆弧形面构成，出口面积与主通道面积比值k为0.8～1.2，出口的上侧孔面积与下侧孔面积的比值s为0.8～1.2，上侧孔开孔高度l₁和下侧孔开孔高度l₂的取值范围为20mm～80mm，应分别按公式 $l_1=\frac{\mathrm{ks}\frac{\mathrm{BD}+\mathrm{\π}{D}^2/4}{2(1+s)}-\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}}{D}$ $l_2=\frac{k\frac{\mathrm{BD}+\mathrm{\π}{D}^2/4}{2(1+s)}-\frac{\mathrm{\π}{D}^2}{4}}{D}$ 来确定。同侧面的出口孔间距H≥20mm，同时H＜(浸入深度-l₁-l₂)

4.根据权利要求1所述的浸入式水口，其特征在于对于薄板坯厚度50～80mm，宽度1000～1600mm，拉坯速度6～8m/min，水口的出口位于两侧面，每侧设两个出口，分为上、下两个出口，两侧共4个出口，主通道宽度B＝150～250mm，D＝15～40mm，出口孔d＝15～40mm，l₁＝l₂＝30～45mm，水口出口上倾角α＝20～30°，下倾角β＝10～20°，浸入深度250～300mm。

Images