TW201934220A

TW201934220A - 用於連續鑄造之浸入式入口噴嘴

Info

Publication number: TW201934220A
Application number: TW108102899A
Authority: TW
Inventors: 肯摩瑞里斯西葛
Original assignee: 美商Ａｋ鋼鐵資產公司
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2019-09-01
Also published as: WO2019147776A1; CN111655399A; EP3743231B1; MX2020007903A; US20190232364A1; CA3087736A1; EP3743231A1; KR102381259B1; US11052459B2; CN111655399B; KR20200096984A; JP2021511215A

Abstract

本發明揭示一種用於一連續鑄造程序之浸入式入口噴嘴，其包含一對三角形埠，該對三角形埠自該等埠之一頂部部分至一底部部分變窄。此等三角形埠可藉由增加離開該噴嘴且至模具中之液態鋼之速度而改良該等埠之排放時之流體流動。

Description

用於連續鑄造之浸入式入口噴嘴

可在煉鋼中使用連續鑄造以產生半成品鋼形狀，諸如鑄錠、扁鋼胚、中胚、鋼胚等。在一典型連續鑄造程序(10)中，如圖1中展示，可將液態鋼(2)轉移至一盛鋼桶(12)，其中該液態剛(2)可自盛鋼桶(12)流動至一固持浴槽或餵槽(14)。液態鋼(2)可接著經由一噴嘴(20)流動至一模具(18)中。在一些版本中，選擇性地打開且關閉一滑動閘總成(16)以選擇性地開始且停止液態鋼(2)至模具(18)中之流動。

在圖2及圖3中更詳細展示一典型連續鑄造噴嘴(20)或浸入式入口噴嘴(SEN)。例如，噴嘴(20)可包括一內孔(26)，該內孔(26)沿著一中心縱向軸線(A)延伸通過噴嘴(20)至噴嘴(20)之一底部部分(B)處之一封閉端(28)。如圖2中最佳所見，內孔(26)在底部部分(B)處由噴嘴(20)之實質上筆直壁界定，該等筆直壁實質上平行於縱向軸線(A)以形成一實質上圓柱形輪廓。一對埠(24)可接著最接近噴嘴(20)之封閉端(28)上方穿過噴嘴(20)之相對側表面定位。因此，液態鋼(2)可流動通過噴嘴(20)之內孔(26)，離開埠(24)且至模具(18)中。

在一些例項中，液態鋼通過噴嘴至模具之輸送量諸如在穩態條件下或在盛鋼桶更換期間可係低的。此可歸因於噴嘴區域附近之熱鋼之饋送不足而導致黏附及/或橋接(bridging)問題，其等亦可引起模具粉末熔化不足。此可引起鑄鋼中之缺陷及/或鑄造程序之停工。因此，可期望改良一連續鑄造程序中通過SEN之流體流動以減少此等黏附及/或橋接問題。

提供一種用於一連續鑄造程序中之浸入式入口噴嘴，其包括一對三角形埠。此等三角形埠可藉由增加離開噴嘴且至模具中之液態鋼之速度而改良埠之排放時之流體流動。此可減少在穩態或低輸送量條件下之噴嘴與模具之間之黏附及/或橋接問題。因此，此一連續鑄造噴嘴可改良模製鋼之品質及連續鑄造程序之效率，同時降低成本。

優先權

本申請案主張2018年1月26日申請之標題為「Submerged Entry Nozzle with Conic Shape Ports for Fluid Flow Improvement in Continuous Casting Molds」之美國臨時申請案第62/622,363號之優先權，該案之揭示內容以引用的方式併入本文中。

本發明之以下描述及實施例不應用於限制本發明之範疇。熟習此項技術者將自以下描述變得明白本發明之其他實例、特徵、態樣、實施例及優點。如將意識到，本發明可預期除了本文中具體論述之該等例示性實施例以外之替代實施例而不脫離本發明之範疇。因此，應將圖式及描述視為在本質上為闡釋性且非限制性的。

在一些例項中，在一連續鑄造程序中通過一SEN之流體之輸送量諸如在穩態條件或盛鋼桶更換期間可係低的。此等條件可導致噴嘴與模具之間之液態鋼之黏附及/或橋接，此可引起噴嘴區域附近之熱鋼之饋送不足。當SEN定位於一淺浸入深度時，此等效應可能惡化。藉此可期望改良在一連續鑄造程序中離開SEN之流體流動。因此，提供包括自一頂部部分至一底部部分漸縮之三角形埠之一噴嘴以增加在SEN之排放區域處之流體流動速度。此可減少黏附及/或橋接問題且藉此改良模製鋼之品質及連續鑄造程序之效率，同時降低成本。

參考圖4至圖9，展示用於與圖1中描繪之連續鑄造程序(10)一起使用之一浸入式入口噴嘴(120)。噴嘴(120)包括一外表面(121)及藉由一內表面(130)縱向地通過噴嘴(120)形成之一內孔(126)。如在圖4至圖5B中最佳所見，噴嘴(120)之外表面(121)包括一頂表面(122)、一底表面(128)、一前表面(123)、一後表面(125)及一對相對側表面(127)。在所繪示實施例中，前表面(123)及後表面(125)實質上平坦且相對側表面(127)係弧形以形成一大體上長圓形橫截面輪廓，但可使用其他適合形狀，諸如卵形、圓形、矩形、正方形、橢圓形等。內孔(126)接著自敞開頂表面(122)延伸至在封閉底表面(128)附近之噴嘴(120)之一底部部分。

在圖6至圖9中更詳細展示內表面(130)，其中出於闡釋性目的省略外表面(121)。在所繪示實施例中，內表面(130)包括一漏斗部分(131)、一圓柱形部分(132)、一錐形部分(134)及一矩形部分(136)以在內表面(132)內界定內孔(126)。漏斗部分(131)鄰近噴嘴(120)之頂表面(122)定位且包括向內漸縮至圓柱形部分(132)之一大體上圓形形狀。如圖5A中最佳所見，圓柱形部分(132)包括一大體上圓形橫截面輪廓形狀，且在噴嘴(120)內延伸至錐形部分(134)。錐形部分(134)接著自一大體上圓形橫截面輪廓形狀至一大體上矩形橫截面輪廓形狀過渡內孔(126)。如圖5B中最佳所見，此大體上矩形橫截面輪廓形狀繼續延伸通過矩形部分(136)至噴嘴(120)之底部部分。

噴嘴(120)之內孔(126)接著在矩形部分(136)之底部處分叉以形成自內孔(126)延伸至噴嘴(120)之各側表面(127)之一對埠(124)。參考圖7，各埠(124)以介於約0°與約15°之間之一角度(α)(諸如約5°之一角度(α)，但可使用任何其他適合角度)在噴嘴(120)內向外且向下延伸。如圖8至圖9中最佳所見，各埠(124)之形狀包括自一較寬頂部部分至一較窄底部部分漸縮之一倒三角形輪廓。例如，各埠(124)包括一頂表面(144)、一底表面(142)及在頂表面(144)與底表面(142)之間延伸之一對側表面(141)。在所繪示實施例中，頂表面(144)比底表面(142)更寬，使得各側表面(141)在頂表面(144)與底表面(142)之間向內且向下延伸。頂表面(144)、底表面(142)及側表面(141)之各者可實質上平坦，其中一第一對圓形邊角(143)定位於頂表面(144)與側表面(141)之間且一第二對圓形邊角(145)定位於側表面(141)與底表面(142)之間。鑑於本文中之教示，一般技術者將明白埠(124)之又其他適合形狀。

例如，圖10至圖13展示包括三角形埠之SEN之其他闡釋性構形。圖10展示類似於上文描述之噴嘴(120)之一噴嘴(220)，惟噴嘴(220)包括介於內表面(230)之矩形部分(236)與各埠(224)之頂表面(244)之間之一圓角(239)或圓形邊角除外。圓角(239)可具有介於約5 mm與約20 mm之間之一半徑，但可使用其他適合尺寸。

圖11展示類似於上文描述之噴嘴(120)之一噴嘴(320)之另一實施例，惟噴嘴(320)包括一對相對埠(324)除外，該對相對埠(324)自內孔(326)向外延伸，使得埠(324)之底表面(342)與內孔(326)之一縱向軸線形成一實質上直角(β)。因此，各埠(324)之頂表面(344)可自內孔(326)向下且向外傾斜而埠(324)之底表面(342)實質上水平，使得埠(324)自內孔(326)至埠(324)之開口變窄。

圖12至圖13展示類似於上文描述之噴嘴(320)之一噴嘴(420)之另一實施例，惟噴嘴(420)包括在各埠(424)之底表面(442)處之一通道(447)除外。例如，各埠(424)可包括一弧形頂表面(444)及向下且向內延伸至底表面(442)之錐形側表面(441)。底表面(442)包括向下且向內延伸至一圓形通道(447)(其自底表面(442)向下延伸)之一對錐形底表面(445)。通道(447)可藉此在埠(424)之各開口之間延伸。可使用埠(124、224、324、424)之又其他適合構形。

包括三角形埠之一SEN可藉此併入至一連續鑄造程序(10)中。例如，噴嘴(120、220、320、420)可定位於一模具(18)內，使得噴嘴(120、220、320、420)之埠(124、224、324、424)浸入模具(18)內。液態鋼(2)可接著流動通過噴嘴(120、220、320、420)之內孔(126、226、326、426)，離開埠(124、224、324、424)且至模具(18)中。

如圖14A至圖18B中展示，在包括一三角形輪廓之埠(124)之開口處排放之液態鋼之速度高於在包括筆直埠(24)之一先前技術噴嘴(20)之埠(24)之開口處排放之液態鋼之速度。例如，使用先前技術噴嘴(20)執行之模擬展示離開埠(24)之液態鋼之上部滾動可能未適當地發生，從而導致彎月面(meniscus)處之低速度。液態鋼亦可在SEN (20)區域附近未經適當地饋送，此亦可阻止鋼之適當潤滑。相較於先前技術噴嘴(20)，使用三角形埠(124)執行之模擬展示具有一增加之速度之埠(124)之排放時之一改良的流體流動。此一增加之速度可有助於完成在淺及深浸入深度離開埠(124)之液態鋼之上部循環。此亦可減少噴嘴(124)與模具(18)之間之固化鋼之黏附及/或橋接之問題以及未預期的迴轉。此外，改良之流體流動可確保盛鋼桶更換期間之一浸入式盛鋼桶管套(shroud)操作及鑄造長序列時模具中之適當流體流動，添加更多靈活性以降低盛鋼桶更換時之鑄造速度且提供一更均勻侵蝕。鑑於本文中之教示，一般技術者將明白包括三角形埠(124、224、324、424)之噴嘴(120、220、320、420)之又其他適合構形及方法。

實例

以下實例係關於可組合或應用本文中之教示之各種非窮舉方式。應理解，以下實例不旨在限制可在任何時間在本申請案中或在本申請案之後續申請中呈現之任何發明申請專利範圍之涵蓋範圍。沒有免責聲明。僅出於闡釋性目的提供以下實例。預期可以許多其他方式配置且應用本文中之各種教示。亦預期一些變動可省略下文之實例中提及之某些特徵。因此，下文所提及之態樣或特徵不應被視為係關鍵的，除非發明者或發明者感興趣之一後繼者在將來另外明確如此指示。若在本申請案或在與本申請案相關之後續申請中呈現包含超出下文提及之特徵之額外特徵之任何發明申請專利範圍，則不應假定為了與可專利性相關之任何原因已添加該等額外特徵。

實例

實例1

一種用於連續鑄造之浸入式入口噴嘴，其包括一外表面及界定自該噴嘴之一頂表面延伸至該噴嘴之一底部部分之一內孔之一內表面，其中該噴嘴包括自該內孔之一底部部分延伸至該外表面之一對埠，其中該對埠之各埠包括在該外表面處之自各埠之一頂部部分至各埠之一底部部分變窄之一三角形開口。

實例2

如實例1之噴嘴，其中該外表面包括一實質上平坦前表面及後表面以及介於該前表面與該後表面之間以形成一大體上長圓形橫截面輪廓之一對弧形側表面。

實例3

如實例1或2之噴嘴，其中該內孔包括自該噴嘴之該頂表面向下延伸之一實質上圓柱形部分。

實例4

如實例3之噴嘴，其中該內孔包括與該實質上圓柱形部分耦合之一錐形部分，其中該錐形部分自一實質上圓柱形形狀過渡至一實質上矩形形狀。

實例5

如實例1至4之任一者之噴嘴，其中該內孔包括一實質上矩形部分，其中該對埠與該實質上矩形部分耦合。

實例6

如實例1至5之任一者之噴嘴，其中該對埠之各埠以介於約0度與約15度之間之一角度自該內孔向外且向下延伸。

實例7

如實例1至6之任一者之噴嘴，其中該對埠之各埠包括一頂表面、一底表面及在該頂表面與該底表面之間延伸之一對側表面，其中該頂表面、該底表面及該等側表面實質上平坦，其中該等側表面之各者自該頂表面至該底表面向下且向內漸縮。

實例8

如實例7之噴嘴，其中該對埠之各埠包括介於該頂表面、該底表面及該等側表面之間之圓形邊角。

實例9

如實例1至8之任一者之噴嘴，其中該噴嘴包括介於該內孔與該對埠之各埠之一頂表面之間之一圓角。

實例10

如實例1至9之任一者之噴嘴，其中該對埠之各埠包括經定位與該內孔之一縱向軸線成一實質上直角之一底表面。

實例11

如實例1至10之任一者之噴嘴，其中該對埠之各埠包括沿著各埠之一底表面之一長度延伸之一通道。

實例12

一種連續鑄造系統，其包括一噴嘴及一模具，其中該噴嘴包括自該噴嘴之一頂表面延伸至該噴嘴之一底部部分之一內孔，其中該噴嘴包括自該內孔之一底部部分延伸至在該噴嘴之該底部部分處之一開口之至少一個埠，其中該噴嘴之該底部部分浸入該模具內，其中該至少一個埠之該開口之寬度自該開口之一頂部部分至該開口之一底部部分減小。

實例13

如實例12之系統，其中該至少一個埠之該開口包括一倒三角形形狀。

實例14

如實例12或13之系統，其中該至少一個埠以介於約0度與約15度之間之一角度自該內孔向外且向下延伸。

實例15

如實例12至14之任一者之系統，其中該噴嘴包括介於該內孔與該至少一個埠之一頂表面之間之一圓角。

實例16

如實例12至15之任一者之系統，其中該至少一個埠包括經定位與該內孔之一縱向軸線成一實質上直角之一底表面。

實例17

如實例12至16之任一者之系統，其中該至少一個埠包括沿著該埠之一底表面之一長度延伸之一通道。

實例18

一種操作一連續鑄造系統之方法，其包括：提供一噴嘴，其包括縱向地延伸通過該噴嘴之一內孔及自該內孔延伸至該噴嘴之一外表面之至少一個埠，其中該至少一個埠包括自該至少一個埠之一頂部部分至該至少一個埠之一底部部分減小之一寬度；將該噴嘴定位於一模具內，使得該至少一個埠浸入該模具中；及使流體流動通過該內孔且經由該至少一個埠將該流體排放至該模具中。

實例19

如實例18之方法，其中該至少一個埠包括一三角形形狀。

實例20

如實例18或19之方法，其中隨著該至少一個埠自該內孔延伸至該外表面，該至少一個埠向下傾斜。

已展示且描述本發明之各項實施例，但可由一般技術者藉由適當修改完成本文中描述之方法及系統之進一步調適而不脫離本發明之範疇。已提及若干此等潛在修改，且熟習此項技術者將明白其他潛在修改。例如，上文論述之實例、實施例、幾何形狀、材料、尺寸、比率、步驟及類似者係闡釋性的且非必須的。因此，本發明之範疇應依據可呈現之任何發明申請專利範圍考量且被理解為不限於在說明書及圖式中展示且描述之結構及操作之細節。

2‧‧‧液態鋼

10‧‧‧連續鑄造程序

12‧‧‧盛鋼桶

14‧‧‧餵槽

16‧‧‧滑動閘總成

18‧‧‧模具

20‧‧‧噴嘴

24‧‧‧埠

26‧‧‧內孔

28‧‧‧封閉端

120‧‧‧浸入式入口噴嘴

121‧‧‧外表面

122‧‧‧頂表面

123‧‧‧前表面

124‧‧‧埠

125‧‧‧後表面

126‧‧‧內孔

127‧‧‧側表面

128‧‧‧底表面

130‧‧‧內表面

131‧‧‧漏斗部分

132‧‧‧圓柱形部分

134‧‧‧錐形部分

136‧‧‧矩形部分

141‧‧‧埠之側表面

142‧‧‧埠之底表面

143‧‧‧圓形邊角

144‧‧‧埠之頂表面

145‧‧‧圓形邊角

220‧‧‧噴嘴

224‧‧‧埠

230‧‧‧內表面

236‧‧‧矩形部分

239‧‧‧圓角

244‧‧‧埠之頂表面

320‧‧‧噴嘴

324‧‧‧埠

326‧‧‧內孔

342‧‧‧埠之底表面

344‧‧‧埠之頂表面

420‧‧‧噴嘴

424‧‧‧埠

426‧‧‧內孔

441‧‧‧錐形側表面

442‧‧‧埠之底表面

444‧‧‧弧形頂表面

445‧‧‧錐形底表面

447‧‧‧通道

A‧‧‧中心縱向軸線

B‧‧‧噴嘴之底部部分

據信，自結合隨附圖式進行之某些實例之以下描述將更佳地理解本發明，其中相同元件符號識別相同元件。

圖1描繪一連續鑄造程序之示意圖。

圖2描繪圖1之連續鑄造程序之一先前技術連續鑄造噴嘴之一橫截面側視圖。

圖3描繪圖2之先前技術噴嘴之一橫截面正視圖。

圖4描繪用於與圖1之連續鑄造程序一起使用之包括三角形埠之一連續鑄造噴嘴之一俯視透視圖。

圖4A描繪由圖4之線4A圍繞之圖4之噴嘴之一放大部分透視圖。

圖5描繪圖4之噴嘴之一正視圖。

圖5A描繪沿著圖5之線5A-5A獲取之圖5之噴嘴之一橫截面視圖。

圖5B描繪沿著圖5之線5B-5B獲取之圖5之噴嘴之一橫截面視圖。

圖6描繪圖4之噴嘴之一正視圖，其中省略噴嘴之外壁以展示噴嘴之內壁。

圖7描繪圖6之噴嘴之一底部部分之一部分橫截面視圖。

圖8描繪圖6之噴嘴之底部部分之一部分透視圖。

圖9描繪圖6之噴嘴之底部部分之一部分側視圖。

圖10描繪用於與圖1之連續鑄造程序一起使用之包括三角形埠之另一連續鑄造噴嘴之一底部部分之一部分正視圖，其中省略噴嘴之外壁以展示噴嘴之內壁。

圖11描繪用於與圖1之連續鑄造程序一起使用之包括三角形埠之另一連續鑄造噴嘴之一底部部分之一部分橫截面視圖，其中省略噴嘴之外壁以展示噴嘴之內壁。

圖12描繪用於與圖1之連續鑄造程序一起使用之另一連續鑄造噴嘴之一底部部分之一部分透視圖，其中省略噴嘴之外壁以展示噴嘴之內壁。

圖13描繪圖12之噴嘴之一側視圖。

圖14A描繪通過圖4之噴嘴之一埠之流體之一流徑之一透視示意圖。

圖14B描繪通過圖2之先前技術噴嘴之一埠之流體之一流徑之一透視示意圖。

圖15A描繪通過圖4之噴嘴之一埠之流體之一流徑之一正視示意圖。

圖15B描繪通過圖2之先前技術噴嘴之一埠之流體之一流徑之一正視示意圖。

圖16A描繪通過圖4之噴嘴之一對埠且至一模具中之流體之一流徑之一透視示意圖。

圖16B描繪通過圖2之先前技術噴嘴之一對埠且至一模具中之流體之一流徑之一透視示意圖。

圖17A描繪通過圖4之噴嘴之一埠且至一模具中之流體之一流徑之一正視示意圖。

圖17B描繪通過圖2之先前技術噴嘴之一埠且至一模具中之流體之一流徑之一正視示意圖。

圖18A描繪通過圖4之噴嘴之一對埠且至一模具中之流體之一流徑之一仰視示意圖。

圖18B描繪通過圖2之先前技術噴嘴之一對埠且至一模具中之流體之一流徑之一仰視示意圖。

圖式不旨在以任何方式進行限制，且預期可以各種其他方式(包含未必在圖式中描繪之方式)實行本發明之各項實施例。併入說明書中且形成說明書之一部分之隨附圖式繪示本發明之若干態樣，且與描述一起用於解釋本發明之原理及概念；然而，應理解，本發明不限於所展示之精確配置。

Claims

一種用於連續鑄造之浸入式入口噴嘴，其包括一外表面及界定自該噴嘴之一頂表面延伸至該噴嘴之一底部部分之一內孔之一內表面，其中該噴嘴包括自該內孔之一底部部分延伸至該外表面之一對埠，其中該對埠之各埠包括在該外表面處之自各埠之一頂部部分至各埠之一底部部分變窄之一三角形開口。
如請求項1之噴嘴，其中該外表面包括一實質上平坦前表面及後表面以及介於該前表面與該後表面之間以形成一大體上長圓形橫截面輪廓之一對弧形側表面。
如請求項1之噴嘴，其中該內孔包括自該噴嘴之該頂表面向下延伸之一實質上圓柱形部分。
如請求項3之噴嘴，其中該內孔包括與該實質上圓柱形部分耦合之一錐形部分，其中該錐形部分自一實質上圓柱形形狀過渡至一實質上矩形形狀。
如請求項1之噴嘴，其中該內孔包括一實質上矩形部分，其中該對埠與該實質上矩形部分耦合。
如請求項1之噴嘴，其中該對埠之各埠以介於約0度與約15度之間之一角度自該內孔向外且向下延伸。
如請求項1之噴嘴，其中該對埠之各埠包括一頂表面、一底表面及在該頂表面與該底表面之間延伸之一對側表面，其中該頂表面、該底表面及該等側表面實質上平坦，其中該等側表面之各者自該頂表面至該底表面向下且向內漸縮。
如請求項7之噴嘴，其中該對埠之各埠包括介於該頂表面、該底表面及該等側表面之間之圓形邊角。
如請求項1之噴嘴，其中該噴嘴包括介於該內孔與該對埠之各埠之一頂表面之間之一圓角。
如請求項1之噴嘴，其中該對埠之各埠包括經定位與該內孔之一縱向軸線成一實質上直角之一底表面。
如請求項1之噴嘴，其中該對埠之各埠包括沿著各埠之一底表面之一長度延伸之一通道。
一種連續鑄造系統，其包括一噴嘴及一模具，其中該噴嘴包括自該噴嘴之一頂表面延伸至該噴嘴之一底部部分之一內孔，其中該噴嘴包括自該內孔之一底部部分延伸至在該噴嘴之該底部部分處之一開口之至少一個埠，其中該噴嘴之該底部部分浸入該模具內，其中該至少一個埠之該開口之寬度自該開口之一頂部部分至該開口之一底部部分減小。
如請求項12之系統，其中該至少一個埠之該開口包括一倒三角形形狀。
如請求項12之系統，其中該至少一個埠以介於約0度與約15度之間之一角度自該內孔向外且向下延伸。
如請求項12之系統，其中該噴嘴包括介於該內孔與該至少一個埠之一頂表面之間之一圓角。
如請求項12之系統，其中該至少一個埠包括經定位與該內孔之一縱向軸線成一實質上直角之一底表面。
如請求項12之系統，其中該至少一個埠包括沿著該埠之一底表面之一長度延伸之一通道。
一種操作一連續鑄造系統之方法，其包括：提供一噴嘴，其包括縱向地延伸通過該噴嘴之一內孔及自該內孔延伸至該噴嘴之一外表面之至少一個埠，其中該至少一個埠包括自該至少一個埠之一頂部部分至該至少一個埠之一底部部分減小之一寬度；將該噴嘴定位於一模具內，使得該至少一個埠浸入該模具中；及使流體流動通過該內孔且經由該至少一個埠將該流體排放至該模具中。
如請求項18之方法，其中該至少一個埠包括一三角形形狀。
如請求項18之方法，其中隨著該至少一個埠自該內孔延伸至該外表面，該至少一個埠向下傾斜。