專利名稱：：用于連續(xù)鑄造的浸漬管的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于將鋼水從中間漏槽注入模型的連續(xù)鑄造浸漬管。更具體地，本發(fā)明涉及一種用于高速鑄造中等厚度板坯的浸漬管。
背景技術：
：隨著以提高板坯的生產(chǎn)率為目的的連續(xù)澆鑄快速化的趨勢，例如，專利文獻l揭示了一種有利地適應增加的鑄鋼產(chǎn)品通過量(throughput)的浸漬管，浸漬管具有設置在底部的多個小孔(見圖15)。當鑄鋼產(chǎn)品的通過量(澆鑄速率)為lm/min至1.5m/min時，浸漬管可沒有困難地用在連續(xù)鑄造中。專利文獻2揭示了一種用于連續(xù)澆鑄的、包括圓柱形本體的浸漬管，該本體具有設置在其下部側(cè)壁中的一對出口和形成在其向下變細的下部內(nèi)的狹縫開口。該出口和狹縫開口被設計成可以減少由夾雜物的滯留所引起的鑄造產(chǎn)品缺陷(見圖16)。在這種浸漬管中，通過狹縫開口使開口區(qū)域更大，底部被充分打開。專利文獻3揭示了一種包括筒狀本體的浸漬管，該本體具有在其下部側(cè)壁中的一對相對橫向出口。每個橫向出口被一個或兩個向內(nèi)的水平突起分成兩個或三個垂直排列部，以形成總共四個或六個出口(見圖n)。該公報說明浸漬管允許禁止阻塞和產(chǎn)生更穩(wěn)固且可控制的出射流，而該出射流的速度更加均勻并且顯著減少了其中的翻滾和漩渦。當鑄鋼產(chǎn)品的通過量(澆鑄速率)為lm/min至1.5m/min時，專利文獻l所揭示的浸漬管可毫無困難地用在連續(xù)鑄造中。但是，就近來減少鑄鋼產(chǎn)品的厚度以在后續(xù)步驟中節(jié)省勞動力的趨勢而言，在中等厚度板材(大約70mm或者大約150mm厚度)的高速澆鑄中所采用的4m/min或者更大的通過量的苛刻情況下，不僅不能供應足夠的鋼水，而且由于出射流從管出口流出的過高速度會引起鑄鋼產(chǎn)品的固化外殼破裂，從而造成鋼水泄露的危險。在專利文獻2揭示的浸漬管中，通過狹縫開口使開口區(qū)域更大，底部被充分打開。連續(xù)鑄造操作不可避免地涉及到鋼水表面處的高度波動，鑄鋼產(chǎn)品的通過量的變化，以及從浸漬管流出的鋼水形態(tài)的變化。在專利文獻2的浸漬管的情況下，由于其底部的大開口區(qū)域，所以鋼水流動形態(tài)的變化可能引起從底部的狹縫開口流出的鋼水的方向和/或速度較大幅度的變化，即，引起鋼水流的漂移，和諸如向下流的在特定方向上鋼水偏流。由于這些原因，所以可能難以在模具中建立鋼水的均勻形態(tài)(pattern)。專利文獻3中所揭示的浸漬管不僅需要復雜的制造過程，而且容易使由出口的阻塞和熱磨損引起的左右出射流之間的平衡損壞。當傳統(tǒng)的浸漬管被用于以4m/min或者更大的通過量連續(xù)鑄造中等厚度板坯時，管側(cè)壁上的相對出口必須在垂直方向較長，導致出射流的速度不均勻。此外，增加通過量和模型的長邊長度引起在浸漬管的左右側(cè)的不對稱流。這就導致了模型中的鋼水表面處的水平波動；由于保護渣(moldpowder)的滯留引起的板坯質(zhì)量的下降；和諸如泄漏的鑄造操作的阻礙?？紤]到上述情況而做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一種用于連續(xù)鑄造，尤其用于高速連續(xù)鑄造中等厚度板坯的浸漬管，該管允許減少模型中鋼水流的偏流并且允許減小鋼水表面處的高度波動，以改善板坯的質(zhì)量和生產(chǎn)率。日本未授權申請公開公報第57-106456號日本未授權申請公開公報第7-232247號國際公開公報2005/049249
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種用于連續(xù)鑄造的浸漬管，該浸漬管包括(a)具有底部的筒狀體，筒狀體具有設置在上端、用于鋼水進入的入口和從入口向下延伸且至少在下部截面扁平的通道，下部具有兩個窄側(cè)壁和兩個寬側(cè)壁；(b)設置在下部的窄側(cè)壁中以便與通道連通的一對相對的第一出口；和(c)設置在底部以便與通道連通的一對第二出口，其中，在一對第一出口之間，下部具有從寬側(cè)壁的內(nèi)表面水平突出到通道內(nèi)的脊部，和其中，一對第二出口關于筒狀體的軸線對稱設置，一對第二出口的軸線彼此相交在通道中。脊部的橫截面基本呈矩形并且被彼此相對地設置。縱觀說明書，方向根據(jù)直立的浸漬管設定。術語"基本矩形的截面"指的是覆蓋具有圓角的矩形截面。在具有設置在筒狀體下側(cè)壁中的一對出口的傳統(tǒng)浸漬管中，從出口下部排出的出口流量較大，這就導致了從出口下部排出的出射流和從出口上部排出的出射流的流量不平衡。在通過量上升時，這種不平衡會增加，以致在出口上部上形成負壓，因此可能允許模型中的鋼水通過出口上部流入管內(nèi)。這就導致撞擊模型窄側(cè)壁的部分鋼水流速過大，這將反過來引起撞擊窄側(cè)壁且返回的回流的速度增加。增加的回流速度提高模型中鋼水表面處的高度波動，導致浸漬管左右側(cè)流不對稱。在根據(jù)本發(fā)明的用于連續(xù)鑄造的浸漬管中，筒狀體在內(nèi)部具有通道以允許鋼水向下流動，并且至少在下部具有扁平截面。下部在窄側(cè)壁分別具有一對出口，并且在一對第一出口之間分別具有從寬側(cè)壁突出到通道中的脊部。脊部減小下部中鋼水流的過大流速，并且也顯著減少通過出口上部從模型流入管的鋼水量。此外，脊部降低撞擊模型窄側(cè)壁的鋼水流的最大速度，因此減少回流速度從而減小鋼水表面處的高度波動，提供浸漬管左右側(cè)的更對稱的流。在根據(jù)本發(fā)明的浸漬管中，更可取的是a/a'范圍從0.1至0.25且b/b'范圍從0.15至0.35，此處a'是第一出口的水平寬度；b'是第一出口的垂直長度；a是脊部的突出高度；且b是脊部的垂直寬度。同樣，更可取的是f/a'范圍從0.75至0.9，e/e'范圍從0.1至0.17，且a范圍從4(T至60°，此處f是第二出口沿窄側(cè)壁的長度；a是第二出口的每個軸線和水平面之間形成的角度；e是一對第二出口之間的最小內(nèi)部尺寸；并且e'是通道在第一出口緊上方沿寬闊側(cè)壁的寬度。此外，根據(jù)本發(fā)明的浸漬管可以進一步包括允許第一出口和第二出口之間連通的狹縫，以使出射流更加平衡。在這個方面，更可取的是d/a'范圍從0.2至l，此處d是狹縫的寬度。圖1A顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于連續(xù)鑄造的浸漬管。圖1B是沿圖1的線A-A的截面圖。圖1C是用于連續(xù)鑄造的浸漬管的仰視圖。圖1D是沿圖1B的線B-B的截面圖。圖2是浸漬管的部分側(cè)視圖。圖3是沿浸漬管下部的寬側(cè)壁的、該浸漬管的部分垂直截面圖。圖4A是浸漬管的仰視圖。圖4B是沿圖3的線B的截面圖。圖5是用于解釋利用根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的模型來進行的水模型試驗(watermoldtest)的示意圖。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的Acr和a/a'之間關系的曲線圖。圖7顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的Acr和b/b'之間關系的曲線圖。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的和f/a'之間關系的曲線圖。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的A"和e/e'之間關系的曲線圖。圖10顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的Zc+^r和d/a'之間關系的曲線圖。圖IIA是解釋根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的、用在流體分析中的仿真模型圖。圖IIB是解釋根據(jù)現(xiàn)有技術的浸漬管的、用在流體分析中的仿真模型圖。圖12A是顯示利用根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的仿真模型執(zhí)行流體分析結(jié)果的圖，其中流速為4.Om/min。圖12B是顯示利用根據(jù)現(xiàn)有技術的浸漬管的仿真模型執(zhí)行流體分析結(jié)果的圖，其中流速為4.Om/min。圖13A是顯示利用根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的仿真模型執(zhí)行流體分析結(jié)果的圖，其中流速為4.4m/min。圖13B是顯示利用根據(jù)現(xiàn)有技術的浸漬管的仿真模型執(zhí)行流體分析結(jié)果的圖，其中流速為4.4m/min。圖14A是顯示利用根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的仿真模型執(zhí)行流體分析結(jié)果的圖，其中流速為4.8m/min。圖14B是顯示利用根據(jù)現(xiàn)有技術的浸漬管的仿真模型執(zhí)行流體分析結(jié)果的圖，其中流速為4.8m/min。圖15是根據(jù)專利文獻1的用于連續(xù)鑄造的浸漬管的截面圖。圖16A和圖16B是根據(jù)專利文獻2的用于連續(xù)鑄造的浸漬管的截面圖。圖17A和圖17B是根據(jù)專利文獻3的用于連續(xù)鑄造的浸漬管的截面圖。具體實施例方式圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于連續(xù)鑄造的浸漬管10。根據(jù)本實施例的浸漬管10包括具有底部20的筒狀體11。筒狀體ll具有圓柱形的上部lla、具有扁平截面的下部llc和從側(cè)面看逐漸變細并且連接上部lla和下部llc的錐狀部llb。上部lla在上端處具有入口12，通道13從該入口12向下延伸穿過筒狀體11。具有扁平截面的下部llc具有相對的窄側(cè)壁18，18和相對的寬側(cè)壁19，19。窄側(cè)壁18，18分別具有設置在靠近底部20位置處以便與通道13相連通的相對的第一出口14，14。第一出口14，14是垂直細長的狹槽。寬側(cè)壁19，19分別具有相對的水平脊部(ridge)15，15，該水平脊部從寬側(cè)壁19，19的內(nèi)表面突出到一對第一出口14，14之間的通道13內(nèi)。脊部15具有矩形的截面。在顯示窄側(cè)壁18在前面的視圖中，第一出口14在中間收縮。筒狀體11具有設置在底部20中以便與通道13相連通的一對第二出口16，16。第二出口16，16關于筒狀體11的軸線對稱設置，使得第二出口16，16各自的軸線24，24彼此相交在通道13中。當筒狀體ll沿其下部的寬側(cè)壁被垂直切割時，第二出口16,16呈切去頂端的反轉(zhuǎn)V(例如，日語片假名的""")設置。在根據(jù)本實施例的浸漬管10中，通過分別設置在窄側(cè)壁18，18中的垂直延伸的狹縫17,17，允許第一出口14，14與第二出口16，16相連通。利用浸漬管10的模型進行水模試驗以確定第一出口14，14、第二出口16，16和狹縫17，17的最佳構(gòu)造。下面將說明進行的水模試驗。用于確定出口和狹縫的最佳構(gòu)造的參數(shù)表示如下。第一出口14，14的水平寬度用a'表示，第一出口14，14的垂直長度用b'表示，脊部15，15的突出高度用a表示，脊部15，15的垂直寬度用b表示(見圖2)。第二出口16，16在短邊方向上的長度用f表示，每個第二出口16，16的軸線24，24與水平面之間形成的角度用a表示，第二出口16，16之間的最小內(nèi)部尺寸用e表示，通道13的在第一出口14，14緊上方沿長邊方向的寬度用e'表示(見圖3和圖4B)。狹縫17'17的寬度用d表示(見圖2和圖4B)。圖5是用于解釋水模試驗的示意圖。A1/1比例模型21由丙烯酸樹脂制成。模型21的尺寸為長邊(圖5中，在左右方向上)長度是1300mm，且短邊(圖5中，在垂直于紙面的方向上)長度是100咖。借助于泵以等于4.4m/min的通過量的速率使水通過浸漬管10和模型21循環(huán)。浸漬管10被放置在模型21的中心位置處，以便使扁平截面的長邊與模型21的長邊平行。螺旋槳型流速檢測器22，22被分別安裝在離模型21的窄側(cè)壁23，23325mm(模型21長邊長度的1/4)并且距水面30ran深的位置處。然后，測量回流Fr，F(xiàn)r的速度。下面將說明水模試驗的結(jié)果。對于該試驗，以下面尺寸構(gòu)造假想基本模型。在每個試驗中，僅改變用作目標參數(shù)的尺寸而其他尺寸具有與基本模型尺寸相對應的固定值。基本模型的尺寸為a=5mm，a，=26mm，b=25mm，b，=115mm，f=23mm,e=26mm，e'=143跳a=60°，d二10mm圖6顯示表現(xiàn)A(t和a/a'之間關系的曲線圖。此處，Acr是左右回流Fr，F(xiàn)r速度的標準差之間的差值，其中利用通過借助于如圖5所示的流速檢測器22，22測量三分鐘回流Fr，F(xiàn)r的速度獲得的數(shù)據(jù)來計算該標準差。當/kr增大時，左右回流Fr,Fr的速度差變大。在本發(fā)明中，把4cm/sec或2cm/sec作為Ao"的臨界值。當Act小于4cm/sec時，在水模試驗中通過目測即可以確定各自的左右出射流與水平面的排出角基本相同。當Ao"小于2cm/sec時，不僅各自的左右出射流與水平面的排出角基本相同，并且本該周期性地產(chǎn)生在模型21的寬側(cè)壁和浸漬管10之間的卡曼渦(Karmanvortex)沒有出現(xiàn)?？鼫u導致保護渣的局部滯留的問題。圖6表示當a/a'的范圍從0.l至0.25時，厶cx等于或小于2cm/sec，并且模型中的出射流是平衡的。當a/a'小于0.1時，脊部不能充分展現(xiàn)斷流的效果，并且第一出口下部的出射流具有過大速度，從而使模型21中的左右流極不對稱。另一方面，當a/a'超過0.25時，第一出口下部的出射流的速度稍微過于低，即，第一出口上部中的出射流具有過大速度，從而使在模型21中水面處的回流Fr，F(xiàn)r的速度增大，因此引起諸如保護渣滯留的相反作用。圖7顯示Acj和b/b'之間的關系。圖7表示當b/b'的范圍從0.15至0.35時，Act等于或小于4cm/sec。當b/b'小于0.15時，脊部不能充分展現(xiàn)斷流的效果，并且第一出口下部的出射流具有過大速度，從而在模型21中形成極不對稱的左右流。另一方面，當b/b'超過0.35時，第一出口下部的出射流的速度稍微過于低，g卩，第一出口上部的出射流具有過大速度，從而使在模型21中水面處的回流Fr，F(xiàn)r速度增大且引起諸如保護渣滯留的相反作用。最好是在將每個第一出口都分割成垂直排列的兩個相等部分的位置上設置脊部，以便平衡來自出口下部的出射流速度和來自出口上部的出射流速度。圖8顯示表現(xiàn)Ao"和f/a'之間關系的曲線圖。圖8表示當Pa'的范圍從0.75至0.9時，Acr等于或小于2cm/sec。當f/a'小于0.75時，第二出口16，16的寬度f相對于第一出口14，14的長度a'太小，因此從第二出口排出的出射流的量不足，導致在模型21中水面處的回流Fr，F(xiàn)r速度過大，從而引起諸如保護渣滯留的相反作用。另一方面，當f/a'超過0.9時，從第二出口排出的出射流的量過多，即，從第一出口排出的出射流的量不足，從而使模型21中的整個流不穩(wěn)定。這就導致模型21中水面處的高度波動和左右流不對稱。圖9顯示表現(xiàn)A(7和e/e'之間關系的曲線圖。圖9表示當e/e'的范圍從0.1至0.17時，厶o"等于或小于4cm/sec。當e/e'小于0.l時，從第二出口排出的出射流的量過多，并且從第一出口排出的出射流的量不足，從而使模型21中的整個流不穩(wěn)定。這就導致模型21中水面處的高度波動和左右流的不對稱。另一方面，當e/e'超過0.17時，第二出口16,16的長度相對于通道13的寬度e'太短，因此從第二出口排出的出射流的量不足，這就引起在模型21中水面處的回流Fr，F(xiàn)r速度過大，因此引起諸如保護渣滯留的相反作用。雖然圖中沒有關于第二出口16，16的每個軸線和水平面之間的夾角a的試驗結(jié)果的介紹，仍然可以確定當a為40。至60°時A(7為最小。當a小于4(T時，來自第二出口的出射流與來自第一出口的出射流同步，從而使在模型21中水面處的回流Fr，F(xiàn)r速度增大，從而引起諸如保護渣滯留的相反作用。此外，由于第二出口的尺寸相對減小，來自第二出口的出射流具有增加的速度以提高回流Fr，F(xiàn)r的速度并且進而極度增加水面處的高度波動。另一方面，當a超過6(T時，來自一對第二出口的出射流匯合到一起，從而使流像鐘擺一樣不穩(wěn)定地徘徊，導致Acr超過4cm/sec，而這不是所期望的。圖10顯示表現(xiàn)丄cr+ic7和d/a'之間關系的曲線圖。在該曲線圖中，丄cr是左回流Fr速度的標準差，/ct是右回流Fr速度的標準差，并且丄a+Zcr是左右回流Fr，F(xiàn)r速度的標準差之和?？v觀所進行的試驗，所有得到的Ao"值都小于2cm/sec，因此丄cr+icr被用作評價標準。圖10表示當d/a'的范圍從0.2至1時，jLc7+Zc7等于或小于30cm/sec。當d/a'小于0.2時，回流Fr，F(xiàn)r具有過大速度從而引起諸如保護渣滯留的相反作用。另一方面，由于當d/a'超過1時強度缺乏，所以在浸漬管的下端處發(fā)生諸如裂縫的問題。下面將做出關于來自根據(jù)本發(fā)明實施例的用于連續(xù)鑄造的浸漬管的出射流量和來自根據(jù)現(xiàn)有技術的浸漬管的出射流量的流體分析的說明。利用由FluentAsiaPacificCo.,Ltd(例如，目前的ANSYSJapanK.K.)制作的FLUENT(流體分析軟件)來進行流體分析。圖IIA和IIB顯示用于流體分析的仿真模型。圖IIA顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的管的仿真模型，而圖IIB顯示根據(jù)現(xiàn)有技術的管的仿真模型。圖12A、13A和14A顯示利用IIA所示的模型進行的流體分析的結(jié)果，而圖12B、13B和14B顯示利用圖IIB所示的模型進行的流體分析的結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)有技術的模型包括筒狀體，該筒狀體內(nèi)部具有通道且至少在其下部具有扁平截面。在這種模型中，一對第一相對出口被設置在下部的窄側(cè)壁中并且與通道相連通，而與通道相連通的第二出口以完全打開底部的方式形成在筒狀體的底部。表l表現(xiàn)每個仿真模型的參數(shù)。假定模型長1300mm，寬100mm;通過量為4.Om/min(圖12)、4.4m/min(圖13)和4.8m/min(圖14);管的浸漬深度為303ram，基于這些假定進行分析。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>圖12至14表現(xiàn)分析的結(jié)果。這些圖表明如下內(nèi)容。在根據(jù)現(xiàn)有技術的浸漬管的情況下，左右流不對稱且回流速度高，引起保護渣滯留的危險和在鋼水表面處的高度波動。另一方面，在根據(jù)本發(fā)明實施例的浸漬管的情況下，左右流基本對稱且回流具有期望范圍內(nèi)的速度以減少鋼水表面處的高度波動且改善板坯的質(zhì)量和生產(chǎn)率。以上己說明并顯示本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該了解，這些實施例是本發(fā)明的典型實例而并不視為對本發(fā)明的限制。另外，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)或范圍的情況下，可以進行省略、替代和其他改進。因此，本發(fā)明并不局限于上述說明，并且僅局限于附加的權利要求的范圍。權利要求1.一種用于連續(xù)鑄造的浸漬管，其特征在于，該浸漬管包括(a)具有底部的筒狀體，所述筒狀體具有設置在上端、用于鋼水進入的入口和從所述入口向下延伸的通道，所述筒狀體至少在下部截面下凹，所述下部具有兩個窄側(cè)壁和兩個寬側(cè)壁；(b)設置在所述下部的所述窄側(cè)壁中以便與所述通道連通的一對相對的第一出口；和(c)設置在所述底部以便與所述通道連通的一對第二出口，其中，所述下部具有在所述一對第一出口之間從所述寬側(cè)壁的內(nèi)表面水平突入所述通道內(nèi)的脊部，和其中，所述一對第二出口以所述筒狀體的軸線為軸對稱設置，所述一對第二出口的軸線彼此相交在所述通道中。2.如權利要求l所述的浸漬管，其特征在于，所述脊部的橫截面基本呈矩形并且彼此相對設置。3.如權利要求2所述的浸漬管，其特征在于，a/a'范圍從0.1至0.25，b/b'范圍從0.15至0.35，其中，a'是所述第一出口的水平寬度；b'是所述第一出口的豎直長度；a是所述脊部的突出高度；b是所述脊部的豎直寬度。4.如權利要求3所述的浸漬管，其特征在于，f/a'范圍從0.75至0.9,e/e'范圍從0.1至O.17，且a范圍從4(T至60°，其中，f是所述第二出口沿所述窄側(cè)壁的長度；a是所述第二出口的每個軸線和水平面之間形成的角度；e是所述一對第二出口之間的最小內(nèi)部尺寸；并且e，是所述通道在所述第一出口緊上方沿所述寬側(cè)壁的寬度。5.如權利要求3所述的浸漬管，其特征在于，進一步包括允許所述第一出口和所述第二出口之間連通的狹縫。6.如權利要求5所述的浸漬管，其特征在于，d/a'范圍從0.2至l，其中，d是所述狹縫的寬度。7.如權利要求l所述的浸漬管，其特征在于，所述第一出口是豎直延長的狹槽。全文摘要用于連續(xù)鑄造的浸漬管包括筒狀體，筒狀體在上端具有入口，鋼水從該入口導入筒狀體內(nèi)從入口向下延伸的通道中，筒狀體具有底部和至少在下部截面扁平，下部具有兩個窄側(cè)壁和兩個寬側(cè)壁，窄側(cè)壁具有與通道連通的一對相對的第一出口，底部具有與通道連通的一對第二出口。在一對第一出口之間，下部具有分別從寬側(cè)壁的內(nèi)表面突出到通道內(nèi)的脊部。第二出口關于筒狀體的軸線對稱設置，以致使第二出口的軸線彼此相交在通道內(nèi)。文檔編號B22D41/50GK101543891SQ20091012982公開日2009年9月30日申請日期2009年3月20日優(yōu)先權日2008年3月27日發(fā)明者吉田政英,城戶孝治,大塚博,奧村尚丈,栗棲讓二,溝部有人申請人:黑崎播磨株式會社