專利名稱：板坯連鑄浸入式水口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鋼的連續(xù)鑄造技術(shù)領(lǐng)域，更確切的說(shuō)，涉及一種板坯連鑄浸入式水口。
背景技術(shù)：
鋼的連續(xù)澆注是將具有一定過(guò)熱度的液態(tài)鋼水通過(guò)水冷結(jié)晶器連續(xù)冷卻成具有一定形狀的固態(tài)鑄坯的過(guò)程，在此過(guò)程中，需要有一個(gè)耐火材料制作的套管將鋼液從上游的冶金容器中注入結(jié)晶器內(nèi)，該耐火材料套管被稱為浸入式水口 ；浸入式水口上端垂直安裝于上游冶金容器的底部，下端插入結(jié)晶器鋼液面以下，其主要作用是防止鋼液的二次氧化、氮化、噴濺，同時(shí)避免液面卷渣、調(diào)節(jié)結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)模式和溫度分布，從而促使結(jié)晶器內(nèi)的坯殼均勻無(wú)缺陷生長(zhǎng)，并盡量減少鋼液中的氣體和非金屬夾雜物，由于浸入式水口對(duì)于提高鑄坯質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、穩(wěn)定連鑄操作和防止鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量缺陷等方面均有顯著的效果，因此在世界各國(guó)的連鑄機(jī)上被廣泛應(yīng)用。通常，要使得浸入式水口能夠較好的發(fā)揮其冶金作用，就必須設(shè)計(jì)合理的浸入式水口結(jié)構(gòu)形狀，從而得到適應(yīng)于當(dāng)前澆注條件的合理結(jié)晶器流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，一般而言，合理的結(jié)晶器流場(chǎng)和溫度場(chǎng)包含以下三個(gè)方面:(I)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶器液面波動(dòng)和表面流速，其目標(biāo)是既能防止液面裸露、保護(hù)渣翻卷以及彎月面破壞等不利因素，同時(shí)又能保證保護(hù)渣的正常熔化；(2)結(jié)晶器橫向上均勻的溫度和成分分布，其目的是防止橫向熱應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生的縱裂和成分不均勻產(chǎn)生的偏析；(3)結(jié)晶器縱向上合理的溫度梯度；為了促進(jìn)坯殼較好的凝固，在保證上述兩個(gè)條件下應(yīng)該盡量提高鋼液的熱中心，使結(jié)晶器內(nèi)形成上部溫度高下部溫度低的合理溫度梯度，這樣既可以盡量提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，又可以防止結(jié)晶器出口坯殼過(guò)薄而漏鋼?，F(xiàn)有技術(shù)下，板坯連鑄結(jié)晶器主要采用雙側(cè)孔浸入式水口澆注，其主體結(jié)構(gòu)是由耐火材料壓制而成的底 端封閉的管道，包含上開口的垂直方向的內(nèi)腔和與內(nèi)腔相連的左右對(duì)稱的兩個(gè)側(cè)孔，澆注時(shí)兩側(cè)孔對(duì)準(zhǔn)結(jié)晶器兩邊窄面中心，上游冶金容器的鋼液從浸入式水口的內(nèi)腔上開口流入，從靠近底面的側(cè)壁上的兩個(gè)對(duì)稱側(cè)孔流出，并進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)，鋼液從側(cè)孔流出撞擊結(jié)晶器窄面后反彈，并形成上循環(huán)流和下循環(huán)流，上循環(huán)流對(duì)結(jié)晶器液面和保護(hù)渣形成沖擊，下循環(huán)流進(jìn)去結(jié)晶器底部。結(jié)合前面提到合理的結(jié)晶器流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的基本特點(diǎn)可知，采用現(xiàn)有的雙側(cè)孔浸入式水口澆注時(shí)，通常會(huì)存在以下三個(gè)弊端 第一，由于高溫鋼液從浸入式水口內(nèi)腔垂直流下后直接從側(cè)孔流出，缺少必要的緩沖，因此鋼液的沖擊速度很大，對(duì)結(jié)晶器窄面的初生凝固坯殼造成破壞，還會(huì)造成坯殼的重熔，不利于坯殼的正常生長(zhǎng)；第二，由于鋼液從水口側(cè)孔流出的有效面積較小，因此鋼液流股比較集中，對(duì)結(jié)晶器窄邊附近的局部沖擊較大，可能造成窄面附近的彎月面出現(xiàn)較大液面波動(dòng)或液面卷渣，而靠近水口的液面位置又會(huì)出現(xiàn)鋼液流動(dòng)的死區(qū)，鋼液溫度較低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)保護(hù)渣結(jié)殼，同時(shí)，這種鋼液流動(dòng)狀態(tài)也不利于結(jié)晶器橫向溫度和成文的均勻化。第三，由于鋼液沖擊結(jié)晶器窄面后，形成上下兩個(gè)回流，多數(shù)情況下，下部鋼液的循環(huán)流數(shù)量更多，這樣會(huì)使得結(jié)晶器下部溫度較高，上部溫度偏低，不能在縱向上形成合理的溫度梯度，這樣惡化鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，同時(shí)不利于鋼液中夾雜物和氣泡的上浮去除。在公告號(hào)為CN201082465Y的實(shí)用新型專利中，公開了一種連鑄用浸入式水口，該浸入式水口的其中一個(gè)重要特征是水口側(cè)孔的出口具有延長(zhǎng)段，此延長(zhǎng)段可以起到較好的導(dǎo)流和緩沖作用，但是，由于水口側(cè)孔延長(zhǎng)段阻止了鋼液的擴(kuò)散，使得水口出口的流股會(huì)更集中的沖擊結(jié)晶器窄面的凝固坯殼，破壞了窄面坯殼的正常生長(zhǎng)，同時(shí)，也非常不利于結(jié)晶器橫向鋼液溫度和成分的均勻性，當(dāng)然，也不能使鋼液在縱向上保持上部溫度高、下部溫度低的合理模式，因此，該浸入式水口并不能有效的解決上述弊端。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種板坯連鑄浸入式水口，通過(guò)本技術(shù)方案，能夠有效的優(yōu)化板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，避免鋼液流股對(duì)窄面坯殼的沖擊，增加結(jié)晶器橫斷面的溫度和成分均勻性，并使鋼液熱中心盡量上移，促進(jìn)坯殼的合理生長(zhǎng)和夾雜物及氣泡的迅速上浮。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種板坯連鑄浸入式水口，由豎直段和水平段組成，所述豎直段包括側(cè)壁和封閉的底部，側(cè)壁與底部相連，圍成豎直方向上頂部開口的空心內(nèi)腔，在靠近底部上方的側(cè)壁上設(shè)有一對(duì)側(cè)孔，兩側(cè)孔與空心內(nèi)腔相連通；所述側(cè)孔四周的壁面向水平方向延伸，形成所述水平段，所述水平段的壁面圍成與側(cè)孔形狀相同的管狀通道，管狀通道一端與側(cè)孔相連，另一端下部封閉、上部開孔，形成半封閉面，管狀通道的上端壁面設(shè)置有與水平段長(zhǎng)度相同的狹長(zhǎng)形開口，并與半封閉面的開孔相連，形成鋼液的最終流出通道。為了保證浸入式水口流出的鋼液在板坯結(jié)晶器的兩側(cè)均勻分布，因此所述側(cè)孔和側(cè)孔延伸出去的水平段的形狀尺寸完全相同，并且沿水口豎直段中心線呈軸對(duì)稱。所述水平段半封閉面兩側(cè)內(nèi)壁上表面由內(nèi)至外為向上向外傾斜的斜面，這樣可以盡量使鋼液向上運(yùn)動(dòng)，保證結(jié)晶器液面的高溫和夾雜物及氣泡的順利上浮。所述水平段上端狹長(zhǎng)形開口位于水平段上端兩側(cè)內(nèi)壁的中心位置，在狹長(zhǎng)形開口上沿兩側(cè)設(shè)置有向外傾斜的導(dǎo)坡，使得長(zhǎng)形開口由內(nèi)向外為擴(kuò)張傾角，形成“八”字形，這樣可以使鋼液在流出的過(guò)程中，在導(dǎo)坡的導(dǎo)流作用下非常均勻的分散至結(jié)晶器的橫斷面，有利于鋼液的溫度和成分均勻化。所述豎直段和水平段相連接處的外側(cè)面上設(shè)置有加固斜面，保證水平段與豎直段的連接更加牢固可靠，避免水平段在鋼液的沖擊下出現(xiàn)斷裂和脫落。所述豎直段空心內(nèi)腔和側(cè)壁的橫截面設(shè)置為圓形，帶倒角的矩形或前后面為平面，左右兩側(cè)為弧面的扁型。所述豎直段空心內(nèi)腔底部上表面低于每個(gè)側(cè)孔下沿，空芯內(nèi)腔底部形成凹坑，更加有效的緩沖鋼液的沖擊力度。所述豎直段位于側(cè)孔上部的側(cè)壁上，成環(huán)狀的渣線設(shè)置在側(cè)壁11的外側(cè)面上。所述豎直段和水平段上所有壁面均采用耐火材料等靜壓成型。采用上述技術(shù)方案后的有益效果是一種板坯連鑄浸入式水口，通過(guò)技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)由于側(cè)孔的水平延長(zhǎng)段上端開有狹長(zhǎng)形開口、遠(yuǎn)離側(cè)孔端為半封閉面，二者連成了鋼液的流出通道，這種鋼液流出通道較大，并且在結(jié)晶器寬面上更加分散，可以使鋼液更加均勻的流出，更加充分的擴(kuò)散至整個(gè)結(jié)晶器的橫截面上，保證了結(jié)晶器橫向的溫度和成分均勻性，有利于坯殼的均勻凝固。(2)由于側(cè)孔水平延長(zhǎng)段的鋼液流出通道均為向上導(dǎo)流孔，因此可以使?jié)沧⒌母邷劁撘罕M量向上運(yùn)行，熱中心上移，保證縱向上合理的溫度梯形，有利于鑄坯的正常生長(zhǎng)和內(nèi)部質(zhì)量的提高，同時(shí)，有利于非金屬夾雜物和氣泡的上浮去除。(3)由于側(cè)孔的水平延長(zhǎng)段上端開有狹長(zhǎng)形開口，遠(yuǎn)離側(cè)孔端為半封閉上傾斜面，這樣可以大大減少?gòu)膫?cè)面流出鋼液的流量，減輕鋼液對(duì)結(jié)晶器側(cè)面初生凝固坯殼強(qiáng)烈沖擊，避免了坯殼重熔和破壞。(4)由于本浸入式水口采用凹形的底面和側(cè)孔延長(zhǎng)水平段，這樣可以兩次改變鋼液的流動(dòng)方向，大幅度緩沖和耗散鋼液的沖擊動(dòng)能，減小鋼液對(duì)結(jié)晶器液面的擾動(dòng)，防止了過(guò)大的液面波動(dòng)和保護(hù)渣翻卷，有利于連鑄工藝順行和鑄坯質(zhì)量改善。

圖1為本實(shí)用新型整體剖視圖。圖2為圖1的側(cè)視剖視圖。圖3為圖1的A-A向剖視圖。圖4為圖1的B-B向剖視圖。圖5為圖1的C-C向剖視圖。圖6為圖1的D-D向剖視圖。圖7是本實(shí)用新型的實(shí)施例中浸入式水口布置在板坯結(jié)晶器內(nèi)的正向剖視圖。圖8是本實(shí)用新型的實(shí)施例中浸入式水口布置在板坯結(jié)晶器內(nèi)的E-E剖視圖。附圖中標(biāo)號(hào)如下，I豎直段、11側(cè)壁、12底部、13渣線、14空心內(nèi)腔、2水平段、21壁面、22管狀通道、23、半封閉面、24第二側(cè)孔、25狹長(zhǎng)形開口、26加固斜面、3—板坯結(jié)晶器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本實(shí)用新型的具體實(shí)施例和說(shuō)明書附圖1-8對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1 圖6所示，本實(shí)用新型涉及的板坯連鑄浸入式水口，由豎直段I和水平段2組成，所述豎直段I包括側(cè)壁11和封閉的底部12，在側(cè)壁11的外側(cè)面上設(shè)置有成環(huán)狀的渣線13，所述渣線13的深度為10 25mm，高度為100 160mm，渣線13下端離水口底部12下表面距離為60 120mm ;所述側(cè)壁11和底部12相連，并圍成豎直方向上頂端開口的空心內(nèi)腔14，所述側(cè)壁11和空心內(nèi)腔4的橫截面形狀可以為圓形，帶倒角的方形或前后為平面、左右為弧面的扁型。所述側(cè)壁11上設(shè)置有兩個(gè)大小形狀相同的側(cè)孔15，兩側(cè)孔15沿空心內(nèi)腔14的中心線呈軸對(duì)稱，并與空心內(nèi)腔14相互連通。所述側(cè)孔15可以設(shè)置為橢圓形，帶倒角的長(zhǎng)方形，圓形或左右為半圓、中間為方形的組合體，所述側(cè)孔15下沿到底部12的上表面的距離為10-40mm，使底部12相對(duì)于側(cè)孔15形成凹坑。所述側(cè)孔15四周的壁面向外延伸，形成水平段2，所述兩側(cè)孔15的延伸水平段2大小形狀也完全相同，并且沿豎直段I內(nèi)腔15的中心線呈軸對(duì)稱，所述側(cè)孔15和水平段2的對(duì)稱設(shè)置是完全必要的，這樣可以保證水口內(nèi)的出流可以對(duì)稱均勻的分至水口兩側(cè)，以保證整體流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均衡性。所述水平段2包括壁面21和半封閉面23，壁面21圍成中空的管狀通道22，管狀通道22形狀大小與側(cè)孔15相同，其一端與側(cè)孔15相連，形成一個(gè)水平流動(dòng)通道，另一端為半封閉面23，半封閉面23的上表面由內(nèi)向外向上傾斜，傾角范圍為15° 60°，半封閉面23的上部開有第二側(cè)孔24，半封閉面23和第二側(cè)孔24截面積相加即為管狀通道22的截面積，所述壁面21上端中心開有狹長(zhǎng)形開口 25，狹長(zhǎng)形開口 25長(zhǎng)度與水平段2長(zhǎng)度相同，貫穿整個(gè)水平段2。所述狹長(zhǎng)形開口 25橫截面為下小上下的梯形，即開口壁面由內(nèi)向外為擴(kuò)張角，形成“八”字形，擴(kuò)張角與豎直線的夾角范圍為10° 50° ;所述狹長(zhǎng)形開口 25與第二側(cè)孔24相連，形成鋼液最終流出浸入式水口的通道。所述水平段2的壁面21與豎直段I的側(cè)壁11連在一起，壁面21左右外側(cè)面與側(cè)壁11相應(yīng)的兩外側(cè)面相平齊，壁面21靠近側(cè)壁11的上下外壁面設(shè)置有加固斜面26，加固斜面26上表面呈傾斜面，與側(cè)壁21和側(cè)壁11之間以實(shí)心耐火材料填充，以達(dá)到加固水平段2和豎直段I連接的目的，所述浸入式水口采用耐火材料通過(guò)等靜壓成型，壁面相互連接成為一整體，此過(guò)程為實(shí)際生產(chǎn)中浸入式水口制作的常規(guī)工藝，故不再詳細(xì)展開敘述。如圖7、圖8所示，在實(shí)際鋼液澆注過(guò)程中，浸入式水口的水平段2插入結(jié)晶器3液面以下，鋼液從浸入式水口豎直段I的內(nèi)腔14的上口進(jìn)入，在重力的作用下流至底部12，經(jīng)過(guò)底部12的緩沖作用，從側(cè)孔15流入水平段2，此時(shí)，一部分鋼液沿著水平段2的管狀通道22向第二側(cè)孔24處流動(dòng)，并從第二側(cè)孔24中流入結(jié)晶器3中，往結(jié)晶器3角部的液面區(qū)域流動(dòng)；另一部分鋼液順著管狀通道22上方的狹長(zhǎng)形開口 25流入結(jié)晶器3中，朝結(jié)晶器3中間部位的液面區(qū)域流動(dòng)。鋼液在豎直段I中向下流動(dòng)和在水平段2中向上流動(dòng)的方向如圖7中箭頭所示。本實(shí)用新型中的鋼液流動(dòng)方式可以顯著降低鋼液的流動(dòng)動(dòng)能，減少鋼液的沖擊，保證鋼液在橫截面上溫度和成分的均勻分布，促使鋼液熱中心上移，有利于夾雜物和氣泡的上浮，為初生凝固坯殼的合理生長(zhǎng)和鑄坯質(zhì)量的提高提供了保證。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳可行實(shí)施例而已，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。
權(quán)利要求1.一種板坯連鑄浸入式水口，由豎直段和水平段組成，所述豎直段包括側(cè)壁和封閉的底部，側(cè)壁與底部相連，圍成豎直方向上頂部開口的空心內(nèi)腔，在靠近底部上方的側(cè)壁上設(shè)有一對(duì)側(cè)孔，兩側(cè)孔與空心內(nèi)腔相連通；所述側(cè)孔四周的壁面向水平方向延伸，形成所述水平段，其特征在于，所述水平段的壁面圍成與側(cè)孔形狀相同的管狀通道，管狀通道一端與側(cè)孔相連，另一端下部封閉、上部開孔，形成半封閉面，管狀通道的上端壁面設(shè)置有與水平段長(zhǎng)度相同的狹長(zhǎng)形開口，并與半封閉面的開孔相連，形成鋼液的最終流出通道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，為了保證浸入式水口流出的鋼液在板坯結(jié)晶器的兩側(cè)均勻分布，因此所述側(cè)孔和側(cè)孔延伸出去的水平段的形狀尺寸完全相同，并且沿水口豎直段中心線呈軸對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，所述水平段半封閉面兩側(cè)內(nèi)壁上表面由內(nèi)至外為向上向外傾斜的斜面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，所述水平段上端狹長(zhǎng)形開口位于水平段上端兩側(cè)內(nèi)壁的中心位置，在狹長(zhǎng)形開口上沿兩側(cè)設(shè)置有向外傾斜的導(dǎo)坡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，所述豎直段和水平段相連接處的外側(cè)面上設(shè)置有加固斜面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，所述豎直段空心內(nèi)腔和側(cè)壁的橫截面設(shè)置為圓形，帶倒角的矩形或前后面為平面，左右兩側(cè)為弧面的扁型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，所述豎直段空心內(nèi)腔底部上表面低于每個(gè)側(cè)孔下沿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，所述豎直段位于側(cè)孔上部的側(cè)壁上，成環(huán)狀的渣線設(shè)置在側(cè)壁的外側(cè)面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板坯連鑄浸入式水口，其特征在于，所述豎直段和水平段上所有壁面均采用耐火材料等靜壓成型。
專利摘要本實(shí)用新型涉及的板坯連鑄浸入式水口，由豎直段和水平段組成，在靠近底部上方的側(cè)壁上設(shè)有一對(duì)側(cè)孔，兩側(cè)孔與空心內(nèi)腔相連通，所述側(cè)孔四周的壁面向水平方向延伸，形成水平段，水平段的壁面圍成與側(cè)孔形狀相同的管狀通道，管狀通道一端與側(cè)孔相連，另一端形成半封閉面，管狀通道的上端壁面設(shè)置有與水平段長(zhǎng)度相同的狹長(zhǎng)形開口，通過(guò)本技術(shù)方案，鋼液流出通道增大，鋼液可充分的擴(kuò)散至整個(gè)結(jié)晶器的橫截面上，保證了結(jié)晶器橫向的溫度和成分均勻性，使?jié)沧⒌母邷劁撘旱臒嶂行纳弦?，保證合理的溫度梯形，利于鑄坯的正常生長(zhǎng)和非金屬夾雜物和氣泡的上浮去除，避免了坯殼重熔和破壞，減小鋼液對(duì)結(jié)晶器液面的擾動(dòng)，有利于連鑄工藝順行和鑄坯質(zhì)量改善。
文檔編號(hào)B22D41/50GK202910266SQ201220339229
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者徐海倫, 青雪梅, 馬春武, 幸偉, 徐永斌 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司