專利名稱：一種方圓坯用多孔連鑄浸入式水口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼的連續(xù)鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于方坯和圓坯連鑄結(jié)晶器用的多孔浸入式水口裝置。
背景技術(shù)：
浸入式水口是冶金領(lǐng)域常用的裝置，其主要作用是防止鋼液的二次氧化、氮化、噴濺，同時避免液面卷渣、調(diào)節(jié)結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動模式和溫度分布，從而促使結(jié)晶器內(nèi)的坯殼均勻無缺陷生長，并盡量減少鋼液中的氣體和非金屬夾雜物。由于浸入式水口對于提高鑄坯質(zhì)量、改善勞動條件、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，因此在世界各國的連鑄機上被廣泛應(yīng)用。但是，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)計合理的浸入式水口結(jié)構(gòu)形狀。目前的板坯和大方坯結(jié)晶器所采用的側(cè)開孔浸入式水口主體結(jié)構(gòu)是耐火材料壓制而成的上端開口、底端封閉、側(cè)面開孔的空心管道，上端開孔的中心內(nèi)腔和靠近底板的側(cè)開孔相互連通，并構(gòu)成澆注時鋼液的流動通道。實際澆注時，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)壁上的側(cè)孔流出，并進去結(jié)晶器內(nèi)。通過對鋼液流動行為的分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)用的側(cè)開孔浸入式水口其實存在以下兩個不利因素第一，水口側(cè)孔數(shù)量有限，不能很好的使鋼液分散流入結(jié)晶器中，使得鋼液對初生凝固坯殼的沖擊較大，容易破壞初生坯殼的形成，特別是鋼液流量較大，這種問題就會更突出。而對于常澆的板坯和方坯用浸入式水口而言，在同一高度的側(cè)壁開多個孔會破壞水口壁面強度，增加水口損壞幾率，同時，為了保證較好的流場，在浸入式水口同一高度的側(cè)壁上，一般板坯開孔為雙孔，方坯最多為四孔。第二，對于現(xiàn)有的浸入式水口結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)側(cè)孔面積較小時，鋼液流股的沖擊強度就會很大，對初生坯殼的沖擊力和對液面的干擾也會很強；而當(dāng)側(cè)孔的面積較大時，鋼液由于受重力作用，總是會從側(cè)孔下部分流出來，側(cè)孔上部分鋼液流動速度很小，甚至不流動，這種情況就是通常所說的側(cè)孔填充度很低，也就是側(cè)孔的有效利用面積很小，因此，在鋼液流量較大時，僅僅增大側(cè)孔面積并不能真正的增大鋼液的出口面積，減少鋼液的沖擊力度，避免初始凝固坯殼的破壞和液面劇烈波動。在授權(quán)公告號為CN201603853U的實用新型專利中，公開了一種用于澆注常規(guī)板坯的放鋼液湍流的四孔浸入式水口，該浸入式水口的主要技術(shù)方案是水口本體的下部管壁上分別設(shè)置有不在同一高度的一對鋼液上吐出孔和一對鋼液下吐出孔。這種浸入式水口的上下不同高度的側(cè)孔對于分散鋼液有一定的作用，但由于鋼液受重力作用，總是向下流動，因此下面?zhèn)瓤椎匿撘毫鞴蓻_擊依然很強，上面?zhèn)瓤琢鞒龅匿撘汉苌?，鋼液并不能很好的均勻分散至各個側(cè)孔。即使下面的側(cè)孔很小，在自上而下的鋼液重力壓迫下，下面?zhèn)瓤卒撘旱臎_擊力很強。因此，這種設(shè)計方式并不能很好分配出口的鋼液流動，減少鋼液對坯殼的沖擊破壞作用
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠使?jié)沧⒌匿撘簭亩鄠€側(cè)孔均勻穩(wěn)定的流出，使結(jié)晶器橫向保持均勻的溫度場和流場，同時，還能減輕鋼液對結(jié)晶器壁面處初生凝固坯殼的沖擊，有利于鑄坯的合理凝固和鑄坯質(zhì)量的改善的浸入式水口。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種方圓坯用多孔連鑄浸入式水口 包括由側(cè)壁和封閉的底板圍成的上端開口的水口本體，所述本體限定了一個垂直的內(nèi)腔，所述側(cè)壁靠近底板上方的位置上開設(shè)有貫通側(cè)壁的側(cè)孔，所述底板上表面中心處設(shè)置有向內(nèi)腔凸出的凸臺，所述凸臺與側(cè)壁之間限定了一個可將鋼液直線流動方式變?yōu)榄h(huán)形流動方式的環(huán)形空隙；所述側(cè)孔為多個，均勻分布在高于底板上表面且低于或等于凸臺上表面的側(cè)壁上。本發(fā)明采用一個底板中心凸出的凸臺配合側(cè)壁形成的環(huán)形空隙在水口內(nèi)腔底板營造了一個緩流鋼液的環(huán)形通道，將鋼液的豎直方向直線流動變?yōu)闄M向環(huán)形流動，能夠使?jié)沧⒌匿撘簭亩鄠€側(cè)孔均勻穩(wěn)定的流出，使結(jié)晶器橫向保持均勻的溫度場和流場，同時，還能減輕鋼液對結(jié)晶器壁面處初生凝固還殼的沖擊，有利于鑄還的合理凝固和鑄還質(zhì)量的改善，充分 發(fā)揮了多側(cè)孔的優(yōu)勢。而且，本發(fā)明浸入式水口保證了良好的密封效果，澆注過程不會吸入空氣；水口出口的注流運動能緩和而均勻的沖洗凝固前沿，不會對初生坯殼產(chǎn)生過大沖擊；降低了注流的沖擊深度而不引起結(jié)晶器液面的劇烈翻滾，壁面液面卷渣和彎月面過大波動；可始終保持結(jié)晶器液面的高溫，促進坯殼合理生長；提高了結(jié)晶器橫向溫度和成分的均勻性。作為優(yōu)選，所述多個側(cè)孔分為三組，縱向布置在側(cè)壁上，從上至下依次為第一組側(cè)孔、第二組側(cè)孔和第三組側(cè)孔，所述每一組側(cè)孔均處于同一高度，其中第一組側(cè)孔的上沿低于或等于凸臺的高度。該結(jié)構(gòu)可使鋼液能夠較好的分配至各組側(cè)孔內(nèi)。作為優(yōu)選，所述三組側(cè)孔的大小相等、形狀相同，每一組側(cè)孔的數(shù)量為四個，并且于同一高度均勻分布在側(cè)壁上，其中相對的側(cè)孔沿水口內(nèi)腔中心線呈軸對稱。該結(jié)構(gòu)使得鋼液的分流效果更穩(wěn)定。作為優(yōu)選，所述水口本體的橫截面為圓形或帶倒角的方形。該結(jié)構(gòu)保證鋼液的均勻分流。作為優(yōu)選，所述側(cè)孔可以為橢圓形、帶倒角的長方形、圓形或者上下為半圓中間為方形的組合形。該結(jié)構(gòu)易于制造。作為優(yōu)選，所述第一組側(cè)孔下沿與水平方向呈向下25°至5°傾角，所述第二組側(cè)孔下沿與水平方向呈向下20°至0°的傾角，所述第三組側(cè)孔的下沿與水平方向呈-10° 10°的傾角。該結(jié)構(gòu)可以使處于水口下端的第三組側(cè)孔流出的鋼液沖擊深度不至于過大，而處于上端的第一組側(cè)孔流出的鋼液對液面的擾動也較小。作為優(yōu)選，所述凸臺的橫截面形狀與水口內(nèi)腔的形狀相同，所述凸臺的橫截面積約為內(nèi)腔橫截面積的O. 5^0. 75倍。該結(jié)構(gòu)可保證澆注進入浸入式水口的鋼液能夠順利的通過所述凸臺與水口內(nèi)壁之間的環(huán)形空隙。作為優(yōu)選，所述側(cè)壁外表面呈環(huán)套狀設(shè)置有渣線。該結(jié)構(gòu)可以較好地保護水口。作為優(yōu)選，所述水口本體由耐火材料通過等靜壓成形制成。該結(jié)構(gòu)保證了水口本體的使用穩(wěn)定性。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，存在如下有益效果
(I)由于水口底板設(shè)計了較高的凸臺，使得水口內(nèi)腔中心流速較高的鋼液遇到凸臺后產(chǎn)生緩沖，并且改變了流動方向，進入凸臺和水口側(cè)壁之間的環(huán)形縫隙，此時，環(huán)形縫隙兩側(cè)的壁面對鋼液產(chǎn)生較大的反向摩擦力，可以減少鋼液的沖擊速度和強度，使拉速澆注時的鋼液能夠平穩(wěn)緩和的流入結(jié)晶器內(nèi)，非常有利于初生凝固坯殼的正常生長。(2)由于水口出口采用了多孔結(jié)構(gòu)，因此鋼液可以從多個側(cè)孔流出，每個側(cè)孔鋼液流股的沖擊效果大幅度削弱，同時，側(cè)孔壁面對鋼液也有反向的摩擦作用，進一步降低鋼液的沖擊速度，避免了鋼液對結(jié)晶器近壁面處初生凝固坯殼的沖擊破壞，也避免液面卷渣和彎月面處的劇烈波動，尤其對于高拉速的方圓坯這樣，這種多孔結(jié)構(gòu)具有非常明顯的好處。( 3 )由于鋼液是從水口的縱向和橫向上的多個側(cè)孔流出，因此澆注的高溫鋼液在結(jié)晶器內(nèi)分配非常均勻，有效的防止局部溫度梯度較大產(chǎn)生的熱應(yīng)力裂紋和局部溫度過低產(chǎn)生的結(jié)冷鋼或保護渣融化不良的問題，有利于鑄坯成分的溫度和質(zhì)量的提高。(4)由于上述結(jié)構(gòu)的浸入式水口使得鋼液的沖擊強度較弱，因此，鋼液的沖擊深度很低，結(jié)晶器熱中心上移，非常有利于夾雜物的上浮，同時，還減輕鑄坯的中心偏析。
附圖I為本發(fā)明一種方圓坯用多孔連鑄浸入式水口的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為圖I中A-A剖視圖。附圖3為本發(fā)明一種方圓坯用多孔連鑄浸入式水口的使用狀態(tài)參考圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的部分實施例。實施例I :
參見附圖I 3，本發(fā)明一種方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，主要由水口本體I組成，水口本體I包括側(cè)壁2和底板3，所述水口側(cè)壁2的外側(cè)面上設(shè)置有一圈渣線4，渣線4深度為15mm,高度為120mm,洛線4下端離水口底板3下表面距離為120mm。在實際應(yīng)用中，水口側(cè)壁2和底板3 —般是由鋁碳質(zhì)或石英質(zhì)耐火材料通過等靜壓成形，渣線4采用耐渣侵蝕性較好的氧化鋯復(fù)合材料。所述側(cè)壁2和底板3相連，并圍成垂直方向上中空的內(nèi)腔5，所述內(nèi)腔5上端開口，下端為封閉的底板3。本體I的橫截面形狀為圓形，當(dāng)然也可以為常見的其他形狀，如帶倒角的方形等。所述底板3的上表面設(shè)置有凸臺6，凸臺6與水口的側(cè)壁2之間形成了環(huán)形空隙7。為了保證澆注進入浸入式水口的鋼液能夠順利的通過所述凸臺6與水口側(cè)壁2內(nèi)表面之間的環(huán)形空隙7，所述凸臺6的形狀與水口內(nèi)腔5的形狀相同，所述凸臺6的橫截面積應(yīng)約為內(nèi)腔5橫截面積的三分之二。所述凸臺6的上表面和四周的壁面可以為光滑的平面，也可以為粗糙的或者帶有溝紋的壁面。所述側(cè)壁2在縱向上從上至下分別設(shè)置了第一組側(cè)孔8、第二組側(cè)孔9和第三組側(cè)孔10，所述第一組側(cè)孔8數(shù)量為四個，大小形狀相同，在側(cè)壁2的同一高度上均勻分布，即相鄰的兩側(cè)孔中心線呈90°夾角，相對的兩側(cè)孔沿水口內(nèi)腔5的中心線呈軸對稱，所述第二組側(cè)孔9和第三組側(cè)孔10的數(shù)量、大小形狀以及在橫向上的布置方式與第一組側(cè)孔8完全相同，其中第一組側(cè)孔8的上沿低于或等于凸臺6的高度。所述第一組側(cè)孔8與第二組側(cè)孔9之間的縱向距離為20mm，所述第二組側(cè)孔9與第三組側(cè)孔10之間的距離也為20mm。所述所有的側(cè)孔均為圓形，當(dāng)然也可以為任何適宜的形狀，如橢圓形、帶倒角的長方形或上下為半圓中間為方形的組合形等。所述第一組8側(cè)孔下沿與水平方向呈向下15°傾角，所述第二組側(cè)孔9下沿與水平方向呈向下10°的傾角，所述第三組側(cè)孔10的下沿與水平方向呈-5°的傾角，這樣可以使處于水口下端的第三組側(cè)孔10流出的鋼液沖擊深度不至于過大，而處于上端的第一組側(cè)孔8流出的鋼液對液面的擾動也較小。為了保證鋼液先進入環(huán)形縫隙7，再從側(cè)孔中流出，所述第一組側(cè)孔8的上沿應(yīng)不高于凸臺6的上表面。為了使鋼液在水口底板3上起到較好的緩沖作用，所述第三組側(cè)孔10的下沿應(yīng)高于底板3的上表面，使底板3形成相對于第三組側(cè)孔的10的凹坑。實際澆注過程中，浸入式水口本體I下端插入結(jié)晶器11內(nèi)，結(jié)晶器11的液面處于渣線4的位置。鋼液從浸入式水口內(nèi)腔5上端流入，靠近側(cè)壁I的鋼液直接流至環(huán)形空隙7內(nèi)，靠近水口內(nèi)腔5中心的鋼液遇到凸臺6的上表面后流動方向發(fā)生變化，并進入環(huán)形空 隙7內(nèi)，環(huán)形空隙7內(nèi)積存的鋼液再分別從第一組側(cè)孔8、第二組側(cè)孔9和第三組側(cè)孔10中流出，并進入結(jié)晶器11內(nèi)，鋼液流動的方向如圖3中的箭頭所示。這種水口結(jié)構(gòu)可以增加鋼液流動的摩擦阻力，將流出的大量鋼液分散至多個孔，可以顯著降低鋼液的流動動能，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和鑄坯質(zhì)量的提高提供了保證，對于高拉速澆注的方圓坯結(jié)晶器而言，這種水口結(jié)構(gòu)尤其適用?？傊?，本發(fā)明水口底板設(shè)計了較高的凸臺，使得水口內(nèi)腔中心流速較高的鋼液遇到凸臺后產(chǎn)生緩沖，并且改變了流動方向，進入凸臺和水口側(cè)壁之間的環(huán)形縫隙，此時，環(huán)形縫隙兩側(cè)的壁面對鋼液產(chǎn)生較大的反向摩擦力，可以減少鋼液的沖擊速度和強度，使拉速澆注時的鋼液能夠平穩(wěn)緩和的流入結(jié)晶器內(nèi)，非常有利于初生凝固坯殼的正常生長。由于水口出口采用了多孔結(jié)構(gòu)，因此鋼液可以從多個側(cè)孔流出，每個側(cè)孔鋼液流股的沖擊效果大幅度削弱，同時，側(cè)孔壁面對鋼液也有反向的摩擦作用，進一步降低鋼液的沖擊速度，避免了鋼液對結(jié)晶器近壁面處初生凝固坯殼的沖擊破壞，也避免液面卷渣和彎月面處的劇烈波動，尤其對于高拉速的方圓坯這樣，這種多孔結(jié)構(gòu)具有非常明顯的好處。由于鋼液是從水口的縱向和橫向上的多個側(cè)孔流出，因此澆注的高溫鋼液在結(jié)晶器內(nèi)分配非常均勻，有效的防止局部溫度梯度較大產(chǎn)生的熱應(yīng)力裂紋和局部溫度過低產(chǎn)生的結(jié)冷鋼或保護渣融化不良的問題，有利于鑄坯成分的溫度和質(zhì)量的提高。采用上述結(jié)構(gòu)的浸入式水口使得鋼液的沖擊強度較弱，因此，鋼液的沖擊深度很低，結(jié)晶器熱中心上移，非常有利于夾雜物的上浮，同時，還減輕鑄坯的中心偏析。應(yīng)理解，上述實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.ー種方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，包括由側(cè)壁(2)和封閉的底板(3)圍成的上端開ロ的水口本體(1)，所述本體(I)限定了ー個垂直的內(nèi)腔(5)，所述側(cè)壁靠近底板上方的位置上開設(shè)有貫通側(cè)壁(2)的側(cè)孔，其特征在于所述底板(3)上表面中心處設(shè)置有向內(nèi)腔(5)凸出的凸臺(6)，所述凸臺(6)與側(cè)壁(2)之間限定了一個可將鋼液直線流動方式變?yōu)榄h(huán)形流動方式的環(huán)形空隙(7);所述側(cè)孔為多個，均勻分布在高于底板(3)上表面且低于或等于凸臺(6)上表面的側(cè)壁(2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述多個側(cè)孔分為三組，縱向布置在側(cè)壁(2)上，從上至下依次為第一組側(cè)孔(8)、第二組側(cè)孔(9)和第三組側(cè)孔(10)，所述每ー組側(cè)孔均處于同一高度，其中第一組側(cè)孔(8)的上沿低于或等于凸臺(6)的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述三組側(cè)孔的大小相等、形狀相同，每ー組側(cè)孔的數(shù)量為四個，并且于同一高度均勻分布在側(cè)壁(2)上，其中相對的側(cè)孔沿水口內(nèi)腔中心線呈軸對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述水口本體(I)的橫截面為圓形或帶倒角的方形。
5.根據(jù)權(quán)利要求f4任一所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述側(cè)孔可以為橢圓形、帶倒角的長方形、圓形或者上下為半圓中間為方形的組合形。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述第一組側(cè)孔下沿與水平方向呈向下25°至5°傾角，所述第二組側(cè)孔下沿與水平方向呈向下20°至0°的傾角，所述第三組側(cè)孔的下沿與水平方向呈-10° 10°的傾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述凸臺(6)的橫截面形狀與水口內(nèi)腔的形狀相同，所述凸臺的橫截面積為內(nèi)腔橫截面積的0. 5^0. 75倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述側(cè)壁(2)夕卜表面呈環(huán)套狀設(shè)置有渣線(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方圓坯用多孔連鑄浸入式水口，其特征在于所述水口本體(I)由耐火材料通過等靜壓成形制成。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計鋼的連續(xù)鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于方坯和圓坯連鑄結(jié)晶器用的多孔浸入式水口裝置。包括由側(cè)壁和封閉的底板圍成的上端開口的水口本體，所述本體限定了一個垂直的內(nèi)腔，所述側(cè)壁靠近底板上方的位置上開設(shè)有貫通側(cè)壁的側(cè)孔，所述底板上表面中心處設(shè)置有向內(nèi)腔凸出的凸臺，所述凸臺與側(cè)壁之間限定了一個可將鋼液直線流動方式變?yōu)榄h(huán)形流動方式的環(huán)形空隙；所述側(cè)孔為多個，均勻分布在高于底板上表面且低于或等于凸臺上表面的側(cè)壁上。本發(fā)明能夠使?jié)沧⒌匿撘簭亩鄠€側(cè)孔均勻穩(wěn)定的流出，使結(jié)晶器橫向保持均勻的溫度場和流場，還能減輕鋼液對結(jié)晶器壁面處初生凝固坯殼的沖擊，有利于鑄坯的合理凝固和鑄坯質(zhì)量的改善。
文檔編號B22D41/50GK102950275SQ20121039181
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者徐海倫, 青雪梅, 馬春武, 幸偉, 徐永斌 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司