CN102794445B - 板坯连铸浸入式水口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的板坯连铸浸入式水口，由竖直段和水平段组成，在靠近底部上方的侧壁上设有一对侧孔，两侧孔与空心内腔相连通，所述侧孔四周的壁面向水平方向延伸，形成水平段，水平段的壁面围成与侧孔形状相同的管状通道，管状通道一端与侧孔相连，另一端形成半封闭面，管状通道的上端壁面设置有与水平段长度相同的狭长形开口，通过本技术方案，钢液流出通道增大，钢液可充分的扩散至整个结晶器的横截面上，保证了结晶器横向的温度和成分均匀性，使浇注的高温钢液的热中心上移，保证合理的温度梯形，利于铸坯的正常生长和非金属夹杂物和气泡的上浮去除，避免了坯壳重熔和破坏，减小钢液对结晶器液面的扰动，有利于连铸工艺顺行和铸坯质量改善。

Description

板坯连铸浸入式水口

技术领域

本发明属于钢的连续铸造技术领域，更确切的说，涉及一种板坯连铸浸入式水口。

背景技术

钢的连续浇注是将具有一定过热度的液态钢水通过水冷结晶器连续冷却成具有一定形状的固态铸坯的过程，在此过程中，需要有一个耐火材料制作的套管将钢液从上游的冶金容器中注入结晶器内，该耐火材料套管被称为浸入式水口；浸入式水口上端垂直安装于上游冶金容器的底部，下端***结晶器钢液面以下，其主要作用是防止钢液的二次氧化、氮化、喷溅，同时避免液面卷渣、调节结晶器内钢液的流动模式和温度分布，从而促使结晶器内的坯壳均匀无缺陷生长，并尽量减少钢液中的气体和非金属夹杂物，由于浸入式水口对于提高铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作和防止铸坯表面和内部质量缺陷等方面均有显著的效果，因此在世界各国的连铸机上被广泛应用。

通常，要使得浸入式水口能够较好的发挥其冶金作用，就必须设计合理的浸入式水口结构形状，从而得到适应于当前浇注条件的合理结晶器流场和温度场，一般而言，合理的结晶器流场和温度场包含以下三个方面：（1）适当的结晶器液面波动和表面流速，其目标是既能防止液面裸露、保护渣翻卷以及弯月面破坏等不利因素，同时又能保证保护渣的正常熔化；（2）结晶器横向上均匀的温度和成分分布，其目的是防止横向热应力过大产生的纵裂和成分不均匀产生的偏析；（3）结晶器纵向上合理的温度梯度；为了促进坯壳较好的凝固，在保证上述两个条件下应该尽量提高钢液的热中心，使结晶器内形成上部温度高下部温度低的合理温度梯度，这样既可以尽量提高铸坯内部质量，又可以防止结晶器出口坯壳过薄而漏钢。

现有技术下，板坯连铸结晶器主要采用双侧孔浸入式水口浇注，其主体结构是由耐火材料压制而成的底端封闭的管道，包含上开口的垂直方向的内腔和与内腔相连的左右对称的两个侧孔，浇注时两侧孔对准结晶器两边窄面中心，上游冶金容器的钢液从浸入式水口的内腔上开口流入，从靠近底面的侧壁上的两个对称侧孔流出，并进入结晶器内，钢液从侧孔流出撞击结晶器窄面后反弹，并形成上循环流和下循环流，上循环流对结晶器液面和保护渣形成冲击，下循环流进去结晶器底部。

结合前面提到合理的结晶器流场和温度场的基本特点可知，采用现有的双侧孔浸入式水口浇注时，通常会存在以下三个弊端：第一，由于高温钢液从浸入式水口内腔垂直流下后直接从侧孔流出，缺少必要的缓冲，因此钢液的冲击速度很大，对结晶器窄面的初生凝固坯壳造成破坏，还会造成坯壳的重熔，不利于坯壳的正常生长；第二，由于钢液从水口侧孔流出的有效面积较小，因此钢液流股比较集中，对结晶器窄边附近的局部冲击较大，可能造成窄面附近的弯月面出现较大液面波动或液面卷渣，而靠近水口的液面位置又会出现钢液流动的死区，钢液温度较低，严重时会出现保护渣结壳，同时，这种钢液流动状态也不利于结晶器横向温度和成文的均匀化。第三，由于钢液冲击结晶器窄面后，形成上下两个回流，多数情况下，下部钢液的循环流数量更多，这样会使得结晶器下部温度较高，上部温度偏低，不能在纵向上形成合理的温度梯度，这样恶化铸坯的内部质量，同时不利于钢液中夹杂物和气泡的上浮去除。

在公告号为CN201082465Y的实用新型专利中，公开了一种连铸用浸入式水口，该浸入式水口的其中一个重要特征是水口侧孔的出口具有延长段，此延长段可以起到较好的导流和缓冲作用，但是，由于水口侧孔延长段阻止了钢液的扩散，使得水口出口的流股会更集中的冲击结晶器窄面的凝固坯壳，破坏了窄面坯壳的正常生长，同时，也非常不利于结晶器横向钢液温度和成分的均匀性，当然，也不能使钢液在纵向上保持上部温度高、下部温度低的合理模式，因此，该浸入式水口并不能有效的解决上述弊端。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足而提供一种板坯连铸浸入式水口，通过本技术方案，能够有效的优化板坯连铸结晶器内流场和温度场，避免钢液流股对窄面坯壳的冲击，增加结晶器横断面的温度和成分均匀性，并使钢液热中心尽量上移，促进坯壳的合理生长和夹杂物及气泡的迅速上浮。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种板坯连铸浸入式水口，由竖直段和水平段组成，所述竖直段包括侧壁和封闭的底部，侧壁与底部相连，围成竖直方向上顶部开口的空心内腔，在靠近底部上方的侧壁上设有一对侧孔，两侧孔与空心内腔相连通；所述侧孔四周的壁面向水平方向延伸，形成所述水平段，所述水平段的壁面围成与侧孔形状相同的管状通道，管状通道一端与侧孔相连，另一端下部封闭、上部开孔，形成半封闭面，管状通道的上端壁面设置有与水平段长度相同的狭长形开口，并与半封闭面的开孔相连，形成钢液的最终流出通道。

为了保证浸入式水口流出的钢液在板坯结晶器的两侧均匀分布，因此所述侧孔和侧孔延伸出去的水平段的形状尺寸完全相同，并且沿水口竖直段中心线呈轴对称。

所述水平段半封闭面两侧内壁上表面由内至外为向上向外倾斜的斜面，这样可以尽量使钢液向上运动，保证结晶器液面的高温和夹杂物及气泡的顺利上浮。

所述水平段上端狭长形开口位于水平段上端两侧内壁的中心位置，在狭长形开口上沿两侧设置有向外倾斜的导坡，使得长形开口由内向外为扩张倾角，形成“八”字形，这样可以使钢液在流出的过程中，在导坡的导流作用下非常均匀的分散至结晶器的横断面，有利于钢液的温度和成分均匀化。

所述竖直段和水平段相连接处的外侧面上设置有加固斜面，保证水平段与竖直段的连接更加牢固可靠，避免水平段在钢液的冲击下出现断裂和脱落。

所述竖直段空心内腔和侧壁的横截面设置为圆形，带倒角的矩形或前后面为平面，左右两侧为弧面的扁型。

所述竖直段空心内腔底部上表面低于每个侧孔下沿，空芯内腔底部形成凹坑，更加有效的缓冲钢液的冲击力度。

所述竖直段位于位于侧孔上部的侧壁上，环套状渣线。

所述竖直段和水平段上所有壁面均采用耐火材料等静压成型。

采用上述技术方案后的有益效果是：一种板坯连铸浸入式水口，通过技术方案与现有技术相比具有以下优点：

（1）由于侧孔的水平延长段上端开有狭长形开口、远离侧孔端为半封闭面，二者连成了钢液的流出通道，这种钢液流出通道较大，并且在结晶器宽面上更加分散，可以使钢液更加均匀的流出，更加充分的扩散至整个结晶器的横截面上，保证了结晶器横向的温度和成分均匀性，有利于坯壳的均匀凝固。

（2）由于侧孔水平延长段的钢液流出通道均为向上导流孔，因此可以使浇注的高温钢液尽量向上运行，热中心上移，保证纵向上合理的温度梯形，有利于铸坯的正常生长和内部质量的提高，同时，有利于非金属夹杂物和气泡的上浮去除。

（3）由于侧孔的水平延长段上端开有狭长形开口，远离侧孔端为半封闭上倾斜面，这样可以大大减少从侧面流出钢液的流量，减轻钢液对结晶器侧面初生凝固坯壳强烈冲击，避免了坯壳重熔和破坏。

（4）由于本浸入式水口采用凹形的底面和侧孔延长水平段，这样可以两次改变钢液的流动方向，大幅度缓冲和耗散钢液的冲击动能，减小钢液对结晶器液面的扰动，防止了过大的液面波动和保护渣翻卷，有利于连铸工艺顺行和铸坯质量改善。

附图说明

图1为本发明整体剖视图。

图2为图1的侧视剖视图。

图3为图1的A-A向剖视图。

图4为图1的B-B向剖视图。

图5为图1的C-C向剖视图。

图6为图1的D-D向剖视图。

图7是本发明的实施例中浸入式水口布置在板坯结晶器内的正向剖视图。

图8是本发明的实施例中浸入式水口布置在板坯结晶器内的E-E剖视图。

附图中标号如下，1—竖直段，11—侧壁，12—底部，13—渣线，14—空心内腔，水平段，21—壁面，22—管状通道，23—半封闭面，24—第二侧孔，25—狭长形开口，26—加固斜面，27导坡、3—板坯结晶器。

具体实施方式

下面结合本发明的具体实施例和说明书附图1-8对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1～图6所示，本发明涉及的板坯连铸浸入式水口，由竖直段1和水平段2组成，所述竖直段1包括侧壁11和封闭的底部12，在侧壁11的外侧面上设置有成环状的渣线13，所述渣线13的深度为10～25mm，高度为100～160mm, 渣线13下端离水口底部12下表面距离为60～120mm；所述侧壁11和底部12相连，并围成竖直方向上顶端开口的空心内腔14，所述侧壁11和空心内腔4的横截面形状可以为圆形，带倒角的方形或前后为平面、左右为弧面的扁型。

所述侧壁11上设置有两个大小形状相同的侧孔15，两侧孔15沿空心内腔14的中心线呈轴对称，并与空心内腔14相互连通。所述侧孔15可以设置为椭圆形，带倒角的长方形，圆形或左右为半圆、中间为方形的组合体，所述侧孔15下沿到底部12的上表面的距离为10-40mm, 使底部12相对于侧孔15形成凹坑。

所述侧孔15四周的壁面向外延伸，形成水平段2，所述两侧孔15的延伸水平段2大小形状也完全相同，并且沿竖直段1内腔15的中心线呈轴对称，所述侧孔15和水平段2的对称设置是完全必要的，这样可以保证水口内的出流可以对称均匀的分至水口两侧，以保证整体流场和温度场的均衡性。

所述水平段2包括壁面21和半封闭面23，壁面21围成中空的管状通道22，管状通道22形状大小与侧孔15相同，其一端与侧孔15相连，形成一个水平流动通道，另一端为半封闭面23，半封闭面23的上表面由内向外向上倾斜，倾角范围为15°～60°，半封闭面23的上部开有第二侧孔24，半封闭面23和第二侧孔24截面积相加即为管状通道22的截面积，所述壁面21上端中心开有狭长形开口25，狭长形开口25长度与水平段2长度相同，贯穿整个水平段2。所述狭长形开口25横截面为下小上下的梯形，即开口壁面由内向外为扩张角，形成“八”字形，扩张角与竖直线的夹角范围为10°～50°；所述狭长形开口25与第二侧孔24相连，形成钢液最终流出浸入式水口的通道。

所述水平段2的壁面21与竖直段1的侧壁11连在一起，壁面21左右外侧面与侧壁11相应的两外侧面相平齐，壁面21靠近侧壁11的上下外壁面设置有加固斜面26，加固斜面26上表面呈倾斜面，与侧壁21和侧壁11之间以实心耐火材料填充，以达到加固水平段2和竖直段1连接的目的，所述浸入式水口采用耐火材料通过等静压成型，壁面相互连接成为一整体，此过程为实际生产中浸入式水口制作的常规工艺，故不再详细展开叙述。

如图7、图8所示，在实际钢液浇注过程中，浸入式水口的水平段2***结晶器3液面以下，钢液从浸入式水口竖直段1的内腔14的上口进入，在重力的作用下流至底部12，经过底部12的缓冲作用，从侧孔15流入水平段2，此时，一部分钢液沿着水平段2的管状通道22向第二侧孔24处流动，并从第二侧孔24中流入结晶器3中，往结晶器3角部的液面区域流动；另一部分钢液顺着管状通道22上方的狭长形开口25流入结晶器3中，朝结晶器3中间部位的液面区域流动。钢液在竖直段1中向下流动和在水平段2中向上流动的方向如图7中箭头所示。

本发明中的钢液流动方式可以显著降低钢液的流动动能，减少钢液的冲击，保证钢液在横截面上温度和成分的均匀分布，促使钢液热中心上移，有利于夹杂物和气泡的上浮，为初生凝固坯壳的合理生长和铸坯质量的提高提供了保证。

以上所述，仅为本发明的较佳可行实施例而已，并非用以限定本发明的范围。

Claims (6)

1.一种板坯连铸浸入式水口，由竖直段和水平段组成，所述竖直段包括侧壁和封闭的底部，侧壁与底部相连，围成竖直方向上顶部开口的空心内腔，在靠近底部上方的侧壁上设有一对侧孔，两侧孔与空心内腔相连通；所述侧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，所述水平段的壁面围成与侧孔形状相同的管状通道，管状通道一端与侧孔相连，另一端下部封闭、上部开孔，形成半封闭面，管状通道的上端壁面设置有与水平段长度相同的狭长形开口，并与半封闭面的开孔相连，形成钢液的最终流出通道，为了保证浸入式水口流出的钢液在板坯结晶器的两侧均匀分布，因此所述侧孔和侧孔延伸出去的水平段的形状尺寸完全相同，并且沿水口竖直段中心线呈轴对称，所述水平段半封闭面两侧内壁上表面由内至外为向上向外倾斜的斜面，所述水平段上端狭长形开口位于水平段上端两侧内壁的中心位置，在狭长形开口上沿两侧设置有向外倾斜的导坡。

2.根据权利要求1所述的板坯连铸浸入式水口，其特征在于，所述竖直段和水平段相连接处的外侧面上设置有加固斜面。

3.根据权利要求1所述的板坯连铸浸入式水口，其特征在于，所述竖直段空心内腔和侧壁的横截面设置为圆形，带倒角的矩形或前后面为平面，左右两侧为弧面的扁型。

4.根据权利要求1所述的板坯连铸浸入式水口，其特征在于，所述竖直段空心内腔底部上表面低于每个侧孔下沿。

5.根据权利要求1所述的板坯连铸浸入式水口，其特征在于，所述竖直段位于侧孔上部的侧壁上，环套状渣线。

6.根据权利要求1所述的板坯连铸浸入式水口，其特征在于，所述竖直段和水平段上所有壁面均采用耐火材料等静压成型。