CN1068807C - 将液态金属引入金属制品连铸铸模的底部带孔的喷嘴 - Google Patents

Abstract

喷嘴，它用于将液态金属引入平板金属制品连铸铸模中，该铸模具有两个大壁面和两个侧壁，这种类型的喷嘴在其下端具有两个出口浇口，它们被相互相对地制于其侧壁上，并设计成将液态金属各自发送至所述结晶器的侧壁，且至少在所述下端的底部制有两个孔，所述孔的第一组布置在喷嘴纵向对称平面的一侧，该平面包含出口浇口的轴线，还在于，所述孔的第二组布置在所述对称平面的另一侧。

Description

将液态金属引入金属制品连铸铸模的底部带孔的喷嘴

发明涉及金属的连铸，特别是钢的连铸。更确切讲，它涉及由耐火材料制成的，称作“喷嘴”的管，通常，这些管通过它们的上端部与用作液态金属储槽的容器相连接，而这些喷嘴的下端部***至容纳于铸模中的液态金属熔池中，在那里，金属制品开始凝固。这些喷嘴的主要作用是保护液态金属流束在其容器和铸模之间的路径上免遭大气氧化。凭借它们下端部的适当形状，这些喷嘴也可使铸模中的液态金属流动具有良好的指向，从而制品可在尽可能为最好的条件下凝固。

浇铸产生于铸模中，它给予制品以高度拉长短形形状的截面，这通常用名词“平板制品”来表示。在炼钢业中，这就是将钢浇铸成板坯形状的情况，也即说制品具有的宽度大约1至2m，而其厚度一般约20cm左右，但在某些称作“薄板坯浇铸机”的近期设备上，边可低至几个cm。在这些例子中，铸模由固定壁构成，它们与金属不接触的表面被强烈地冷却。通过液态金属直接凝固以获得几毫米厚的钢带的设备也在进行试验。为进行这一项目，采用了铸模，铸模的浇铸空间在其大壁面由一对内冷却的轧辊加以限定，这对轧辊具有平行的水平轴线，并绕这些轴线在相对方向旋转，而在其短侧则被耐火材料制成的闭合平板(称为侧壁)所限定，闭合平板紧贴轧辊的端部而应用。轧辊也可用冷却的环形带来替代。

在这些铸模类型中，认为必须将液态金属流动均匀地向着轧辊取向，也要均匀地向着浇铸空间的侧壁取向。这样，要特别设法获得金属中均匀的热量分布，从而沽少凝固的厚度沿铸模周边的变化。在薄带浇铸情况，由于采用了耐火材料制成的侧壁，所要求的均匀热量分布和液态熔池的搅动就更是至关重要。这是由于邻近侧壁处没有强迫的金属补给，该金属将遭受异常强烈的冷却。在这一情况下，将在侧壁上出现不应有的凝固，特别在它们与轧辊接触区域附近。通常采用强迫金属通过两个孔而不是通过设置在喷嘴底部一个单一孔离开喷嘴以获得这样的定向，这两个孔称为“出口浇口”，相互相对地制于喷嘴下部分的侧壁上。通常，液态金属离开出口浇口，碰撞到铸模的短侧之后，液态金属分成两个回流环。上环在沿着喷嘴向下返回前，察看存在于浇铸空间中的金属表面，而下环在向上向出口浇口返回前，开始沿着铸模的短侧向下流动。

为了获得所要求的均匀分布，有时采用两部分的喷嘴，特别在双轧辊浇铸中(见文件JP-A-60021171)。第一部分由圆柱管组成，其上端与中间包底部的孔相连接，该中间包构成供应铸模的液态金属的储槽，如果需要，该孔可由操作员借助柱塞杆或滑移闸门***将其局部或完全关闭以调节金属的流量。能流入喷嘴的金属最大流速取决于该孔的截面。例如采用螺纹固定于上述管下端的，或在结构上与其成一体的第二部分用于浸没在存在于铸模的液态金属熔池中。它由中空零件构成，上述圆柱形管的下孔通入该中空零件。该中空零件的内侧空间具有拉长的通用形状，并近似与该管垂直而取向。在使用喷嘴时，中空零件平行铸模的大壁面而放置，而液态金属通过制于中空零件各端的两个出口浇口流出，进入至铸模中。

还知道可对刚描述过的类型中的一类喷嘴在它们的底部设置一个或多个孔。通过这一或这些孔流出的金属直接向位于竖直紧挨喷嘴之下的铸模部分供给热金属，这改进了浇铸空间中，特别是靠近轧辊处的热量分布的均匀性。当有若干个这样的孔时，它们在平行于出口浇口的总取向方向排列。当这些孔的总面积小于出口浇口的总面积时，这些孔有时又称作“洩漏孔”(见，例如文件FR 2233 121)。在这一情况下，它们的作用也是消耗碰撞喷嘴底部的金属的部分能量，使该金属的某些部分得以通过底部而流出。这样，从底部弹回和干扰金属通过出口浇口向上流动均匀度的液态金属量就受到限制。在所有情况下，金属在出口浇口区域的流出速度减小，因为它们供应得更为合适。这样获得的向外流动在铸模之内更平稳，随时间更均匀，这强化了浇铸制品的质量。同样，出口浇口被金属中非金属夹杂物阻塞的速率也降慢。

在早先提及的这类用于双轧辊浇铸的喷嘴中，从而可以在喷嘴的底部布置使用一行这样的孔，这些孔排列的取向平行中空零件的总取向，位于喷嘴的纵向对称平面上。

用这一方法布置一个或多个喷嘴底部孔的缺点在于，通过每一孔流出的热金属趋于被挟带在通过出口浇口流出的金属下回流环的上升部份。因此，该热金属只有一小部分得以进入浇铸空间中央部分的深度，赋予这些孔的在该空间中提供均匀热量分布的作用未能正确地完成。

发明的目的是提供一种喷嘴下部分形状，该形状使它能采用单个喷嘴的底部孔，真正获得均匀的热量分布。

发明的对象是用于将液态金属引入平板金属制品连铸铸模中的喷嘴，该铸模具有两个大壁面和二个侧壁，该类型的喷嘴在其下端具有两个出口浇口，它们被相互相对地制于其侧壁上，并设计成将液态金属各自发送至所述铸模的侧壁，且至少在所述下端的底部制有两个孔，其特征在于，所述孔的第一组布置在喷嘴纵向对称平面的一侧，该平面包含出口浇口的轴线，还在于，所述孔的第二组布置在所述对称平面的另一侧。

正如将要了解到的，发明在于提出孔不再分布在喷嘴纵向对称平面上，而是分布在该对称平面的两侧。

通过对结合以下附图进行的下述说明的研究，将对发明有更清楚的了解，其中：

图1a和1c示意地展示，在采用具有单个底部孔的常规喷嘴情况下，双轧辊浇铸铸模的浇铸空间和液态金属流动在按Ⅰa-Ⅰa的纵向截面和在按ⅠC-ⅠC的横向截面的大致指向，图1b是喷嘴按Ⅰb-Ⅰb的横截面；

图2a和2c示意地展示，在采用本发明提出的喷嘴的第一个例子情况下，双轧辊浇铸铸模的浇铸空间和液态金属流动在按Ⅱa-Ⅱa的纵向截面和在按Ⅱc-Ⅱc的横向截面的大致指向，图2b是喷嘴按Ⅱb-Ⅱb的横截面；

图3展示，在采用本发明提出的喷嘴的第二个例子情况下，这些流动的横截面。

如大家知道的，示于图1a和1c的诸如钢的液态金属的薄带连铸设备包括两个具有水平轴线的轧辊1,1′，这些轧辊在相对方向绕它们的轴线旋转，并在内部强烈地被冷却。它们的圆柱形横向表面2,2′在这两个横向表面之间确定浇铸空间，该浇铸空间被靠着轧辊1,1′的端部4,4′施加的两个耐火材料制成的侧壁3,3′所封闭。液态金属5通过喷嘴6被引入至该浇铸空间，该喷嘴6与容纳所述金属5储量的中间包(未表示)相连接。金属5贴着轧辊1,1′的冷却壁2,2′凝固，形成厚度逐渐增加的表皮7,7′，它们在颈部8，也即在轧辊1，1′的表面2,2′之间的距离为最小的区域内接合在一起，该距离等于意欲浇铸的带的厚度。因此，紧挨颈部8底下的是凝固的带9，它与轧辊1,1′分离，并被已知的装置(未表示)从设备中抽出。

按已知的现有技术，喷嘴6采用耐火材料管的形式，其端部在存在于浇铸空间的液态金属5中浸入深度h。液态金属5通过制于喷嘴6的侧壁中的两个圆柱形出口浇口10，10′流出，进入浇铸空间。这些出口浇口10，10′在喷嘴6的横截面上(见图1b)是径向相对的，每一个近似为水平指向，面向侧壁3,3′中的一个。大家还知道的是，在所示的情况下，喷嘴6具有一个制于其底部的单个垂直底部孔11。举例来说，当浇铸金属是钢时，设备各部件的主要尺寸是：

-轧辊1,1′的长度和直径：860和1500mm；

-颈部区域浇铸空间的宽度：3mm；

-浇铸空间中，液态金属5的熔池的深度：400mm；

-喷嘴6的浸没深度h：#40mm；

-喷嘴6的内、外直径：60和100mm；

-出口浇口10,10′的直径：40mm；

-底部孔11的直径：15mm。

在图1a和1c中，液态金属5的最佳流动方向由箭头表示。图1a表示了铸模纵向中间平面Ⅰa-Ⅰa上的流动。如在连铸中常见的情况，而不仅在薄制品的连铸中常见的，离开出口浇口10的金属被引向侧壁3，在靠近它时，就分成两个回流环。第一环12最初上升，察看容纳于浇铸空间中液态金属5的熔池表面13返回喷嘴6，然后向下沿着喷嘴6返回。第二环14最初下降，切向地引向侧壁3，然后，在沿浇铸空间的横向中间平面ⅠC-ⅠC向上返回至喷嘴6之前，引向颈部8。对于离开另一出口浇口10′的金属，可观察到相对该横向中间平面ⅠC-ⅠC与前述流动对称的流动。离开底部孔11的金属首先竖直地流动，然后被吸纳在第二环14中。在浇铸空间大致为半高的位置，金属趋于被带走在第二回流环(或其镜像)中。事实上，该金属没有一部分实质上是直接到达颈部8的。请看图1c中铸模横向中间平面ⅠC-ⅠC的最佳流动，由此也可看到，离开底部孔11的金属在其离开喷嘴6之后很快趋于被带向铸模的上部区域。由于这些流动的结果，位于紧挨喷嘴6竖直下方的这些浇铸空间区域绝大部分仅由这样的金属来供应，即由于其作用，该金属已在浇铸空间中停留相当长的时间，此外,它还曾紧靠轧辊1,1′和侧壁3,3′流动过。由于这些原因，该金属要比为确保浇铸空间满意的均匀热分布要求的更冷。特别还观察到，由于这一原因，带G中央区域的凝固条件与其横向区域的主要凝固条件有很大差别，在该横向区域中，绝大部分供应的是较热的液态金属。因此，带9的凝固结构在其芯体的整个宽度上是不均匀的，这可能导至成品机械性能的显著差异。

示于图2a和2c的浇铸设备与前述设备的不同在于它装备了本发明提出的喷嘴15，该喷嘴也示于图2b中。该喷嘴15与前述喷嘴的不同在于，它不是装备了一个，而是装备了两个竖直底部孔16,16′，它们对准的方向近似与出口浇口10,10′的总指向垂直，这由图2b可看到。因此，它们布置在平面Ⅱa-Ⅱa的两侧，该平面构成对于喷嘴15是纵向对称的，包含出口浇口10,10′轴线的平面。例如，这些底部孔具有15mm的直径，其它应用条件与前述例子的相同。与图1a和1c中的参考形状相比，浇铸空间中的流动大大改变。至于离开出口浇口10,10′的金属流动，如由浇铸空间的纵向中间平面Ⅱa-Ⅱa可看到，仍旧有最初先上升的第一回流环12。也可发现最初先下降的第二回流环，但对于该第二回流环，液态金属5主流的上升要远比参考形状中的发生得早得多。这是由于存在着第三回流环17，它主要容纳由底部孔16,16′流出的液态金属5。由于从底部孔16,16′流出的平行流束具有比单一流束更高的总流速，因此它们能更好地抗拒第二环14作用于它们的吸力，能尽可能远地下降进入到浇铸空间中，也即，远至颈部8，在那里它们与带9的凝固前沿碰撞。然后这些流束先沿着该凝固前沿流动，最后上升向喷嘴6返回。请看表示于图2c的，横向中间平面Ⅱc-Ⅱc的流动，这也表示，从底部孔16,16′流出的流束要比单个底部孔将液态金属5输送得更深入到浇铸空间中。此外，这些流束具有吸引从浇铸空间上部区域流出的液态金属的趋势，这进一步改进熔池的搅动和其热量分布的均匀性。最后，由于它们比孔放置在喷嘴15中间平面的情况更靠运转辊，因此它们靠近轧辊时能提供更多的热量。

如图3a,3b,3c所示，作为另一种方案，给予底部孔18,18′的指向可以不再是竖直的，而是倾斜的，并使它们这样的会聚，以便由其流出的流束在浇铸空间的纵向中间平面Ⅲa-Ⅲa相遇。这样，由底部孔流出射流的要求的深入渗透效果得到进一步加强。

刚才说明和展示的发明的演示性实施例当然不是限制性的。假如喷嘴的几何形状对此有助，可以安排使用附加的底部孔，重要的是将它们分布在出口浇口的轴线所在的喷嘴纵向中间平面的两侧。这样，例如该发明可用于图4a和4b所示的喷嘴情况。这些喷嘴19是由耐火材料制成的两个主要部分构成，这里是通过将第一部分拧入至第二部分连接而成。该第一部分包括圆柱形或近似为圆柱形的管20，其内侧空间构成液态金属流通经过的路径。其上部分(未表示)用于与连铸中间包连接。该管的下端21在其外壁具有螺纹22，而该螺纹22使它得以与喷嘴19的第二部分连接。该第二部份是由中空零件23构成，在所说明和展示的例子中，在外部该中空零件具有倒置T字形状。中空零件23的内侧空间也呈倒置T字形状，从而具有一个管20的内空间延伸的圆柱形部分24。该圆柱形部分24的上部区域包括带攻有螺纹壁的壳体25，从而使它可能将管20的下端部21拧入于其中。圆柱形部分24伸入一个基本与其垂直的管状部分26，在所示例子中，该管状部分具有近似为正方的截面(应理解，该截面也可是短形，圆形，椭圆形等)。该管状部分26的两端各具有出口浇口27,27。发明提出，管状零件26的底部28装备有底部孔29-35,29′-35′。它们排列成两个平行的行。分布在管状零件26的垂直对称平面Ⅳa-Ⅳa的两侧。在所示的例子中，相互面对的底部孔29-35,29′-35′的轴线是以与图3a,3b,3c所示例子的相似方式会聚的，但也可想象简单垂直地钻进这些底部孔29-35,29′-35′。当然，假如中空零件23的内侧空间不是简单的倒置T字形状，发明也同样适用，重要的是该内侧空间终止于一个拉长部分，其取向与铸模的大壁平行，在该拉长部分的端部形成有出口浇口。

本发明提出，在喷嘴内流动的分布越均匀，随时间越稳定，所有底部孔就越有效。为此目的，建议在喷嘴内，沿液态金属的路径放置由耐火材料制成的障碍物，通过对金属流动的降慢，该障碍物也有助于改进填喷嘴的方法，从而降低建立于其中的流动随时间的脉动。在专利申请FR 95 11375中对这样的障碍物进行了说明。为举例起见，示于图4a的喷嘴19安装有这样的障碍物。后者由一叠三只打孔的圆盘36,37,38构成，它们被布置在壳体25的下部分，而管20的下端部***到壳体25中，上圆盘36和下圆盘38具有相对小的孔39，而每个圆盘的孔布置成相对另一圆盘的孔是偏移的。中央圆盘37具有单个大孔40，其直径稍小于管20的直径，实际上，它起分隔另外两个圆盘的分隔板作用。当然，障碍物这一例子并不是限制性的，可以设想其它的形状，也可应用于与本发明提出的喷嘴不同的其它类型的喷嘴。

本发明提出的，已经加以说明和展示的这类型喷嘴可用于薄金属带的双轧辊连铸设备上。它们也可有效地用于有较大截面的，例如具有常规厚度(大约200mm)或较小厚度的钢板坯的，平板金属制品的双轧辊连铸设备。一般讲，发明适用于平板制品的连铸设备，其铸模具有矩形或近似矩形的截面(其尺寸可在铸模高度范围内变化)，其喷嘴具有出口浇口，它们将液态金属送向铸模的侧壁。

Claims (6)

1．喷嘴(15,19)，用于将液态金属(5)引入至平板金属制品连铸铸模中，该铸模具有两个大壁面(2,2′)和两个侧壁(3,3′)，该类型的喷嘴在其下端具有两个出口浇口(10,10′)，它们被相互相对地形成于其侧壁上，并用于将液态金属(5)各自发送至所述铸模的侧壁(3,3′)，且至少在所述下端的底部制有两个孔(16,16′,18,18′,29-35,29′-35′)，其特征在于，所述孔的第一组(16,18,29-35)布置在喷嘴纵向对称平面(Ⅱa-Ⅱa,Ⅲa-Ⅲa,Ⅳa-Ⅳa)的一侧，该平面包含出口浇口的轴线，还在于，所述孔的第二组(16′,18′,29-35′)布置在所述对称平面(Ⅱa-Ⅱa,Ⅲa-Ⅲa,Ⅳa-Ⅳa)的另一侧。

2．如权利要求1的喷嘴(15,19)，其特征在于第一组中孔(18,29-35)的取向使由此离开的液态金属的方向与所述第二组中孔(18′,29′-35′)给予由其离开的液态金属的方向相会聚。

3．如权利要求1或2的喷嘴(19)，其特征在于，所述下端是一件中空零件(23)，其内侧空间终止于一个拉长部件，该拉长部件的取向设计成大致与铸模的大壁面(2,2′)平行，所述出口浇口(27,27′)形成于该拉长部件的端部。

4．如权利要求3的喷嘴，其特征在于所述中空零件(23)的内侧空间是倒置的T字形状。

5．如权利要求1的喷嘴，其特征在于在其内部，它包含放置在液态金属路径上的障碍物(36,37,38)。

6．用于带材(9)的直接双轧辊(1,1′)连铸设备的喷嘴(15,19)，其特征在于，它是权利要求1～5中任一所述的喷嘴。

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