CN1131067A - 用于连续铸造扁坯的结晶器的注口 - Google Patents
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Abstract
用于连续铸造扁坯的结晶器的注口，其出口位于弯液面的下面，并包括截面积为(S)，标称直径为(D)的第一进料室，该室的下端与第二膨胀室相连，第二膨胀室在其离开第一进料室的出口至少0.3D的距离处包括一个吸收能量用的阻流装置。第二膨胀室的高度为至少7.0D，其出口的宽侧边至少为4.5D，窄侧边为至少0.5D，第二膨胀室在其下端有长度至少为1.0D的终段。
Description
本发明涉及一种用于连续铸造扁坯的结晶器的注口。
按照本发明的注口可以用于连续铸造扁坯，不论是常规扁坯，中等尺寸的平板，还是薄扁坯。
这里的扁坯是指由连续铸造得到的宽度为700至2500毫米，厚度为30至300毫米的未经加工的产品。
连续铸造领域内的技术现状存在由于注口在弯液面以下放出熔融的金属在铸模中所产生的湍流而出现的问题。
这种湍流的产生主要是由于为了确保铸造的高速度而需要高的液流速度所要求的液态金属的高的供给速度，这种湍流使杂质非常难于重新升到表面，这是因为湍流把这些杂质拉开。
由于结晶器中的湍流，液态钢水随着钢水也一起带走在弯液面上面的层中所包括的覆盖粉末的一部分；因此，这些粉末在固化过程中被包括在铸件中，降低了产品质量。
除去这些粉末也造成需要经常清除这一粉末层，并导致所形成的表面与结晶器的侧壁的内侧面之间的润滑不足。
此外，这种湍流造成表面的形成过程中表面的擦伤问题；这种情况要求用表面喷出物把扁坯的表面再熔化，从而不能增加铸造的速度，同时有很大的可能会破坏表面。
还有，为了减小湍流在弯液面处的问题，采取的步骤是把注口沿着一个长段浸入熔融金属的弯液面以下，使得可以大大减小到达弯液面的湍流。
然而，这样一来，不仅使靠近弯液面的熔融金属变冷，从而降低了把粉末熔化的能力，并因此减小了润滑的能力，而且使结晶器的一长段的竖直段不能被使用。
已知的注口的底部是关闭的，它们有横向的注孔，朝向铸造室的狭窄侧壁。
也已知一种横向注孔的出口朝上和朝下的注口。
这些注口没有完全解决擦伤侧壁的问题，还会在弯液面的高度上在熔融金属内造成湍流，因此增强粉末杂质的沉积把弯液面覆盖起来。
FR—A—2243043公开了一种湍流的注口，它有基本上不变的截面，带有与一个在其下端和上端打开的贮存外壳相连的多个横向注孔；该贮存外壳包括偏转侧壁，这些侧壁与注孔有关，并确定了一个喷射熔融钢水的室，这些钢水流过一个自由的直段，然后折向上或向下。
可以使这些折转侧壁按照能得到最佳放料的区域进行构形。
这种注口中的注孔造成熔融钢水的加速运动，钢水在进入铸模的出口处附近获得动能，此动能由于与侧壁(这些侧壁仅只实现钢水的偏转)碰撞只被部分地耗散掉。
因此，熔融的钢水有过高的流出速度，造成在熔融金属中的湍流强的问题，导致上述的杂质问题，润滑不足的问题以及侧壁擦伤的问题。
此外，流进的熔融钢水不能与铸模中的熔融钢水适当地混合，从而造成温度不同的区域。
还有，此实施例使得必须把注口深深地浸入到弯液面下的熔融金属中，从而减小了结晶器可用的高度。
US—A—3669181公布了一种带有横向出口孔的注口，这些孔与使熔融钢水偏转的装置合作，并向上收缩成一个上出口狭缝。
此上出口狭缝在正常的工作过程中不能消除在弯液面上的湍流；此外，由于其尺寸小，容易被矾土的沉积物堵塞，造成所有的熔融钢水向下折转。
这种情况造成弯液面的固化，并可能造成铸造过程的中断，这是由于润滑用的粉末不再能被熔化。
此外，由于被引导到铸模的侧面的液流，表面有较大的擦伤。
应该注意到，先有技术的这一专利包括一个与注口的下部相比尺寸较小的上放料导管，从而显著地降低了下部的熔融金属的速度。
事实上，从金属所具有的动能的观点看来，下部实际上是不重要的，射流对着底面被猛烈地粉碎，因此在出口孔中产生强湍流，并从而在进料流中产生强湍流，使进料流不是始终如一的，不是可控制的。
EP—A—0482423公开了一种注口，它的底部至少被部分地打开，并包括一个有适中直径的湍流送料件，该件在其下端扩张开形成一个熔融钢水流的减速室。
在用来在轴向上放出熔融钢水的小截面积的轴向放料出口之前紧挨着设有一个分流用的阻流装置，它阻挡住熔融金属的速度，并且同时把液流分成朝向放料出口的两股流。
此实施例除了把熔融钢水放入铸模中的速度仍然过高之外，还增加了湍流和在铸造室中砂眼的产生以及所有有关的麻烦问题。
此外，此注口不可避免地必须深深地浸入弯液面下的熔融金属之中，以便减小弯液面自身的湍流。
WO 89/12519也公开了一种注口，它带有一个减小速度和把液流分开的阻流装置，此阻流装置基本上沿着注口的整个长度设置。
这种注口基本上有与EP—A—0482423相同的缺点，具体地说，在出口处有过大的湍流，并且需要深的浸入。
在所有这些考虑的基础上本申请人设计，试验，并实施了本发明，从而解决了当前技术的注口的问题，这比如：杂质的形成，砂眼，表面中的裂纹，侧壁的擦伤，过低的润滑，等等。
在主要的权利要求中陈述了本发明，本发明以主要的权利要求为特征，而附属的权利要求描述了主要的实施例的各种改型。
本发明的目的是实现用于连续铸造扁坯的一种注口，它适用于在放出熔融的钢水的过程中在进入结晶器的钢水中产生极小的湍流和减少了的漩涡。
具体地说，按照本发明的注口的构形使得显著地减少进入结晶器的熔融钢水的湍流，并大大降低流出的速度，给出相等的给料流速。
按照本发明的注口消除了所形成的表面的擦伤问题，避免了与粉末接合并把粉末拉出的问题，从而不会降低粉末熔化的程度或减少所造成的对铸模的侧壁的润滑。
此外，此注口使得可以增加送入结晶器中的钢水流的流速，并因此增加铸造速度，从而确保了保持产出的高速度。
本发明的另一个优点在于它帮助了杂质向表面的自然的再上升，并因此使得可以避免或显著减少象电磁搅拌器这样的装置(此装置以强迫的方式进行这种杂质的再上升)的使用。
还有，按照本发明的注口可以只浸入弯液面以下一点，并且改进了粉末的熔化和增加了结晶器可用的区域。
按照本发明，在初始的导管中熔融金属以基本平行的液流流动，随融金属获得大的动能，在此之后，使流经注口的熔融金属与一个阻流装置***，该装置在一个尺寸足够大的室中吸收掉此动能。
在熔融金属把全部或大部分动能给该吸收能量用的阻流装置之后，一方面，使该室逐渐改变成重新产生均匀的流动，另一方面，使该室改变成逐渐降低熔融金属的速度。
这使得可以在注口的出口处得到均匀的工作条件和所希望的金属流出的低速度。
本申请人发现用这里公开的各部分比例的数值可以得到最佳的结果。
按照本发明的注口包括第一进料室，它最好为圆柱形，并有一个标称直径为″D″的贯穿通道。
除了圆形截面之外，可以为实际上是正方形的，长方形的，或椭圆形的截面，其面积为等价的标称截面积。
在下文中，我们将用″D″表示等价直径，用″S″表示等价的标称截面积。
第一进料室在其上端与一个现有技术的适用的连接装置相连，用来连到一个浇口盘或类似的装置上。
第一进料室在其下端与第二膨胀室相连，该室在X—X面上有一截面(把它称为宽的侧面)，其形状基本上为梯形，该室在Y—Y面上有一截面(把它称为窄的侧面)，其形状基本上为一个倒过来的液滴。
注口的出口的截面的构形为带有圆的窄边的长方形。
按照一种改型，注口的出口的截面的构形为长的椭圆形。
按照第一实施例，出口位于基本垂直于注口的竖直轴线的一个平面上，从而得到沿直线运动的液流，熔融的金属在弯液面上有较少的贡献，浸入的深度在200与50毫米之间。
按照另一实施例，出口包括一个中间的分流用的阻流装置。
按照又一实施例，出口在两个向上扩张开的平面上，此二平面的顶点在竖直轴线上，并且张开的角度为8°至25°之间，这样提供的液流可以在弯液面上贡献较大量的熔融金属。
按照再一个实施例，出口为两个带有向下张开的角度为30°至60°的两根轴线的出口；这样使熔融金属在弯液面上有较大的贡献。
形状基本上为梯形的那个截面的入口侧边为约1.20D至约3.00D。
出口侧边为约4.5D至约7.5D。
形状基本上为梯形的那个截面的高度为约7.0D至约10.0D。
出口的宽度为约0.5D至约0.8D；而形状基本象一个倒过来的液滴的那个截面的最大宽度为约1.2D至约2.25D。
按照一种改型，形状基本上为梯形的那个截面在其出口侧边的附近有一个带平行侧边的终段，其高度为约1.0D至约5.0D。
按照另一种改型，形状基本上为梯形的那个截面在其出口侧边的附近有一个带向注口的内部收缩的侧边的终段。
象一个倒过来的液滴的构形包括与出口***的一个平行直线段，其长度为约2.0D至约5.0D。
包括了一个吸收动能，并在下面的第二膨胀室中对钢水进行分流的阻流装置，与形状象一个倒过来的液滴的那个截面的较大部分***，其轴线与第一进料室的贯穿通道的轴线相同，并位于Y—Y面上。
此吸收能量用的阻流装置的宽度为约0.8D至1.8D，高度为约0.8D至2.0D；它有一圆形的截面，并且，按照一种改型，它包括一个轴向上的水平孔。
此吸收能量用的阻流装置离开第一进料室的出口的距离为约0.3D至约1.0D。
此吸收能量用的阻流装置可以被构造成与注口一起的单一本体，或可以座在形状基本上为梯形的那个截面的倾斜侧边所包括的一个适当的存放座上。
按照另一种改型，在与注口的出口有关的基本上中间的部位包括至少一个分流用的阻流装置。
给出了作为非限定性的例子的附图，这些附图示出了本发明的一些优选实施例，附图中有：
图1示出按照本发明的注口的X—X面的部分剖面图；
图2a，2b，3a，3b，4和5示出图1的注口的各种改型的Y—Y面的剖面；
图6和7示出图1的改型；
图8a，8b和9示出注口的出口的形状；
图10a示出图2a，2b的注口的C—C面的剖面；
图10b示出图10a的注口的一种改型。
附图中的标号10表示一种适用于把熔融的金属释放到结晶器41中的注口，它的出口15位于弯液面42之下。
注口10在其与弯液面***的部位可以包括一层抗腐蚀层。
注口10在其上部包括标称直径为D的第一进料室13。
此第一进料室13在其上部有连接装置11，圆形段31把其下部连接到第二膨胀室12上。
第二膨胀室12以协调的方式在Y—Y面和X—X面上伸展。
此第二膨胀室12在Y—Y面上的构形基本上为梯形(图2a，2b，3a，3b，4和5)，它有入口侧边33，出口侧边28和倾斜的中间侧边37。
第一进料室13的贯穿通道25的标称直径D和截面积S基本上不变，但按照一种改型其截面可以为朝向其出口逐渐变大的锥形。
按照另一个改型，贯穿通道25随着锥形逐渐增大，在Y—Y面上增大得更多。
在离开第一进料室13的出口距离23处包括一个高度24的吸收能量用的阻流装置14，它在Y—Y面上伸展。
按照一种改型，此吸收能量用的阻流装置14包括一个贯穿的内孔19。
吸收能量用的阻流装置14可以构成一个单独的物体，也可以与注口10的侧壁38一起的一个单独的物体(图2a)。
按照一种改型，侧壁38包括一个适用的存放座18，把吸收能量用的阻流装置14置于该存放座中(图2b)。
第二膨胀室12在吸收能量用的阻流装置的下面逐渐变窄，形成一个下室40。
按照另一种改型，第二膨胀室12的倾斜的侧面37在其下部包括一个带有平行的侧面的终段27，127(图2a，3a)。
按照又一种改型，倾斜的侧面37在其下部包括侧面向注口10的内部收缩的终段27，127(图2b，3b)。
可以包括一个分流用的阻流装置16(它有高度22，并可能设置在离开注口10的出口边缘距离21的位置)，与注口10的出口***，该装置的作用可以是增加按照本发明的注口10的下面部分的强度。
在图4实施例中，分流用的阻流装置116为朝着出口分开的类型，并起使流出的液流偏转的作用。
在图4例子中，出口事实上被分成两个出口115，它们基本上位于彼此分开的两个平面上，分开的角度″α″为8°至25°；这两个出口115确定了两个出口侧面128，并且，事实上，所构成的出口总截面积基本上等于图2a，2b，3a和3b的实施例的出口总截面积。
分流用的阻流装置116把液流分开，该液流由专门的出口115排出之后膨胀。
在图5的例子中，下室40在Y—Y平面上发展为具有基本上平行的侧壁38，这些侧壁确定了出口215。
出口215的轴线向下分开的角度″γ″为相对于注口10的竖直轴线30°至50°。
出口215所在的平面向上分开的角度″β″为相对于水平面30°至60°；按照″β″角度的这些平面不必须与按照″γ″角度确定的轴线垂直。
出口215被分流用的阻流装置分开。
两个″γ″角度的顶点位于平行的直线段的起始点附近。
第二膨胀室12在平面X—X上的构形为一个倒过来的液滴(图1，6和7)，其变大的段17构成倒过来的液滴，并逐渐地变窄，最后变成平行的直线段36。
构成倒过来的液滴的此变大的段17包括一个高度30和宽度35的上部117。
按照第一实施例，构成倒过来的液滴的变大部分17的这一上部117有两个彼此平行的直的宽侧面(图10a)。
按照一种改型(图10b)，此上部117的宽侧面包括两个连接起来的在横向上朝着吸收能量用的阻流装置14收缩的侧壁。
此变大的部分17包括环绕着吸收能量用的阻流装置14的横向通道39。
在下室40的端部有平行的直线段36，此直线段与平行的侧面一起确定了一个室，其宽度用32表示。
吸收能量用的阻流装置14可以为卵形的构形(图1)，心脏形的构形(图5)，贝壳形的构形(图7)，或适用于其目的的其它构形。
按照本发明，在Y—Y面上确定的终段(图3a，3b)也可以覆盖在X—X面上确定的平行直线段36的整个高度；在这种情况下，该终段用127表示。
按照一种改型(图2，8和10)，注口10包括一个长的窄条，它在竖直方向上确定了带有平行侧面的一段34，该段随后与收缩的侧面连接起来，如图8所示。
按照另一种改型，第二膨胀室12有平行的侧面(图3和9)。
在所示出的实施例的形状中，各种比例如下：
入口侧边33的长度为约1.2D至约3.0D，但最好为约2.0D至2.5D。
出口侧边28的长度为约6.5D至约7.0D。
膨胀室12的高度26为约8.0D。
出口的宽度32为约0.5D至约0.8D，但最好为约0.65D。
第二膨胀室12的上段的宽度35为约1.2D至约2.5D，但最好为约1.9D至2.1D。
带有平行侧面的终段27为约1.2D，但当其高度与平行的直线段36类似时(127)可以达到4.9D。
吸收能量用的阻流装置14的宽度29为约1.3D，高度24为约1.5D，离第一进料室13的贯穿通道25的出口的距离(23)为约0.5D。
Claims (30)
1.用于连续铸造扁坯的结晶器的注口(10)，它适用于与输送熔融金属的装置协同起来使用，并适于把该熔融金属释放到结晶器(41)中，它的出口(15)位于弯液面(42)的下面，并包括确定了一根导管的第一进料室(13)，该导管的截面积为(S)，其标称直径为(D)，注口(10)的特征在于：其第一进料室(13)在其下端与第二膨胀室(12)相连，该室的贯穿通道的标称尺寸为截面为至少1.2D乘1.2D，第二膨胀室(12)在其离开第一进料室(13)的出口至少0.3D的距离(23)处包括一个吸收能量用的阻流装置(14)，第二膨胀室(12)的高度(26)为至少7.0D，其出口(15，115，215)的宽侧边(28，2×128，2×228)至少为4.5D，窄侧边(32)为至少0.5D，第二膨胀室(12)在其下端有长度至少为1.0D的终段(27，127)。
2.根据权利要求1的注口(10)，其特征在于终段(27，127)有平行的侧边。
3.根据权利要求1的注口(10)，其特征在于终段(27，127)有收缩的侧边。
4.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于第二膨胀室(12)在(X—X)面上的截面形状基本上为梯形，在(Y—Y)面上的截面形状基本上为一个倒过来的液滴(17)。
5.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于第二膨胀室(12)的通道的标称尺寸为最大截面为3.0D乘2.5D。
6.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)离开第一进料室(13)的出口的最大距离为1.0D。
7.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于第二膨胀室(12)的最大高度(26)为10.0D。
8.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于第二膨胀室(12)的出口(15，115，215)的窄侧边(32)的最大长度为0.8D。
9.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于第二膨胀室(12)的出口(15，115，215)的宽侧边(28，2×128，2×228)的最大长度为7.5D。
10.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于第二膨胀室(12)的终段(27，127)的最大高度为5.0D。
11.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于形状象倒过来的液滴的段(17)在其下端有一高度为至少2.0D的平行直线段(36)。
12.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于形状象倒过来的液滴的段(17)在其下端有一最大高度为5.0D的平行直线段(36)。
13.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)的构形为卵形。
14.如权利要求1至12中任何一个所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)的构形为心脏形。
15.如权利要求1至12中任何一个所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)的构形为贝壳形。
16.如前述任一权利要求所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)为实心的。
17.如权利要求1至15中任何一个所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)包括一个贯穿的通孔(19)。
18.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)的宽度(29)至少为0.8D。
19.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)的最大宽度(29)为1.8D。
20.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)的高度(24)至少为0.8D。
21.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于吸收能量用的阻流装置(14)的最大高度(24)为2.0D。
22.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于包括一个分流用的阻流装置(16，116，216)，与注口(10)的出口(15)合作。
23.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于注口(10)的出口(15)为带有圆形的窄侧边的长方形。
24.如权利要求1至22中任何一个所述的注口(10)，其特征在于注口(10)的出口(15)为长的椭圆形。
25.如权利要求1至22中任何一个所述的注口(10)，其特征在于注口(10)的出口(15)为带有平行的侧边的一个中心段(34)的椭圆形。
26.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于构形为倒过来的液滴的段(17)包括带有直的，平行的宽侧边的一个上部(117)。
27.如权利要求1至25中任何一个所述的注口(10)，其特征在于构形为倒过来的液滴的段(17)的上部(117)的宽侧边包括朝着吸收能量用的阻流装置(14)收缩的两段。
28.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于分流用的阻流装置(116，216)确定了位于相对于水平面向上折转8°至60°的″α″，″β″角度的两个平面上的两个出口(115，215)。
29.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于此两个出口的轴线由竖直线向下分开30°至50°的″γ″角度，此″γ″角度的顶点在平行的直线段(35)的起始点附近。
30.如前述任何一个权利要求所述的注口(10)，其特征在于在其与弯液面(42)***的部位包括一个抗腐蚀的防护层(43)。
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