专利名称：一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属连续铸造中供给或处理熔融金属领域，尤其涉及一种用于浇 注常规板坯的能减少板坯结晶器内部钢液湍流、稳定流场的四孔浸入式水口，属于冶金连 铸设备。
背景技术：
目前各家钢铁生产厂家的在连铸坯的生产过程中通常使用浸入式水口，连铸过程 中，浸入式水口起到了导流和保护钢液的作用，在结晶器内形成流场和温度均勻的钢液分 布，经过结晶器水冷冷却形成厚度均勻的凝固坯壳。为了能够在结晶器内形成稳定的初始 凝固坯壳，以及避免卷渣，冶金工作者设计了各种不同形状的浸入式水口，以得到良好的钢 液流动形态和铸坯质量。而现有技术下的浸入式水口在其使用过程中，钢液从水口侧孔出来后一面直线运 动，一面扩张流向结晶器的窄面，其对初始坯壳形成很强的冲击。流股到达结晶器窄面时分 为向上和向下两个流股。向上的流股在液面附近形成一个漩涡回流区，这个回流对夹杂物 的上浮及结晶器液面的波动和卷渣起着至关重要的影响，同时这个回流的表面速度对保护 渣的熔化也起着重要的作用，因此，上回流与铸坯的表面质量有着重要的关系。而结晶器下 部形成与上部循环方向相反、范围较大的回流区，其强度随着向下距离的延伸而减弱，对结 晶器出口的凝固坯壳有着重要的影响。同时，下回流内卷入的细小气泡会粘附着夹杂随着 钢液一同运动，在铸坯的凝固前沿形成夹杂物聚集，这种现象对铸坯的内部质量以及后续 工序的影响非常严重。因此，在采用双孔水口浇注板坯时，在结晶器内的四个大回流都会对 铸坯的表面和内部质量造成影响。从浸入式水口角度考虑，为了生产高质量的铸坯以及保 证浇注的稳定，就要做到如下几点1.降低结晶器液面的波动；2.减少保护渣的卷入，避免形成钢液对凝固坯壳的冲击；3.避免钢液冲击过深造成的气泡和夹杂难以上浮；4.还需要保证足够的通钢量。公开号CN2108596的中国专利，一种异型浸入式水口，采用水口的上端为圆锥漏 斗型，中端为椭圆型水口，下端为封底的有两个水平或方向向下的出水口和出水口的整体 延伸段的设计，可以起到在结晶器内部均勻分配钢液的作用。该专利虽然对钢液的均勻分布做出了改进，但是该浸入式水口的钢液流出后仍然 直接冲击坯壳，影响铸坯质量。公开号CN2362624的中国专利-一种薄板坯连铸用浸入式水口，其外形、主通道及 出口形状都为扁椭圆形。出口位于水口两侧，至少有两对(四个)。通过将钢流分散为上倾 流股和下倾流股，减弱流股动能及冲击力，并使其在结晶器内碰撞以相互耗散掉动量，从而 在减少结晶器液面紊流的同时，降低了钢流对凝固坯壳的冲击。上述专利的浸入式水口只能用于浇注薄板坯，由于在薄板坯生产中，拉速较高，且
3结晶器空间有限，与本实用新型所处的用于浇注常规板坯的工作性质不同。公开号CN2834744的中国专利-一种连铸中间包浸入式水口，包括在水口筒体侧 壁相对两侧开有出钢孔，其特征是出钢孔共为四个，一侧两个呈对称分布，一侧二个出钢孔 公布在水口末端侧壁上呈上下排列，上出钢孔为下倾角，下出钢孔为上倾角，水口筒体底部 为锥形或圆弧形。上述专利通过减轻流股对坯壳的冲击来缓和结晶器内的流场扰动，虽然能缓解结 晶器钢水的表面流速，缩短夹杂物的上浮行程，但该专利也只能用于连铸中间包使用，与本 实用新型所处的用于浇注常规板坯的工作性质不同。综上所述，现有技术下的四孔单水口主要应用在薄板坯和连铸中间包生产中，而 结合结晶器内部流场和温度场特征分析可知，现需要一种新型的浸入式水口，该水口需要 能降低钢液液面波动，而且能减少内部湍流对凝固坯壳的冲击，并能保证一定的通钢量。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型通过对现有技术下的浸入式水口的流场和温度场 进行分析，重新优化设计，提供了一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口。本实用新型的具体结构如下所述一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，包括水口本体，其特征 在于所述的水口本体的上端设置有一漏斗状的钢液流入口 ；所述的水口本体的主体为中心通孔式的圆柱管状，在该圆柱管状的水口本体的下 部的管壁上分别设置有不在同一高度的一对钢液上吐出孔和一对钢液下吐出孔；所述的水口本体最下端的水口底端为封闭状态。根据本实用新型的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其特 征在于，所述的漏斗状的钢液流入口的下端的内径与中心通孔的圆柱管状的水口本体的内 径相同。工作时钢液从漏斗状的钢液流入口上端流入，通过钢液流入口的下端进入与其连 接的圆柱管状的水口本体内部管路。根据本实用新型的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其特 征在于，所述的不在同一高度的一对钢液上吐出孔和一对钢液下吐出孔，具体为两个钢液 上吐出孔和两个钢液下吐出孔分别呈两两相对的贯穿式分布，且同一侧的钢液上吐出孔的 中心点与钢液下吐出孔的的中心点的位置沿竖直方向呈一直线。两两相对的贯穿式分布的设计减少了流出钢液的静压力，降低结晶器液面的波 动，且钢液上吐出孔的中心点与下吐出孔的的中心点的位置沿竖直方向呈一直线的设计。， 保证了钢液流出时能在结晶器内部相遇，经碰撞后进行动能耗散，降低了钢液流动的速度， 避免钢液冲击过深造成的气泡和夹杂难以上浮。根据本实用新型的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其特 征在于，所述的一对钢液上吐出孔的两个上吐出孔与水平线的夹角呈-15°至-45°设置， 一对钢液下吐出孔的两个下吐出孔与水平线的夹角呈15°至45°设置，同一侧的吐出孔 的夹角相反。
4[0026]由于两对吐出孔的夹角相反，使得钢液从两对吐出孔流出时必然会在其夹角的延 长线上的结晶器内部相遇，经碰撞后进行动能耗散，降低了钢液流动的速度，直接减小了钢 液流动对结晶器窄面的冲击，此外可根据结晶器的大小不同和现场工作情况的不同，还可 选择不同夹角角度的本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口。根据本实用新型的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其特 征在于，所述的一对钢液上吐出孔和一对钢液下吐出孔的四个吐出孔均为带倒角的矩形结 构式设计，且上吐出孔略大于下吐出孔。四个吐出孔均为带倒角的矩形结构式设计，此种设计有利于降低结晶器液面的波 动并保证了足够的通钢量。而上吐出孔略大于下吐出孔的设计是因为两个吐出孔有一个定 的高度差，两个吐出孔流出的钢液的动能也不同，为了尽可能多的耗散钢流动能，获得稳定 的钢液流场，因此上吐出孔的面积要比下吐出孔面积大一些。另外上吐出孔与下吐出孔的 面积比应随着浸入水口插入深度的增大而增加。本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，解决了现有技 术下的常规双孔水口浇注板坯钢液四个大回流区对保护渣的卷入，夹杂物和气泡上浮，以 及钢液流股对凝固坯壳的冲击的问题，并克服了现有技术下的常规双孔水口浇注中结晶器 液面波动大和结晶器下部钢液冲击过深所带来的各种不利因素，改善了铸坯的表面和内部质量。使用本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，获得如下 有益效果1.与常规板坯的两孔水口相比，本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的 四孔浸入式水口解决了向上钢液流股动能的问题，向上的钢液形成的稳定的结晶器液面， 避免了保护渣的卷入和坯壳的生长，且本实用新型能够对从浸入式水口流出的钢液动能进 行耗散，降低钢液的湍流，稳定结晶器内部的钢液，形成更加均勻的凝固坯壳，减低铸坯裂 纹的产生；2.使用本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其向下 的钢液流股受到向上流股的冲击而减少了向下的能量，没有足够的能量把气泡和夹杂带到 更深的地方，也就利于了气泡和夹杂的上浮，避免了它们在铸坯凝固前沿的聚集，也就提高 了铸坯的内部质量，因此采用四孔水口可以在结晶器内部使得钢液更加稳定，从而降低了 一系列的铸坯缺陷。
图1为本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口的外观 具体结构主视图；图2为本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口的的沿 AA向的具体结构剖视图；图3为本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口的水口 主体的断面图；图中1-水口本体，2-钢液流入口，3-钢液上吐出孔，4-钢液下吐出孔，5-水口底 端，a-钢液上吐出孔与水平线的夹角，b-钢液下吐出孔与水平线的夹角。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的 四孔浸入式水口做进一步的说明。如图1和图2所示，为了稳定结晶器内钢液流场，形成凝固均勻坯壳，减少铸坯质 量缺陷，在常规板坯浇注中采用了本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸 入式水口。该四孔浸入式水口的水口主体1为中心通孔式的圆柱管状，水口本体最下端的 水口底端5为封闭状态，在该圆柱管状的水口本体的下部的管壁上分别设置有不在同一高 度的一对钢液上吐出孔3和一对钢液下吐出孔4，具体为两个钢液上吐出孔和两个钢液下 吐出孔分别呈两两相对的贯穿式分布，且同一侧的钢液上吐出孔的中心点与下吐出孔的的 中心点的位置沿竖直方向呈一直线，每个吐出孔断面为带倒角的矩形。同一侧的钢液上吐出孔3与钢液下吐出孔4设计成与水平线存在一定的夹角，且 两个吐出孔的夹角相对，具体为钢液上吐出孔与水平线的夹角a为-15°至-45°，钢液下 吐出孔与水平线的夹角b为15°至45°。吐出孔的面积与浸入水口主体通道面积与铸机拉 速存在一定的关系，当拉速较高时，为了避免钢液以较高的速度冲出吐出孔，造成结晶器内 钢液的剧烈搅动，必须增大的吐出孔的面积。而同一侧的两个吐出孔的面积也存在一定的 差别。因为两个吐出孔有一个定的高度差，两个吐出孔流出的钢液的动能也不同，为了尽可 能多的耗散钢流动能，获得稳定的钢液流场，因此钢液上吐出孔的面积要比钢液下吐出孔 面积大一些，而且上吐出孔与下吐出孔的面积比应随着浸入水口插入深度的增大而增加。
实施例首先根据浸入水口主体通道面积与铸机拉速及水口插入深度选择适合尺寸的本 实用新型的本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，将其安装到 位。如图1和图2所示，当进行板坯浇注工作时，钢液从本实用新型的用于浇注常规板 坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口的上端的漏斗状的钢液流入口 2流入，然后经过与其连 接的水口主体1内部的管路从水口下方的一对钢液上吐出孔3和一对钢液下吐出孔4流 出，图2中的箭头方向即为钢液流动方向，由于在同一侧的两个吐出孔流出的钢液以一定 的速度冲向结晶器(图中未示出)窄面，因为两个吐出孔的倾角相反，所以两股钢液会在结 晶器内部相遇，经碰撞后进行动能耗散，降低了钢液流股的速度，减小了钢液流股对结晶器 窄面的冲击。两个流股的合成钢液以较低的速度到达结晶器窄面后分成向上和向下的两个 回流。向上的回流到达结晶器液面后的波动随之也降低，减少了对保护渣的卷入，而且较小 的液面波动也有利于初生凝固坯壳的均勻形成，降低裂纹的发生。而向下的流股因为速度 的降低大大减小了下回流的范围，从而有利于气泡和夹杂物的上浮，降低了在铸坯凝固前 沿夹杂物的聚集。因此采用本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，从能 量耗散上降低了结晶器内部钢液的湍流，增大了液面的稳定，不仅有利于铸坯初生坯壳的 形成，而且减少铸坯内部质量缺陷。同时因为从吐出孔的钢液动能被耗散，对窄面的坯壳的 冲刷也大大降低，降低了出结晶器漏钢的可能，利于生产的稳定。[0043] 本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口结构简单，成本 较低，适用于各种钢铁冶金领域的常规板坯的浇注领域，减少板坯结晶器内部钢液湍流并 稳定了流场，提高了连铸坯的质量。
权利要求一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，包括水口本体(1)，其特征在于所述的水口本体(1)的上端设置有一漏斗状的钢液流入口(2)；所述的水口本体(1)的主体为中心通孔式的圆柱管状，在该圆柱管状的水口本体的下部的管壁上分别设置有不在同一高度的一对钢液上吐出孔(3)和一对钢液下吐出孔(4)；所述的水口本体(1)最下端的水口底端(5)为封闭状态。
2.如权利要求1所述的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其特 征在于，所述的漏斗状的钢液流入口(2)的下端的内径与中心通孔的圆柱管状的水口本体 (1)的内径相同。
3.如权利要求1所述的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其特 征在于，所述的不在同一高度的一对钢液上吐出孔(3)和一对钢液下吐出孔(4)，具体为两 个钢液上吐出孔和两个钢液下吐出孔分别呈两两相对的贯穿式分布，且同一侧的钢液上吐 出孔的中心点与钢液下吐出孔的的中心点的位置沿竖直方向呈一直线。
4.如权利要求3所述的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其 特征在于，所述的一对钢液上吐出孔(3)的两个上吐出孔与水平线的夹角(a)呈-15° 至-45°设置，一对钢液下吐出孔(4)的两个下吐出孔与水平线的夹角(b)呈15°至45° 设置，同一侧的上吐出孔与下吐出孔的夹角相反。
5.如权利要求3所述的一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，其特 征在于，所述的一对钢液上吐出孔⑶和一对钢液下吐出孔⑷的四个吐出孔均为带倒角 的矩形结构式设计，且上吐出孔略大于下吐出孔。
专利摘要一种用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口，包括一主体为中心通孔式的圆柱管状的水口本体，在该水口本体的上端设置有一漏斗状的钢液流入口，下端底部密封，在该水口本体的下部的管壁上设置有不在同一高度的均为带倒角的矩形结构的一对钢液上吐出孔和一对钢液下吐出孔，呈两两相对的贯穿式分布，且同一侧的上吐出孔的中心点与下吐出孔的中心点的位置沿竖直方向呈一直线，此外四个吐出孔与水平线均呈一定夹角，且同一侧的两个吐出孔的夹角相反。本实用新型的用于浇注常规板坯的防钢液湍流的四孔浸入式水口结构简单，成本低，适用于钢铁冶金领域的常规板坯的浇注领域，减少板坯结晶器内部钢液湍流并稳定了流场，提高了连铸坯的质量。
文档编号B22D11/10GK201603853SQ20102003302
公开日2010年10月13日 申请日期2010年1月14日 优先权日2010年1月14日
发明者张立, 徐国栋, 王迎春, 范正洁, 黄利 申请人:宝山钢铁股份有限公司