连续铸造用浸入式水口的制作方法
【专利摘要】一种连续铸造用浸入式水口(10)，在宽度厚度比大的板坯的高速铸造中，在铸模内形成双向转动流动模式，并且能够将向铸模内的上方及下方的各钢水流的流速控制在一定的范围内。浸入式水口(10)的具有底部(20)的管体(11)，管体(11)的下部做成矩形的扁平截面，该下部的短边侧的两侧壁(18)呈对向地形成有与流路(13)连通的一对第一排出孔(14)，并且底部(20)形成有与流路(13)连通的一对第二排出孔(16)。一对第一排出孔(14)分别由分隔部(22)分隔成上段排出孔(14a)和下段排出孔(14b)，一对分隔部(22)间形成有分别从流路(13)的长边侧的两内壁(19)向内侧突出且沿水平方向横向断开内壁(19)的突条部(15)。此外，一对第二排出孔(16)相对于管体(11)的中心轴对称配置。
【专利说明】连续铸造用浸入式水口
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种从中间罐向铸模内注入钢水的连续铸造用浸入式水口，尤其涉及一种薄板坯至中等厚度板坯的高速铸造所使用的浸入式水口。
【背景技术】
[0002]在连续铸造操作中，为了确保铸造片材的品质并予以保持，同时安全且顺利地进行操作，将铸模(模具)内的钢水流动合理化(防止偏流、抑制铸模内的液面变动等)这一点较为重要。尤其在薄板还至中等厚度板还(厚度50mm-150mm左右)的高速铸造中，由于与一般的板坯相比宽度厚度比(板坯宽度/板坯厚度)较大，因此，难以将铸模内的钢水的流动合理化的情况较多。
[0003]本发明的发明人们为了将铸模内的钢水流动合理化，提出了例如专利文献I所示的连续铸造用浸入式水口。专利文献I的连续铸造用浸入式水口中，将内部形成有流路的管体的至少下部做成扁平截面，在该下部的短边侧侧壁以及底部分别设置有一对排出孔，并且在设置于短边侧侧壁的排出孔之间形成有从流路的长边侧内壁向内侧突出的突条部。由此，冲击到铸模的短边侧侧壁上的钢水流的最大速度被缓和，能够减小反转流的流速。其结果是，铸模内的钢水流的偏流以及液面变动变少，能够提高板坯品质以及生产性。
[0004]此外，在专利文献2中，公开了一种铸造用喷嘴，该铸造用喷嘴具有:以使向铸模内排出的钢水流的动作提高为目的而设置在管体的上端部的流入口 ；设置在该管体的下端部的一对上段排出孔以及一对下段排出孔；以及将钢水流分流成借助上段排出孔排出的外侧液流和借助下段排出孔排出的中央液流的整流板。
[0005]专利文献1:日本特开2009-233717号公报
[0006]专利文献2:国际公开第98/014292号公报
[0007]但是，在利用专利文献I中提出的连续铸造用浸入式水口的中等厚度板坯的高速铸造中，根据铸造速度较快的情况、铸模的冷却条件、保护渣的特性等操作条件，判断产生不能充分确保铸造片材的品质或者安全且顺利地进行操作的情况。具体地说，判断出:除了钢水内夹杂物的上浮效果的削减，或者这些夹杂物对利用保护渣的捕捉效果的削减，凝固层(皮壳)的形成不良以及由保护渣引起的被覆等的不良问题之外，还存在因向铸模下方的过剩的钢水流而导致凝固层再溶解、钢品质下降，或者凝固层破损引起铸漏(BreakOut)的危险性。
[0008]可以想到，上述现象主要是因为铸模内的上部至液面附近的钢水流动较少。本发明的发明人们根据实际操作的情况以及与其对应的各种模拟试验来进行验证的结果是，发现了如下情况:从设置在浸入式水口底部的第二排出孔的排出量相对于从设置在浸入式水口的短边侧侧壁的第一排出孔的排出量的比例，其与每个操作条件都被想象成理想的情况下的比例相比变大时，铸模内的上部至液面附近的钢水流动变少。即，发现了如下情况:在使用专利文献I所述的浸入式水口的情况下，在铸模内向上方的钢水流动减少，向下方的钢水流动成为支配的状态，可能不会形成将铸模内的理想的流动样式想象成通常样式时的双向转动流动模式。
[0009]这里，所谓“双向转动流动”是指这样一种流动样式:如图13所示，排出流50是由向下方的主流51以及在铸模短边附近反转上升而成为从铸模短边向浸入式水口的表面流的短边反转流52形成。短边反转流52在浸入式水口附近随着排出流50向着铸模短边、或者反转上升形成循环流。
[0010]为了确保并保持铸造片材的品质，至少需要在铸模内形成该双向转动流动模式。然而，在铸模内只是形成单一的双向转动流动模式并不充分，重要的是使向铸模内的上方及下方的各钢水流的流速处于一定的范围内。
[0011]另一方面，专利文献2的铸造用喷嘴与专利文献I所述的浸入式水口一样具有四个排出孔，然而，专利文献2的整流板并不是如专利文献I的浸入式水口的第一排出孔间所形成的突条部那样在水平方向上连续，其不过是以排出孔出口附近的整流化为目的整流板。因此，在排出孔内部容易产生偏流，从排出孔排出的排出流变得不均匀，其结果是铸模内产生偏流。此外，从该铸造用喷嘴的下段排出孔排出的中央液流(主流)是由整流板分流的向下方的排出流，还没有形成双向转动流动模式，可能无法得到充分的夹杂物上浮效果。
【发明内容】
[0012]本发明是鉴于上述情况而做的，其目的在于提供一种连续铸造用浸入式水口，该连续铸造用浸入式水口在宽度厚度比大的板坯的高速铸造中，在铸模内形成双向转动流动模式，并且，通过将向铸模内的上方及下方的各钢水流的流速控制在一定的范围内来实现板还的品质以及生广性的提闻。
[0013]为了达成上述目的，本发明的连续铸造用浸入式水口，具有管体，该管体的上端部做成钢水的流入口，该管体的内部形成有从该流入口向下方延伸的流路且该管体具有底部，该管体的至少下部的截面做成扁平的矩形，所述下部的短边侧的两侧壁相对地形成有与所述流路连通的一对第一排出孔，并且所述底部形成有与所述流路连通的一对第二排出孔，该连续铸造用浸入式水口的特征在于，
[0014]所述一对第一排出孔分别由形成于该第一排出孔的分隔部分隔成上段排出孔和下段排出孔，一对所述分隔部之间形成有分别从所述流路的长边侧的两内壁向内侧突出且沿水平方向横向断开该内壁的突条部，
[0015]所述一对第二排出孔相对于所述管体的中心轴对称配置，且延长该一对第二排出孔的倾斜面而成的假想面在所述流路内交叉。
[0016]这里，“沿水平方向横向向开内壁”是指，突条部从一方的分隔部到另一方的分隔部沿水平方向延伸。此外，“短边”是指做成矩形的扁平截面的管体的短边，“长边”是指该管体的长边。此外，本说明书中，对于将连续铸造用浸入式水口铅直地竖起的状态规定各方向。
[0017]在本发明中，通过从长边侧的两内壁向内侧突出的突条部，削减排出孔下方的过大流速，并且通过用分隔部将设置于短边侧的两侧壁的第一排出孔分离成上段排出孔和下段排出孔，从而使从上段排出孔排出的排出流增大。其结果是，抑制因排出孔下方的过大流速而引起的向铸模壁面的冲击以及反转流的增大，并能够形成双向转动流动模式。此外，由于流路内的钢水流由突条部均等地分配给一对第一排出孔，所以防止了铸模内的偏流。[0018]此外，本发明所涉及的连续铸造用浸入式水口中，适宜地形成有连通所述第一排出孔和所述第二排出孔的缝隙部。
[0019]此外，本发明的连续铸造用浸入式水口中，所述分隔部的铅直方向上的宽度为be、从所述第一排出孔的上端到所述分隔部的铅直方向上的宽度的1/2为止的铅直距离为Ce、所述突条部的铅直方向上的宽度为b1、从所述第一排出孔的上端到所述突条部的铅直方向上的宽度的1/2为止的铅直距离为ci时,则可以是be=bi, ce=ci。
[0020]此外，本发明所涉及的连续铸造用浸入式水口中，所述第一排出孔的水平方向上的宽度为a、铅直方向上的宽度为b、所述突条部的突出高度为ai时，则ci/b=0.2?0.72，ai/a=0.07 ?0.28, bi/b=0.07 ?0.38。
[0021]此外，本发明所涉及的连续铸造用浸入式水口中，所述第二排出孔的倾斜面中形成于所述管体的底部侧的倾斜面与水平面所成的角度为α、所述管体的下端面位置上的所述各第二排出孔的开口面积之和为Α、所述第一排出孔的正上方位置上的所述流路的水平截面积为Α’时，则α =10?45度，Α/Α’ =0.03?0.45。
[0022]这里，所说的“管体的下端面”是指从管体外看该管体的底部时看得到的面。此外，第二排出孔的开口面积A包括管体的下端面位置上的缝隙部的开口面积。
[0023]此外，本发明所涉及的连续铸造用浸入式水口中，所述缝隙部的宽度为d时，则d/a=0.28 ?1.0。
[0024]发明效果:
[0025]在本发明中，管体的至少下部做成矩形的扁平截面，该下部的短边侧的两侧壁以及底部分别设有一对排出孔的连续铸造用浸入式水口中，通过分隔部将设置于短边侧侧壁的各排出孔分隔成上段排出孔以及下段排出孔，并且，通过在一对分隔部之间形成从流路的长边侧内壁向内侧突出且沿水平方向将该内壁横向断开的突条部，从而在宽度厚度比大的板坯的高速铸造中，在铸模内形成双向转动流动模式，并且将向铸模内的上方及下方的各钢水流的流速控制在一定的范围内。其结果是，能够实现板坯的品质以及生产性的提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1(A)是本发明一实施例的连续铸造用浸入式水口的侧视图，图1(B)是X-X箭头方向的截面图。
[0027]图2(A)是该连续铸造用浸入式水口的局部侧视图，图2(B)是沿短边方向将该连续铸造用浸入式水口切断的局部纵截面图。
[0028]图3是沿长边方向将该连续铸造用浸入式水口切断的局部纵截面图。
[0029]图4㈧是该连续铸造用浸入式水口的下端面图，图4(B)是明示出第二排出孔的开口面积A的该连续铸造用浸入式水口切断的下端面图。
[0030]图5是用于说明粒子图像流速测定法的示意图。
[0031]图6是表示ci/b与平均液面流速Vav的关系的曲线图。
[0032]图7是表示bi/b与平均液面流速Vav的关系的曲线图。
[0033]图8是表示ai/a与平均液面流速Vav的关系的曲线图。
[0034]图9是表示第二排出孔的倾斜面的角度α与平均液面流速Vav的关系的曲线图。
[0035]图10是表示Α/Α’与平均液面流速Vav的关系的曲线图。[0036]图11是表示d/a与平均液面流速Vv的关系的曲线图。
[0037]图12是表示平均液面流速与吞吐量的关系的曲线图。
[0038]图13是用于说明双向转动流动模式的示意图。
[0039]附图符号说明:
[0040]10…浸入式水口 (连续铸造用浸入式水口);11…管体；Ila…上部；Ilb…锥部;Ilc…下部；12…流入口 ；13…流路;14…第一排出孔;14a…上段排出孔；14b…下段排出孔;15…突条部;16…第二排出孔;17…缝隙部;18…短边侧侧壁;19…长边侧内壁;20...底部；20a…下端面；22…分隔部；24…倾斜面；30…不踪剂；31…激光照明；32…照相机。
【具体实施方式】
[0041 ] 接着，参照附图，对将本发明具体化了的实施例进行说明，供理解本发明。
[0042]图1(A)、图1(B)表示本发明一实施例所涉及的连续铸造用浸入式水口 10 (以下，有时也简称为“浸入式水口”)。本实施例的浸入式水口 10包括:上端具有钢水的流入口12的圆筒状的上部Ila;做成矩形的扁平截面的下部lie;以及连接圆筒状的上部Ila和做成矩形的扁平截面的下部Ilc且侧视时呈锥状的锥部11b，该浸入式水口 10由管体11概略构成，该管体11的内部形成有从流入口 12向下方延伸的流路13且具有底部20。
[0043]做成矩形的扁平截面的下部Ilc的对向的短边侧侧壁18上，在靠近底部20的位置分别形成有与流路13连通的第一排出孔14。各第一排出孔14由上下端部分别做成半圆状的铅直方向上较长的长孔构成，其由具有矩形截面且沿水平方向延伸的分隔部22分割成上段排出孔14a和下段排出孔14b `(参照图2(A))。此外，一对分隔部22之间形成有突条部15，该突条部15从流路13的对向的长边侧内壁19分别向内侧突出且沿水平方向将该长边侧内壁19横向断开。突条部15做成截面呈矩形，且对向配置(参照图2(B))。
[0044]此外，管体11的底部20形成有与流路13连通的一对第二排出孔16。一对第二排出孔16相对于管体11的中心轴对称设置(参照图3)，且使该第二排出孔16的倾斜面24延长而成的假想面在流路13内交叉。在沿着长边方向将管体11纵向断开的情况下，一对第二排出孔16配置成”、”字型(逆V字型)。
[0045]此外，在本实施例的浸入式水口 10中，第一排出孔14和第二排出孔16通过形成于短边侧侧壁18且沿铅直方向延伸的缝隙部17连通。
[0046]水模式试验:
[0047]为了确定第一排出孔14 (上段排出孔14a、下段排出孔14b、以及分隔部22)、第二排出孔16、突条部15、以及缝隙部17的最适形状，制作由上述结构构成的浸入式水口 10的模型并实施水模式试验。以下，对所实施的水模式试验进行说明。
[0048]这里，首先定义用于确定第一排出孔14 (上段排出孔14a、下段排出孔14b、以及分隔部22)、第二排出孔16、突条部15、以及缝隙部17的最适形状的参数。
[0049]关于第一排出孔14,水平方向的宽度为a,铅直方向的宽度为b,分隔部22的铅直方向的宽度为be，从第一排出孔14的上端到分隔部22的铅直方向的宽度的1/2为止的铅直距离为ce (参照图2(A))。此外，突条部15的突出高度为ai，突条部15的铅直方向的宽度为bi，从第一排出孔14的上端位置到突条部15的铅直方向的宽度的1/2为止的铅直距离为ci(参照图2(B))。其中，在水模式试验中，做成be=bi，ce=ci。此外，分隔部22的水平方向上的厚度为与短边侧侧壁18相同的厚度。
[0050]另一方面，关于第二排出孔16，第二排出孔16的倾斜面24中形成于管体11的底部20侧的倾斜面24与水平面所成的角度为α，管体11的下端面20a的位置上的各第二排出孔16的开口面积之和为A(包括管体11的下端面20a的位置上的缝隙部17的开口面积)，第一排出孔14的正上方位置上的流路13的水平截面积为A’，一对第二排出孔16之间的内侧尺寸为e，第一排出孔14的正上方位置上的流路13的长边方向上的宽度为e’，第二排出孔16的短边方向上的宽度为f(参照图3、图4(A)、图4(B))。此外，缝隙部17的宽度为d(参照图4(A))。其中，在水模式试验中，第二排出孔16的短边方向上的宽度f为与第一排出孔14的短边方向上的宽度a相同的尺寸。
[0051]铸模为1/1的比例尺，其是由丙烯酸树脂制作的。铸模的尺寸做成长边方向上的宽度为1650mm，短边方向上的宽度做成90mm。此外，从浸入式水口 10流入铸模的水通过泵循环。
[0052]浸入式水口 10的矩形的扁平截面的长边方向做成与铸模的长边方向平行，且浸入式水口 10配置在铸模的中央。此外，第一排出孔14的上端与水面(液面)的距离为145mmη
[0053]在水模式试验中，通过粒子图像流速测定法(PIV:Pmticle Image Velocimetry)计算排出流的速度。在P IV中，使被称为示踪剂30的粒子(50微米左右)分散于流动中(参照图5)。此外，在使用激光照明31通过照相机32拍摄示踪剂30而得到的图像中，从时间序列上相邻的两个图像提取出流场(Flow Field)的瞬时且多点的速度信息。
[0054]根据PIV，能够将铸模整体、任意位置上的流动作为向量而可视数值化。此外，可以将浸入式水口的排出孔附近的非定常流作为连续的动作进行解析。
[0055]下面，对水模式试验结果进行说明。
[0056]全部的试验例以及除比较例I以外的比较例中，所使用的管体(全长:985mm，底部的外侧尺寸:182mmX46mm)是由圆筒状的上部、做成矩形的扁平截面且具有底部的下部、以及将圆筒状的上部和做成矩形的扁平截面的下部连接起来的锥部构成的。此外，除比较例I以外的比较例中，所使用的是专利文献I记载的连续铸造用浸入式水口，即具有第一及第二排出孔、突出条、以及缝隙部且不具有分隔部的浸入式水口。上述各试验体的基本要素(除试验项目)如下所述。
[0057]ci=57.5mm, bi=25mm, b=115mm, ai=5mm, a=26mm, e=26mm, e’=143mm, d=16mm,a =24度,第一排出孔的上下端部的曲率半径=13mm, ci/b=0.5, bi/b=0.22, ai/a=0.19, A/A’ =0.05, d/a=0.62。
[0058]另一方面，比较例I中，所使用的管体(全长:985mm，底部的外侧尺寸:150mmX46mm)是由棱柱状的上部、做成矩形的扁平截面且具有底部的下部、以及将棱柱状的上部和做成矩形的扁平截面的下部连接起来的锥部构成的。此外，排出孔只有分别形成于管体下部的短边侧侧壁的一对长孔。比较例I的要素如下所述。
[0059]b=109mm, a=25mm, e’ =110mnin
[0060]在双向转动流动模式形成于铸模内且液面流速处于一定范围内的情况下，向铸模内的上方以及下方的各钢水流的流速被控制在一对范围内。因此，在本试验中，根据双向转动流动模式的形成以及液面流速进行各试验体的评价。具体地说，关于双向转动流动模式，形成双向转动流动模式的情况为〇，没有形成双向转动流动模式的情况为X。此外，关于液面流速，左右的液面流速的平均值(平均液面流速Vav)为0.2?0.55m/sec的情况为〇，其他范围的情况为X。平均液面流速Vav不足0.2m/sec的情况下，由于对液面的热供给不足而导致保护渣的熔融变薄，可能会发生铸漏。另一方面，平均液面流速Vav超过0.55m/sec的情况下，由于液面摇动导致保护渣熔融层变得不均匀，同样可能会导致铸漏或者保护渣的卷入等品质下降。
[0061]此外，上述左右的液面流速的平均值(平均液面流速Vav)的临界值0.2?0.55m/sec，其是由对模拟试验、水模式试验等、以及与操作的关联进行各种各样地调查的结果所得到的见解。此外，左右的液面流速是铸模短边和浸入式水口间的中心位置、即从铸模短边起的铸模长边宽度的1/4的位置上的数值。此外，吞吐量的数值是钢水比重/水比重=7.0时钢水换算而成的数值。
[0062]ci/b和平均液面流速Vav的关系表示在表I以及图6中。由这些图表可知，ci/b在0.2?0.72的范围内的情况下，平均液面流速Vav为0.2?0.55m/sec，双向转动流动模式也会形成。ci/b不足0.2的情况下，流动的遮蔽效果减少，由于从下段排出孔排出的排出流增大的影响，使得反转流速以及液面流速变大。另一方面，ci/b超过0.72的情况下，相反地，从上段排出孔排出的排出流具有支配性，反转流速以及液面流速变大。
[0063]此外，根据上述结果还可知，分隔部并不是限定于第一排出孔的中央部(ci/b=0.5)，也可以是下段排出孔与上端排出孔相比变大的情况，还可以是相反的情况。另外，在之后的曲线图中，横轴为零的试验体(用?表示的试验体)表示没有突条部的比较例I。
[0064]表1:
[0065]
【权利要求】
1.一种连续铸造用浸入式水口，具有管体，该管体的上端部做成钢水的流入口，该管体的内部形成有从该流入口向下方延伸的流路且该管体具有底部，该管体的至少下部的截面做成扁平的矩形，所述下部的短边侧的两侧壁相对地形成有与所述流路连通的一对第一排出孔，并且所述底部形成有与所述流路连通的一对第二排出孔，该连续铸造用浸入式水口的特征在于， 所述一对第一排出孔分别由形成于该第一排出孔的分隔部分隔成上段排出孔和下段排出孔，一对所述分隔部之间形成有分别从所述流路的长边侧的两内壁向内侧突出且沿水平方向横向断开该内壁的突条部， 所述一对第二排出孔相对于所述管体的中心轴对称配置，且延长该一对第二排出孔的倾斜面而成的假想面在所述流路内交叉。
2.根据权利要求1所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于，形成有连通所述第一排出孔和所述第二排出孔的缝隙部。
3.根据权利要求1所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于，所述分隔部的铅直方向上的宽度为be、从所述第一排出孔的上端到所述分隔部的铅直方向上的宽度的1/2为止的铅直距离为Ce、所述突条部的铅直方向上的宽度为b1、从所述第一排出孔的上端到所述突条部的铅直方向上的宽度的1/2为止的铅直距离为ci时，则be=bi，Ce=Ci0
4.根据权利要求3所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于，所述第一排出孔的水平方向上的宽度为a、铅直方向上的宽度为b、所述突条部的突出高度为ai时，则ci/b=0.2 ?0.72，ai/a=0.07 ?0.28，bi/b=0.07 ?0.38。
5.根据权利要求4所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于，所述第二排出孔的倾斜面中形成于所述管体的底部侧的倾斜面与水平面所成的角度为α、所述管体的下端面位置上的所述各第二排出孔的开口面积之和为Α、所述第一排出孔的正上方位置上的所述流路的水平截面积为Α’时，则α =10?45度，Α/Α’ =0.03?0.45。
6.根据权利要求2所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于，所述分隔部的铅直方向上的宽度为be、从所述第一排出孔的上端到所述分隔部的铅直方向上的宽度的1/2为止的铅直距离为Ce、所述突条部的铅直方向上的宽度为b1、从所述第一排出孔的上端到所述突条部的铅直方向上的宽度的1/2为止的铅直距离为ci时，则be=bi，Ce=Ci0
7.根据权利要求6所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于，所述第一排出孔的水平方向上的宽度为a、铅直方向上的宽度为b、所述突条部的突出高度为ai时，则ci/b=0.2 ?0.72，ai/a=0.07 ?0.28，bi/b=0.07 ?0.38。
8.根据权利要求7所述的连续铸造用浸入式水口.其特征在于，所述第二排出孔的倾斜面中形成于所述管体的底部侧的倾斜面与水平面所成的角度为α、所述管体的下端面位置上的所述各第二排出孔的开口面积之和为Α、所述第一排出孔的正上方位置上的所述流路的水平截面积为Α’时，则α =10?45度，Α/Α’ =0.03?0.45。
9.根据权利要求7或8所述的连续铸造用浸入式水口，其特征在于，所述缝隙部的宽度为d时，则d/a=0.28?1.0。
【文档编号】B22D41/50GK103442826SQ201280004070
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年2月8日 优先权日:2011年3月31日
【发明者】黑田贵宏, 栗栖让二, 古川大树, 沟部有人 申请人:黑崎播磨株式会社