一种CSP薄板坯连铸高拉速浸入式水口及其制造方法与流程

本发明涉及连铸连轧技术领域，尤其涉及一种csp薄板坯连铸高拉速浸入式水口及其制造方法。

背景技术：

薄板坯连铸连轧是20世纪80年代末开发成功的一种用于生产热轧板卷的全新短流程工艺技术。首先是1989年在美国印第安纳州的纽柯钢铁公司投产了由西马克公司(sms)开发成功的csp(compactstripproduction)薄板坯连铸连轧技术生产线，后来中国引进装备了10多条生产线，其铸坯宽度约为900～1650毫米，铸坯厚度一般在65～75毫米之间。由于铸坯厚度比较薄，为了应用结晶器保护渣和浸入式水口实现保护浇注，结晶器中间部分采用了漏斗形结构，在结晶器上口厚度70～90mm的基础上使宽面铜板单侧向外扩展即开口度55～60mm，漏斗形区最大宽度一般在880mm左右、高度为850mm左右，而结晶器总高度为1100mm。

为了适应漏斗形结晶器内型腔空间狭窄的特殊结构，薄板坯连铸用浸入式水口也采用了比较特殊的形状结构，高度一般在1100mm左右，整个水口从上部的圆形过渡到下部的扁平形状，同时在水口内下部设置导流块，形成了双孔或三孔型钢水出口的水口结构。但是使用现有薄板坯连铸用浸入式水口时，在高拉速连铸的过程中，钢水在结晶器内部极易形成摆动流场而导致钢液面产生大的波动，从而引起卷渣，使钢坯因夹杂报废；还会因结晶器钢液面温度分布不均、保护渣溶化不均导致流入结晶器内壁与连铸坯壳之间隙不好而使钢坯因冷却不均匀而产生裂纹缺陷。导致上述缺陷的原因是具有上述结构的浸入式水口由于其中下部的结构设计，使得连铸的拉速仅达4m/min左右，无法满足薄板坯连铸连轧生产线“高效优质低耗”的需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种csp薄板坯连铸高拉速浸入式水口及其制造方法，通过改进浸入式水口中部及下部的结构、尺寸，有效提高连铸的拉速和通钢量，在无电磁制动设备条件下实现高拉速状态下稳定生产，且铸坯质量高；本发明同时提供了所述浸入式水口的制造方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种csp薄板坯连铸高拉速浸入式水口，包括水口本体及分流体；所述水口本体自上至下由具有碗口状流道的钢水流入段、等径圆通道段、分流通道段、扩张流出段依次相连组成,分流体设于分流通道段内；所述扩张流出段为单孔型流道，其水平横截面为椭圆形；等径圆通道段为圆筒形通道，其内径与钢水流入段碗口的最小内径及钢水流入段下口的内径相等；所述等径圆通道段的高度不超过水口本体总高度的三分之一。

所述等径圆通道段的圆形截面通过分流通道段平顺且圆滑地逐渐扩张过渡到扩张流出段的椭圆形截面，沿宽度方向，分流通道段椭圆形横截面的长轴两端点沿曲率半径为500～1000mm的曲线变化过渡；在厚度方向上，分流通道段椭圆形横截面的短轴两端点圆滑地逐渐收缩，分流通道段下口横截面积是分流通道段上口横截面积的1.8～2.5倍，分流通道段高度与水口本体总高度之比为0.26～0.32。

所述分流体为尖晶石-锆-碳材质分流体，其组分按质量分数计为：镁铝尖晶石70％～75％，稳定氧化锆20％～25％，鳞片石墨1％～5％，镁铝合金粉1％～5％，酚醛树脂3％～8％；其中：镁铝尖晶石的粒度组成为0.5～0mm，稳定氧化锆的型号为325#；鳞片石墨的型号为-199，镁铝合金粉的型号为200#；酚醛树脂为液体酚醛树脂。

所述分流体的宽度为20～50mm，高度为其宽度的3～5倍；并且分流体的高度不超过分流通道段的高度；分流体的上端部、下端部均为圆弧形，且上端部圆弧的半径大于下端部圆弧的半径；分流体的上端部顶点与分流通道段上口的垂直距离为60～100mm。

所述扩张流出段的高度不小于水口本体高度的三分之一；扩张流出段的水平横截面始终保持为椭圆形，长轴的长度自上至下逐渐线性扩展增大，且扩张流出段上口长轴长度为扩张流出段下口长轴长度的125％～145％，而短轴的长度自上至下保持不变。

扩张流出段上口椭圆形横截面长轴的长度为260～300mm，扩张流出段下口椭圆形横截面长轴的长度为325～405mm，扩张流出段椭圆形横截面短轴的长度为40～60mm。

所述水口本体的下部设有渣线区，渣线区镶嵌在扩张流出段内，渣线区的外表面与扩张流出段的外表面平齐，渣线区的底部距扩张流出段下口边沿70～80mm，渣线区的壁厚不小于26mm，渣线区的高度为280～320mm；自渣线区下沿到扩张流出段下口，水口本体的壁厚逐渐减薄到16～20mm。

一种csp薄板坯连铸高拉速浸入式水口的制造方法，包括如下步骤：

1)原料制备：按照重量份比例将水口本体、分流体及渣线区的原料称好备用，然后分别通过高速混合机均匀混合，干燥备用；

2)成型：把准备好的各种原料分别组装到水口模具的相应部位，其中分流体原料先放入分流体模具中通过等静压装置进行高压预成型，成型压力为110～120mpa，然后把经过高压预成型的分流体部件组装到水口模具中，随其它部位的原料一起进行最终成型；

3)烧成：成型后的浸入式水口在还原气氛下，1100～1200℃温度保温5小时以上烧成；

4)外形加工：烧成后的浸入式水口按图纸要求进行外形车削加工；

5)涂覆：机械加工后的浸入式水口内、外壁涂刷防氧化涂料，即为最终成品；

6)包装：成品经检查合格后包装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过将水口本体自上至下分为具有碗口状流道的钢水流入段、上部的等径圆通道段、中部的分流通道段、下部的单孔型扩张流道的扩张流出段,并且在中部的分流通道段内设置了特制的分流体、在下部的扩张流出段设置了单孔型特定椭圆形横截面形状的单孔型扩张型流道，当csp薄板坯连铸在高拉速生产时，钢液流入浸入式水口后，由于分流体的分流作用和湍流动能耗散作用及下部流出段的扩张减速作用，使得流出浸入式水口的钢液在结晶器内形成合理的回旋流；同时椭圆形横截面的扩张流出段的结构更适合漏斗形结晶器的内腔形状，使得结晶器的钢液在浸入式水口周围的流速得到合理控制，消除了漩涡卷渣，结晶器钢液面的波动幅度控制在更合理范围，而且结晶器钢液面上温度更高、结晶器保护渣熔化及液渣层分布更均匀，有利于生产高质量连铸坯；

2)在浸入式水口的制作过程中，采用了将分流体通过高压预成型，然后再组装到水口模具中完成水口最终成型的方法，保证了分流体与水口本体的连接强度和抗冲刷及抗侵蚀的性能；

3)本发明所述浸入式水口能在不增加新设备、无电磁制动条件下，将csp薄板坯连铸的拉速提高到5.5米/分钟以上，大幅度提高了生产效率；

4)本发明所述浸入式水口的结构简单、使用方便，适宜在csp薄板坯连铸中推广使用。

附图说明

图1是本发明所述浸入式水口在宽度方向上的竖向截面结构示意图。

图2是本发明所述浸入式水口在厚度方向上的竖向截面结构示意图。

图3是图2中的a-a截面示意图。

图4是图2中的b-b截面示意图。

图5是图2中的c-c截面示意图。

图中：1.水口本体11.钢水流入段12.等径圆通道段13.分流通道段14.扩张流出段2.分流体3.渣线区

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图5所示，本发明所述一种csp薄板坯连铸高拉速浸入式水口，包括水口本体1及分流体2；所述水口本体1自上至下由具有碗口状流道的钢水流入段11、等径圆通道段12、分流通道段13、扩张流出段14依次相连组成,分流体2设于分流通道段13内；所述扩张流出段14为单孔型流道，其水平横截面为椭圆形；等径圆通道段12为圆筒形通道，其内径与钢水流入段11碗口的最小内径及钢水流入段11下口的内径相等；所述等径圆通道段12的高度不超过水口本体1总高度的三分之一。

所述等径圆通道段12的圆形截面通过分流通道段13平顺且圆滑地逐渐扩张过渡到扩张流出段14的椭圆形截面，沿宽度方向，分流通道段13椭圆形横截面的长轴两端点沿曲率半径为500～1000mm的曲线变化过渡；在厚度方向上，分流通道段13椭圆形横截面的短轴两端点圆滑地逐渐收缩，分流通道段13下口横截面积是分流通道段13上口横截面积的1.8～2.5倍，分流通道段13高度与水口本体1总高度之比为0.26～0.32。

所述分流体2的宽度为20～50mm，高度为其宽度的3～5倍；并且分流体2的高度不超过分流通道段13的高度；分流体2的上端部、下端部均为圆弧形，且上端部圆弧的半径大于下端部圆弧的半径；分流体2的上端部顶点与分流通道段13上口的垂直距离为60～100mm。

所述分流体2为尖晶石-锆-碳材质分流体，其组分按质量分数计为：镁铝尖晶石70％～75％，稳定氧化锆20％～25％，鳞片石墨1％～5％，镁铝合金粉1％～5％，酚醛树脂3％～8％；其中：镁铝尖晶石的粒度组成为0.5～0mm，稳定氧化锆的型号为325#；鳞片石墨的型号为-199，镁铝合金粉的型号为200#；酚醛树脂为液体酚醛树脂。

所述扩张流出段14的高度不小于水口本体1高度的三分之一；扩张流出段14的水平横截面始终保持为椭圆形，长轴的长度自上至下逐渐线性扩展增大，且扩张流出段14上口长轴长度为扩张流出段14下口长轴长度的125％～145％，而短轴的长度自上至下保持不变。

扩张流出段14上口椭圆形横截面长轴的长度为260～300mm，扩张流出段14下口椭圆形横截面长轴的长度为325～405mm，扩张流出段14椭圆形横截面短轴的长度为40～60mm。

所述水口本体1的下部设有渣线区3，渣线区3镶嵌在扩张流出段14内，渣线区3的外表面与扩张流出段14的外表面平齐，渣线区3的底部距扩张流出段14下口边沿70～80mm，渣线区3的壁厚不小于26mm，渣线区3的高度为280～320mm；自渣线区3下沿到扩张流出段14下口，水口本体1的壁厚逐渐减薄到16～20mm。

一种csp薄板坯连铸高拉速浸入式水口的制造方法，包括如下步骤：

1)原料制备：按照重量份比例将水口本体1、分流体2及渣线区3的原料称好备用，然后分别通过高速混合机均匀混合，干燥备用；

2)成型：把准备好的各种原料分别组装到水口模具的相应部位，其中分流体原料先放入分流体模具中通过等静压装置进行高压预成型，成型压力为110～120mpa，然后把经过高压预成型的分流体部件组装到水口模具中，随其它部位的原料一起进行最终成型；

3)烧成：成型后的浸入式水口在还原气氛下，1100～1200℃温度保温5小时以上烧成；

4)外形加工：烧成后的浸入式水口按图纸要求进行外形车削加工；

5)涂覆：机械加工后的浸入式水口内、外壁涂刷防氧化涂料，即为最终成品；

6)包装：成品经检查合格后包装。

本发明所述浸入式水口通过在分流通道段13内设置一个具有特殊形状及材质的分流体2，并将扩张流出段14设置为具有特定椭圆形截面形状的单孔型钢水通道，改变了目前薄板坯连铸结晶器用浸入式水口常规的采用两孔、三孔、四孔型钢水出口的水口下部结构，使浸入式水口在csp薄板坯连铸结晶器内使用时能够形成更合理的钢液流场，保证钢液从浸入式水口流出到达结晶器液面时的速度小而且平稳、弯月面温度更高而且温度场分布均匀。从而实现csp薄板坯连铸机能够在高拉速(5.5米/分钟以上)状态且无需电磁制动条件下稳定生产高质量铸坯的工艺要求,极大提高了生产效率和经济效益，适宜推广使用。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

如图1-图5所示，本实施例中，一种csp薄板坯连铸用浸入式水口包括水口本体1及分流体2，水口本体1由顶部的钢水流入段11、上部的等径圆通道段12、中部的分流通道段13、下部的扩张流出段14彼此依次相连构成，中部的分流通道段13内设置一个分流体2，下部的扩张流出段14的内部通道水平横截面为椭圆形。

扩张流出段14的钢水流出孔为一个单通道流出孔，改变了目前csp薄板坯连铸结晶器用浸入式水口常规采用的两孔、三孔、四孔式水口结构，使该浸入式水口在csp薄板坯连铸结晶器内使用时能够形成以两个对称主回旋流为特征的更合理的钢液流场和温度场。

本实施例中，所述浸入式水口的具体结构尺寸如下：

所述水口本体1的壁厚为35mm，总高度为1100mm。

浸入式水口的钢水流入段11具有与常规浸入式水口相同的碗状结构，其高度为150mm，如此可保证钢厂的连铸中间包内相关部件结构尺寸不需要重新进行设计和改动。

所述浸入式水口上部的等径圆通道段12的内径与钢水流入段11下口及碗口最小内径相一致，均为80mm，外径为150mm，等径圆通道段12的高度为290mm。

所述分流通道段13的上口连接等径圆通道段12的下口，分流通道段13的下口连接扩张流出段14的上口，分流通道段13的内部通道从入口的圆截面平顺且圆滑地逐渐扩张过渡到扩张流出段14入口的椭圆形截面，且其下口的横截面积是上口横截面积的2倍，其高度为290mm。

所述分流通道段13内设置的分流体2的宽度为40mm，其高度为130mm；分流体2的上端部、下端部均为圆弧形，且上端部圆弧的半径为20mm，下端部圆弧的半径为12.5mm；该分流体2的上端部顶点与分流通道段13入口的垂直距离为80mm。

所述扩张流出段14的高度为370mm；其内部通道的水平横截面始终保持为椭圆形，横截面积从上口处连续线性扩大变化到下口处，本实施例中，椭圆形截面长轴的长度自270mm至272mm连续变化，椭圆形截面短轴的长度为50mm。

本实施例中，水口本体1内的渣线区3镶嵌在下部的扩张流出段14内，渣线区3的外表面与扩张流出段14的外表面平齐，渣线区3的下沿距扩张流出段14下口底沿的距离为70mm，渣线区3的壁厚为26mm，渣线区3的高度为290mm，从渣线区3下沿开始到扩张流出段14下口底沿处水口本体1的壁厚逐渐减薄到18mm。

本实施例中，所述浸入式水口的制造方法如下：

1)配料制备：按照重量份比例将水口本体1、分流体2及渣线区3的原料称好备用，然后分别通过高速混合机均匀混合，干燥备用；其中分流体2采用尖晶石-锆-碳材料，其组分按质量分数计为：镁铝尖晶石(0.5-0mm)71％，稳定氧化锆(325#)22％，鳞片石墨(-199)1.5％，镁铝合金粉(200#)1.5％，酚醛树脂(液体)4％；

2)成型：首先将分流体2的原料放入分流体特制模具中在等静压装置中高压预先成型，成型压力为190mpa；然后将预先成型好的特制分流体2组装到水口本体1的模具中，并把其他部位原料及渣线区3的原料装填到水口本体1的模具中，最后一起通过在等静压装置以120mpa压力进行最终成型；

3)烧成：成型后的浸入式水口在还原气氛下，1150℃温度保温6小时烧成；

4)外形加工：烧成后的浸入式水口按图纸要求进行外形车削加工；

5)涂覆：机械加工后的浸入式水口内、外壁涂刷防氧化涂料，即为最终成品；

6)包装：成品经检查合格后包装。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。