一种水口旋流发生装置及水口旋流连铸方法
【专利摘要】一种水口旋流发生装置及水口旋流连铸方法，装置分为筒式旋流发生器和筒式旋流中间包；筒式旋流发生器安装于传统连铸中间包内部，传统连铸中间包内腔通过筒式旋流发生器与浸入式水口相连通；筒式旋流中间包具有两种安装形式，第一种：筒式旋流中间包与传统连铸中间包配合使用，筒式旋流中间包安装在传统连铸中间包外部，且传统连铸中间包通过筒式旋流中间包与浸入式水口相连通；第二种：筒式旋流中间包单独使用，钢包的水口直接通过筒式旋流中间包与浸入式水口相连通。方法为：连铸前根据连铸工艺选定水口旋流发生装置，其再与传统连铸中间包进行配装，连铸时在钢水重力及切线入口作用下使钢水产生旋转流动，并使浸入式水口内的钢水产生旋转流动。
【专利说明】
一种水口旋流发生装置及水口旋流连铸方法
技术领域
[0001]本发明属于冶金行业中金属液体浇筑技术领域，特别是涉及一种水口旋流发生装置及水口旋流连铸方法。【背景技术】
[0002]钢铁产品的质量对于提高钢铁企业的竞争力十分关键，而钢铁连铸生产过程又是决定钢铁产品质量的重要一环。在钢铁连铸生产过程中，钢水经钢包及中间包后，会通过与中间包相连的浸入式水口流入结晶器中，并在结晶器中冷却凝固成铸坯，而结晶器中钢水的流场、温度场及钢水液面的稳定，对于铸坯的质量至关重要。
[0003]由于结晶器中钢水的流动行为受浸入式水口流出钢水的流动状态影响，因此，通过改善浸入式水口中钢水的流动状态，已成为改善结晶器中钢水流动行为的一个重要手段。目前，使钢水在浸入式水口中产生旋流是一个能够有效度地改善结晶器中钢水流动行为的办法，通过水口旋流不但能够改善结晶器中钢水的流动状态，而且能够改善水口中非金属夹杂物的运动状态，且对于缓解连铸过程中由于非金属夹杂物在耐火材料表面沉积造成的水口堵塞的作用显著。
[0004]现阶段，用于产生水口旋流的方法主要有三种，包括电磁旋流法、叶片旋流法及导槽旋流法，尽管上述方法都有各自的优点，但也伴随着不可忽视的缺点。对于电磁旋流法来说，产生旋流的电磁力需要消耗电能来提供，且电磁旋流装置也需要支出大量的设备费用。 对于叶片旋流法来说，叶片寿命问题一直存在短板，且非金属夹杂物在叶片表面沉积容易导致水口堵塞。对于导槽旋流法来说，在浸入式水口内壁加工螺旋状导槽并非易事，且导槽容易被堵塞或侵蚀，从而削弱旋流强度，进而影响浸入式水口的使用寿命。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种水口旋流发生装置及水口旋流连铸方法，有效降低运行成本及设备成本，结构简单且易于加工，方便操作且便于应用。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种水口旋流发生装置，包括两种结构形式，第一种结构形式为筒式旋流发生器，第二种结构形式为筒式旋流中间包；
[0007]所述筒式旋流发生器安装于传统连铸中间包内部，传统连铸中间包内腔通过筒式旋流发生器与浸入式水口相连通；
[0008]所述筒式旋流中间包具有两种安装形式，采用第一种安装形式时，筒式旋流中间包与传统连铸中间包配合使用，筒式旋流中间包安装在传统连铸中间包外部，且传统连铸中间包通过筒式旋流中间包与浸入式水口相连通;采用第二种安装形式时，筒式旋流中间包单独使用，钢包的水口直接通过筒式旋流中间包与浸入式水口相连通。
[0009]所述筒式旋流发生器包括发生器筒体及发生器钢水入口，所述发生器筒体采用无底式圆柱筒形结构，发生器筒体位于传统连铸中间包内部，且发生器筒体无底端朝下扣置在浸入式水口顶端;在所述发生器筒体顶端筒壁中心开设有塞棒通过孔;所述发生器钢水入口为管式结构，发生器钢水入口沿发生器筒体切线方向设置在发生器筒体的侧壁上，传统连铸中间包内腔依次通过发生器钢水入口、发生器筒体内腔与浸入式水口相连通。
[0010]所述发生器钢水入口数量至少为一个，发生器钢水入口靠近或位于发生器筒体底部，发生器钢水入口与水平方向平行或与水平方向呈夹角。
[0011]在所述塞棒通过孔周围的发生器筒体顶端筒壁上均布设置有若干挡渣堰。
[0012]所述筒式旋流中间包包括中间包筒体、中间包钢水入口及塞棒，所述中间包筒体采用圆柱筒形结构，在中间包筒体底端筒壁上连通有浸入式水口，在中间包筒体顶端筒壁中心开设有塞棒通过孔，所述塞棒经塞棒通过孔设置在浸入式水口正上方;所述中间包钢水入口为管式结构，中间包钢水入口沿中间包筒体切线方向设置在中间包筒体的侧壁上； 当筒式旋流中间包与传统连铸中间包配合使用时，传统连铸中间包依次通过中间包钢水入口、中间包筒体内腔与浸入式水口相连通;当筒式旋流中间包单独使用时，钢包的水口依次通过中间包钢水入口、中间包筒体内腔与浸入式水口相连通。
[0013]所述中间包钢水入口靠近或位于中间包筒体底部，中间包钢水入口与水平方向平行或与水平方向呈夹角。
[0014]在所述塞棒通过孔周围的中间包筒体顶端筒壁上均布设置有若干挡渣堰。
[0015]—种水口旋流连铸方法，采用了所述的水口旋流发生装置，即水口旋流发生装置为筒式旋流发生器，包括如下步骤:
[0016]步骤一:连铸前，根据连铸工艺选定所要使用的筒式旋流发生器；[〇〇17]步骤二:将筒式旋流发生器送入传统连铸中间包内部，并将发生器筒体无底端朝下扣置在浸入式水口顶端；
[0018]步骤三:进行连铸，钢水由于重力作用经发生器钢水入口流入发生器筒体内腔，在发生器钢水入口的切线方向作用下，钢水由于流动惯性会沿着发生器筒体内壁产生旋转流动，在重力作用下，钢水向下流入浸入式水口内，并在浸入式水口内继续保持旋转流动状态，并最终流入结晶器内。
[0019]—种水口旋流连铸方法，采用了所述的水口旋流发生装置，即水口旋流发生装置为筒式旋流中间包，包括如下步骤:
[0020]步骤一:连铸前，根据连铸工艺选定所要使用的筒式旋流中间包，筒式旋流中间包与传统连铸中间包配合使用或者筒式旋流中间包单独使用；
[0021]步骤二:当筒式旋流中间包与传统连铸中间包配合使用时，将筒式旋流中间包设置到传统连铸中间包外部，并将中间包钢水入口与传统连铸中间包相连通；当筒式旋流中间包单独使用时，直接将中间包钢水入口与钢包相连通；[〇〇22]步骤三:进行连铸，钢水由于重力作用经中间包钢水入口流入中间包筒体内腔，在中间包钢水入口的切线方向作用下，钢水由于流动惯性会沿着中间包筒体内壁产生旋转流动，在重力作用下，钢水向下流入浸入式水口内，并在浸入式水口内继续保持旋转流动状态，并最终流入结晶器内。[〇〇23]本发明的有益效果:
[0024]本发明首次利用了钢水重力势能以及切线式钢水入口结构实现了钢水在浸入式水口中的旋转流动，从而起到改善钢水在结晶器中流动状态的作用，有效减轻浸入式水口内的钢水偏流，降低结晶器内钢液的冲击深度，使三氧化二铝等夹杂物不易粘附在浸入式水口内壁上，减轻水口结瘤且防止水口堵塞。
[0025]本发明与现有的电磁旋流法相比，能够节约大量的设备费用和电能消耗;与叶片旋流法相比，不存在叶片寿命问题以及非金属夹杂物在叶片表面沉积容易导致水口堵塞的问题;与导槽旋流法相比，结构简单且易于加工，不存在浸入式水口内壁加工螺旋状导槽不易加工的问题，同时也避免了导槽容易被堵塞或侵蚀，从而削弱旋流强度，进而影响浸入式水口使用寿命的问题。
[0026]本发明对于圆坯、方坯及板坯等连铸工艺均满足要求，可以应用于单口直筒型、侧孔水平型、侧孔倾斜型等各种类型的浸入式水口，且本发明方便操作、便于应用且应用范围广。【附图说明】
[0027]图1为本发明的水口旋流发生装置为筒式旋流发生器的结构示意图；
[0028]图2为图1中A-A剖视图(发生器钢水入口数量为一个)；
[0029]图3为图1中A-A剖视图(发生器钢水入口数量为两个)；
[0030]图4为传统连铸中间包与筒式旋流发生器的装配示意图；
[0031]图5为本发明的水口旋流发生装置为筒式旋流中间包的结构示意图；
[0032]图6为传统连铸中间包与筒式旋流中间包的装配示意图；
[0033]图中，1一发生器筒体，2—发生器钢水入口，3—传统连铸中间包，4 一浸入式水口， 5—塞棒通过孔，6—挡渣堰，7—中间包筒体，8—中间包钢水入口，9一塞棒。【具体实施方式】[〇〇34]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0035]如图1?6所示，一种水口旋流发生装置，包括两种结构形式，第一种结构形式为筒式旋流发生器，第二种结构形式为筒式旋流中间包；
[0036]所述筒式旋流发生器安装于传统连铸中间包3内部，传统连铸中间包3内腔通过筒式旋流发生器与浸入式水口 4相连通；
[0037]所述筒式旋流中间包具有两种安装形式，采用第一种安装形式时，筒式旋流中间包与传统连铸中间包3配合使用，筒式旋流中间包安装在传统连铸中间包3外部，且传统连铸中间包3通过筒式旋流中间包与浸入式水口 4相连通;采用第二种安装形式时，筒式旋流中间包单独使用，钢包的水口直接通过筒式旋流中间包与浸入式水口 4相连通。
[0038]所述筒式旋流发生器包括发生器筒体1及发生器钢水入口 2,所述发生器筒体1采用无底式圆柱筒形结构，发生器筒体1位于传统连铸中间包3内部，且发生器筒体1无底端朝下扣置在浸入式水口 4顶端;在所述发生器筒体1顶端筒壁中心开设有塞棒通过孔5;所述发生器钢水入口 2为管式结构，发生器钢水入口 2沿发生器筒体1切线方向设置在发生器筒体1 的侧壁上，传统连铸中间包3内腔依次通过发生器钢水入口 2、发生器筒体1内腔与浸入式水口 4相连通。
[0039]所述发生器钢水入口 2数量至少为一个，发生器钢水入口 2靠近或位于发生器筒体 1底部，发生器钢水入口 2与水平方向平行或与水平方向呈夹角。
[0040]在所述塞棒通过孔5周围的发生器筒体1顶端筒壁上均布设置有若干挡渣堰6。[0041 ]所述筒式旋流中间包包括中间包筒体7、中间包钢水入口 8及塞棒9，所述中间包筒体7采用圆柱筒形结构，在中间包筒体7底端筒壁上连通有浸入式水口 4，在中间包筒体7顶端筒壁中心开设有塞棒通过孔5，所述塞棒9经塞棒通过孔5设置在浸入式水口 4正上方;所述中间包钢水入口 8为管式结构，中间包钢水入口 8沿中间包筒体7切线方向设置在中间包筒体7的侧壁上；当筒式旋流中间包与传统连铸中间包3配合使用时，传统连铸中间包3依次通过中间包钢水入口 8、中间包筒体7内腔与浸入式水口 4相连通;当筒式旋流中间包单独使用时，钢包的水口依次通过中间包钢水入口 8、中间包筒体7内腔与浸入式水口 4相连通。
[0042]所述中间包钢水入口 8靠近或位于中间包筒体7底部，中间包钢水入口 8与水平方向平行或与水平方向呈夹角。
[0043]在所述塞棒通过孔5周围的中间包筒体7顶端筒壁上均布设置有若干挡渣堰6。
[0044]—种水口旋流连铸方法，采用了所述的水口旋流发生装置，即水口旋流发生装置为筒式旋流发生器，包括如下步骤:
[0045]步骤一:连铸前，根据连铸工艺选定所要使用的筒式旋流发生器；
[0046]步骤二:将筒式旋流发生器送入传统连铸中间包3内部，并将发生器筒体1无底端朝下扣置在浸入式水口 4顶端；[〇〇47]步骤三:进行连铸，钢水由于重力作用经发生器钢水入口 2流入发生器筒体1内腔， 在发生器钢水入口2的切线方向作用下，钢水由于流动惯性会沿着发生器筒体1内壁产生旋转流动，在重力作用下，钢水向下流入浸入式水口4内，并在浸入式水口4内继续保持旋转流动状态，并最终流入结晶器内。
[0048]—种水口旋流连铸方法，采用了所述的水口旋流发生装置，即水口旋流发生装置为筒式旋流中间包，包括如下步骤:
[0049]步骤一:连铸前，根据连铸工艺选定所要使用的筒式旋流中间包，筒式旋流中间包与传统连铸中间包3配合使用或者筒式旋流中间包单独使用；
[0050]步骤二:当筒式旋流中间包与传统连铸中间包3配合使用时，将筒式旋流中间包设置到传统连铸中间包3外部，并将中间包钢水入口 8与传统连铸中间包3相连通;当筒式旋流中间包单独使用时，直接将中间包钢水入口 8与钢包相连通；[0051 ]步骤三:进行连铸，钢水由于重力作用经中间包钢水入口 8流入中间包筒体7内腔， 在中间包钢水入口8的切线方向作用下，钢水由于流动惯性会沿着中间包筒体7内壁产生旋转流动，在重力作用下，钢水向下流入浸入式水口4内，并在浸入式水口4内继续保持旋转流动状态，并最终流入结晶器内。
[0052]在连铸生产过程中，可根据实际产能需要对筒式旋流发生器及筒式旋流中间包的尺寸进行设定，具体实施例尺寸如下:[〇〇53]筒式旋流发生器:发生器筒体1可选等径结构或变径结构，优选等径结构时，发生器筒体1内径为100mm?500_，发生器钢水入口 2可选为圆形管、矩形管或其他形状管，优选圆形管时，发生器钢水入口 2内径为10mm?100mm，发生器钢水入口 2数量优选1?2个，挡渣堰6数量优选4个且可选为长方体结构，挡渣堰6的长、宽、高尺寸分别为20mm?100mm、20mm ?50mm及20mm?200mm。
[0054]筒式旋流中间包:中间包筒体7可选等径结构或变径结构，优选等径结构时，中间包筒体7内径为100mm?3000mm，中间包钢水入口 8可选为圆形管、矩形管或其他形状管，优选圆形管时，中间包钢水入口8内径为10mm?300mm，挡渣堰6数量优选4个且可选为长方体结构，挡渣堰6的长、宽、高尺寸分别为20mm?1000mm、20mm?50mm及20mm?200mm，浸入式水口 4内径为10mm?300mm，塞棒9直径为20mm?1000mm。
[0055]实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
【主权项】
1.一种水口旋流发生装置，其特征在于:包括两种结构形式，第一种结构形式为筒式旋 流发生器，第二种结构形式为筒式旋流中间包；所述筒式旋流发生器安装于传统连铸中间包内部，传统连铸中间包内腔通过筒式旋流 发生器与浸入式水口相连通；所述筒式旋流中间包具有两种安装形式，采用第一种安装形式时，筒式旋流中间包与 传统连铸中间包配合使用，筒式旋流中间包安装在传统连铸中间包外部，且传统连铸中间 包通过筒式旋流中间包与浸入式水口相连通;采用第二种安装形式时，筒式旋流中间包单 独使用，钢包的水口直接通过筒式旋流中间包与浸入式水口相连通。2.根据权利要求1所述的一种水口旋流发生装置，其特征在于:所述筒式旋流发生器包 括发生器筒体及发生器钢水入口，所述发生器筒体采用无底式圆柱筒形结构，发生器筒体 位于传统连铸中间包内部，且发生器筒体无底端朝下扣置在浸入式水口顶端;在所述发生 器筒体顶端筒壁中心开设有塞棒通过孔;所述发生器钢水入口为管式结构，发生器钢水入 口沿发生器筒体切线方向设置在发生器筒体的侧壁上，传统连铸中间包内腔依次通过发生 器钢水入口、发生器筒体内腔与浸入式水口相连通。3.根据权利要求2所述的一种水口旋流发生装置，其特征在于:所述发生器钢水入口数 量至少为一个，发生器钢水入口靠近或位于发生器筒体底部，发生器钢水入口与水平方向 平行或与水平方向呈夹角。4.根据权利要求2所述的一种水口旋流发生装置，其特征在于:在所述塞棒通过孔周围 的发生器筒体顶端筒壁上均布设置有若干挡渣堰。5.根据权利要求1所述的一种水口旋流发生装置，其特征在于:所述筒式旋流中间包包 括中间包筒体、中间包钢水入口及塞棒，所述中间包筒体采用圆柱筒形结构，在中间包筒体 底端筒壁上连通有浸入式水口，在中间包筒体顶端筒壁中心开设有塞棒通过孔，所述塞棒 经塞棒通过孔设置在浸入式水口正上方;所述中间包钢水入口为管式结构，中间包钢水入 口沿中间包筒体切线方向设置在中间包筒体的侧壁上；当筒式旋流中间包与传统连铸中间 包配合使用时，传统连铸中间包依次通过中间包钢水入口、中间包筒体内腔与浸入式水口 相连通；当筒式旋流中间包单独使用时，钢包的水口依次通过中间包钢水入口、中间包筒体 内腔与浸入式水口相连通。6.根据权利要求5所述的一种水口旋流发生装置，其特征在于:所述中间包钢水入口靠 近或位于中间包筒体底部，中间包钢水入口与水平方向平行或与水平方向呈夹角。7.根据权利要求5所述的一种水口旋流发生装置，其特征在于:在所述塞棒通过孔周围 的中间包筒体顶端筒壁上均布设置有若干挡渣堰。8.—种水口旋流连铸方法，采用了权利要求2所述的水口旋流发生装置，即水口旋流发 生装置为筒式旋流发生器，其特征在于包括如下步骤:步骤一:连铸前，根据连铸工艺选定所要使用的筒式旋流发生器；步骤二:将筒式旋流发生器送入传统连铸中间包内部，并将发生器筒体无底端朝下扣 置在浸入式水口顶端；步骤三:进行连铸，钢水由于重力作用经发生器钢水入口流入发生器筒体内腔，在发生 器钢水入口的切线方向作用下，钢水由于流动惯性会沿着发生器筒体内壁产生旋转流动， 在重力作用下，钢水向下流入浸入式水口内，并在浸入式水口内继续保持旋转流动状态，并最终流入结晶器内。9.一种水口旋流连铸方法，采用了权利要求5所述的水口旋流发生装置，即水口旋流发 生装置为筒式旋流中间包，其特征在于包括如下步骤:步骤一:连铸前，根据连铸工艺选定所要使用的筒式旋流中间包，筒式旋流中间包与传 统连铸中间包配合使用或者筒式旋流中间包单独使用；步骤二:当筒式旋流中间包与传统连铸中间包配合使用时，将筒式旋流中间包设置到 传统连铸中间包外部，并将中间包钢水入口与传统连铸中间包相连通；当筒式旋流中间包 单独使用时，直接将中间包钢水入口与钢包相连通；步骤三:进行连铸，钢水由于重力作用经中间包钢水入口流入中间包筒体内腔，在中间 包钢水入口的切线方向作用下，钢水由于流动惯性会沿着中间包筒体内壁产生旋转流动， 在重力作用下，钢水向下流入浸入式水口内，并在浸入式水口内继续保持旋转流动状态，并 最终流入结晶器内。
【文档编号】B22D41/00GK105965003SQ201610522997
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】厉英, 倪培远
【申请人】东北大学