专利名称：基于多出口制动的浸入式水口结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于连铸技术领域，特别是提供了一种基于多出口制动的浸入式水口 结构。应用于钢液以及其它液态金属的浇注成型过程。
背景技术：
此处以钢铁的连铸生产过程为背景对该项设计进行介绍。连铸技术诞生于1840 年，于1960年广泛运用于钢铁行业，到2002年世界上超过88%粗钢采用连铸生产工艺获得。结晶器通常采用铜板制作，其作用主要体现在1)铸坯表面质量控制器结晶器 的性能对连铸机的生产能力和铸坯质量都起着十分重要的作用；2)高效的传热器把钢液 热量及时导出，减少铸坯缺陷；3)钢液净化器促使钢液中的非金属夹杂物上浮而被保护 渣吸收去除；4)钢水凝固成型器钢水在其中可凝固成特定的形状。连铸浸入式水口联接了中间包和结晶器，为钢液流动提供了通道。浸入式水口技 术的引入大大改善钢液二次氧化的问题，使得钢液在不与外界空气进行接触的情况下顺利 浸入结晶器，同时，浸入式水口还具有控制钢液在结晶器内流动形式，稳定钢液液面，避免 生产事故等作用。连铸坯质量一直是困扰人们的一个问题，如表面裂纹，表面气孔，中心偏析和大型 夹杂物，股肚，脱方等。消除这些缺陷在很大程度上依赖于连铸过程中钢液流动和热量传递 的控制，因此对连铸核心结晶器内流场的控制显得尤为重要。结晶器内钢液的流动对铸坯质量十分重要。传统板坯连铸结晶器流场存在三个 典型区域水口射流区，上回流区和下回流区。其回流区的大小和强度取决于结晶器的宽 度，拉速，水口浸入深度，水口开孔角度等工艺参数。高拉速条件下结晶器流场的控制主要 体现在对水口射流区的控制。水口射流速度随拉速的增大而增大，当前板坯拉速已经超过 l.Sm/min，势必造成钢液射流速度过大，导致大部分钢液集中到结晶器侧面的一点进行热 量交换，因此，给结晶器铜板带来了极大的热负载。此外，局部温度过高也有可能导致结晶 器水缝中冷却水沸腾，冷却水中杂质沉积形成水垢，大大降低导热率，并使得冷却水流动不 均，这一现象在结晶器弯月面附近尤为明显，也是形成铸坯缺陷的主要原因。因此，对结晶器流场的控制是解决铸坯质量，保证连铸高效顺行的关键。浸入式水 口的设计对钢液在结晶器中的流动有较大的影响，合理的浸入式水口是改善结晶器内钢液 流动状况，降低注流的冲击深度，分散注流带入的热量促使结晶器形成均勻坯壳，促进夹渣 物上浮的重要手段。然而，以上传统水口的使用也暴露出一些不足，尤其是随着连铸拉速的 不断提升。传统水口的设计很容易造成钢液流股过分集中于侧面，局部热点分布在结晶器 侧壁的凝固坯壳内侧，同时，若射流区域存在较大的钢液紊动能也不利于钢液中夹杂物和 气泡的上浮去除。从连铸技术背景分析和国内外相关专利文献分析来看，生产过程中大部分质量问 题都与浸入式水口的使用有直接关系，传统的浸入式水口在对结晶器内流股速度的控制上已经很难达到要求，这一点尤其体现在高拉速的连铸作业下。尽管结晶器电磁制动技术的 引入，对钢流流动速度的降低起到了积极的作用，但是由于需要添置电磁制动设备，在设备 费用和能源消耗上，为生产企业增添了一定的负担。
发明内容本实用新型的目的在于提供基于多出口制动的浸入式水口结构，主要是在现有连 铸浸入式水口的基础上，优化设计的一种水口。使得浇注过程中液态金属在结晶器内分布 更加合理，从而减少了结晶器壁面的热负载，有效控制了高温浇注过程，尤其是连续浇注过 中可能出现的浇漏现象，保证了生产的顺行。同时，结晶器内合理的流场分布还有利于液态 金属中非金属夹杂物和气泡的上浮去除，防止了金属液面覆盖剂的卷入，即便是在高拉速 连铸条件下，也无须再采用电磁制动的方式对钢液流动进行控制，保证了产品的质量。该水口不仅在钢铁连铸过程中可以替代传统水口进行生产，还能用于浇注其它需 要进行保护浇注的金属，例如镁，铝等。该水口的使用对连铸过程中结晶器内钢液的流动， 传热，以及夹杂物的去除起到积极的作用。从而节约了能耗和大幅度降低了生产成本。本实用新型包括主轴、通道；轴上有一主通道，主通道的顶部有一入口，入口与 装有液态金属的容器相连，在主通道的下部靠近水口末端，沿水口主轴方向设计有2 4对 侧面开孔的金属液出口，如图1、图2、图3。水口出口位于主通道的侧面圆周方向上，如图 4。且水口的单侧有2倾角向上或向下的侧面出口。水口出口位于主通道的两侧，出口布置在水口的圆周方向成175 185°间隔的2 个方向、成115 125°间隔的3个方向、成85 95°间隔的4个方向。侧面出水口均勻对称布置在水口主轴的圆周方向。水口上部出口和下部出口的轴位于同一平面(P)，且与水口主轴(ζ)成30 90角
度关系。水口上、下部出口的截面为矩形、圆形、椭圆形或是其它形状。水口采用耐火材料制作。侧面出口向上或者向下的倾角，尺寸，以及形状，可以根据不同的情况进行任意调 整，例如，倾角的可根据生产工艺进行调整，形状可以为方形出口，圆形出口，或是带有一定 倒角的出口；浸入式水口底部形状可以根据不同的情况进行任意调整，例如，可以为平板型底 部，锥形底部，或者凹槽型底部；该水口在使用过程中应该浸没在金属液面以下；该水口的范围；钢液的连续浇注；铜，铝，镁等有色金属液的连续浇注；其它有可 能连铸或者需要保护浇注的熔体；适用于大生产或实验室实验。根据以上设计特点，使用过程中，从水口上部出口注入的液态金属流股与从水口 下部出口注入的流股相互作用，合成新的流股，减少了侧面横向速度，达到制动目的。其优
*izti J *(1)与采用传统水口相比，该发明水口能够降低结晶器壁的热负载；(2)与采用传统水口相比，该发明水口能够降低结晶器注流区的紊动能和流股冲 击速度；[0024](3)与采用传统水口相比，该发明水口能够降低保护渣覆盖下金属液体波动，防止 保护渣的卷入；(4)采用该水口可以得到稳定流动的液态金属；(5)采用该水口可以减少铸坯当中密度较小夹杂物的数量；(6)采用该水口能减少卷入铸坯当中气泡的数量，促使气泡能及时地从金属液面 去除。本实用新型水口(如图3)的优点在于在浸入式水口上布置有一对或者多对侧面 朝向的出口，且出口具有向上或者向下角度的开孔，浇注过程中，钢液从这些开孔流出后相 互作用，从而达到对钢液减速制动，控制结晶器内流场的目的。
图1为浸入水口有两对出口的出口位置示意图。图2为浸入水口有三对出口的出口位置示意图。图3为浸入水口有四对出口的出口位置示意图图4为单侧两个出口的出口示意图
具体实施方式
图1 4为本实用新型的一种具体实施方式
。本实用新型包括主轴、通道；轴上有一主通道，主通道的顶部有一入口，入口与 装有液态金属的容器相连，在主通道的下部靠近水口末端，沿水口主轴方向设计有2 4对 侧面开孔的金属液出口，水口出口位于主通道的侧面圆周方向上，且水口的单侧有2倾角 向上或向下的侧面出口。(1)水口用耐火材料该水口可采用传统的高温耐火材料制作，例如氧化铝，碳化铝等。保证耐火材料质 量，防止水口在扭曲和拉伸应力作用下发生断裂。(2)水口安装方法该水口安装与常规水口相似，水口经预热后，安装在连铸中间包底部，浇注过程 中，必须保证水口的出口都浸没在金属液面以下。当水口完成一定炉次浇注后，即达到使用 寿命后，可以根据工艺需求进行更换。(3)水口对钢液制动过程本实用新型主要利用浸入式水口出口附近钢液流股之间的相互作用的原理进行 制动。水口侧面出口位于水口末端，2对或者多对出口沿水口主轴方向分布，水口上部出口 和下部出口存在一定的角度关系。在正常的连铸工作条件下，钢液可以分别从上部出口和 下部出口流出，形成上部流股和下部流股，这两股流股合并后，使得流股的冲击速度大大减 少，减小了整个流股对结晶器内初始凝固坯壳的冲击，采用传统浸入式水口，钢液从注入结 晶器后，可达到离结晶器壁区域，在结晶器侧壁形成冲击点。采用本发明水口后，从浸入式 水口上部出口流出的流股，在结晶器内以一定的向下角度朝窄面运动，而从水口下部出口 流出的流股，在结晶器内以一定的向上角度朝窄面运动，两股流股在途中汇合，相互作用形 成新的流股，促使流股在距结晶器侧壁方向的中间位置很好地被分散，从而当流股到达传
5统水口所谓“冲击点”区域时，强度大大减弱。采用传统水口时，由于冲击点的存在，高温钢 液主要集中在该点，且大部分热流都集中在结晶器窄面附近，仅有少部分热量被送到结晶 器宽面。如此，会造成结晶器内钢液冷却不均，形成铸坯缺陷，甚至造成漏钢等生产事故。另 一方面，结晶器铜板热量的过分集中，也容易造成铜板热负载过大，减少铜板的使用寿命。 采用了本发明的浸入式水口，更多的钢液热流可以通过流场传输到结晶器宽面中部位置， 使得结晶器内热流分布更加均勻，从而有利于宽面凝固坯壳的快速形成。另外，该水口的使 用也减少了结晶器局部过热，防止了铜板可能产生的热应变。 此外，采用该水口，还有利与钢液中小密度夹杂物和气泡的上浮去除，采用该发明 水口后，钢液中的小密度夹杂物在结晶器内的去除效果明显，有利于保证铸坯质量。
权利要求一种基于多出口制动的浸入式水口结构，包括主通道和成对的侧面出口，主通道的顶部有一入口，入口与装有液态金属的容器相连，在主通道的下部靠近水口末端，沿水口主轴方向设计有2～4对侧面开孔的金属液出口，水口出口位于主通道的侧面圆周方向上，且水口的单侧有2个倾角向上或向下的侧面出口。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，水口出口位于主通道的两侧，出口布置在 水口的圆周方向成175 185°间隔的2个方向、成115 125°间隔的3个方向、成85 95°间隔的4个方向。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，水口下端靠上的出口和靠下的出口轴位 于同一平面(P)，且与水口主轴(z)成30 90度角关系。
4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，水口上、下部出口的截面为矩形、圆形、椭 圆形。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，水口采用耐火材料制作。
专利摘要一种基于多出口制动的浸入式水口结构，属于连铸技术领域。其特征在于，浸入式水口主通道的顶部有一入口，入口与乘有液态金属的容器相连，在主通道的下部靠近水口末端，沿水口主轴方向设计有2～4对侧面开孔的金属液出口；每对出口均匀分布在主通道的圆周方向上。优点在于，水口上下部流股合并后，冲击速度大大减少，减小了整个流股对结晶器内初始凝固坯壳的冲击，结晶器内热流分布更加均匀，有利于宽面凝固坯壳的快速形成，减少了结晶器局部过热，防止了铜板可能产生的热应变，大大降低漏钢几率，提高板坯质量，降低能耗和生产成本。
文档编号B22D41/50GK201760570SQ20102050115
公开日2011年3月16日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者张立峰 申请人:张立峰