专利名称：一种多级分流型连铸浸入式水口的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢的连续铸造技术领域，尤其涉及一种连铸结晶器用的浸入式水口装 置。
背景技术：
钢的连续浇注是将具有一定过热度的液态钢水通过水冷结晶器连续冷却成具有一定形状的固态铸坯的过程，在此过程中，需要有一个耐火材料制作的套管将钢液从上游的冶金容器中注入结晶器内，该耐火材料套管被称为浸入式水口。浸入式水口是安装在中间包底板并插入结晶器液面以下，其主要作用是防止钢液的二次氧化、氮化、喷溅，同时避免液面卷渣、调节结晶器内钢液的流动模式和温度分布，从而促使结晶器内的坯壳均匀无缺陷生长，并尽量减少钢液中的气体和非金属夹杂物。由于浸入式水口对于提高铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作和防止铸坯表面和内部质量缺陷等方面均有显著的效果，因此在世界各国的连铸机上被广泛应用。但是，要使得浸入式水口能够较好的发挥其冶金作用，就必须设计合理的浸入式水口结构形状。通常情况下，浸入式水口的结构形状应满足如下要求(I)保证良好的密封效果，浇注过程不得吸入空气；(2)水口出口的注流运动应能缓和而均匀的冲洗凝固前沿，不得对初生坯壳产生过大冲击；(3)尽量降低注流的冲击深度而不引起结晶器液面的剧烈翻滚，壁面液面卷渣和弯月面过大波动；(4)始终保持结晶器液面的高温，促进坯壳合理生长；(5)尽量保证结晶器横向温度和成分的均匀性。据此，应根据结晶器断面尺寸、钢种及拉坯速度对浸入式水口进行适当的设计。现有技术下，板坯连铸结晶器主要采用双侧孔浸入式水口浇注，大方坯(指铸坯断面尺寸大于200mmX 200mm的方坯)连铸结晶器可以采用双侧孔水口或者四侧孔水口进行浇注。目前的板坯和大方坯结晶器所采用的侧开孔浸入式水口主体结构是耐火材料压制而成的上端开口、底端封闭、侧面开孔的空心管道，上端开孔的中心内腔和靠近底板的侧开孔相互连通，并构成浇注时钢液的流动通道。实际浇注时，上游冶金容器的钢液从浸入式水口的内腔上开口流入，从靠近底面的侧壁上的侧孔流出，并进去结晶器内。通过对钢液流动行为的分析可以发现，现用的侧开孔浸入式水口其实存在以下两个不利因素第一，水口侧孔数量有限，不能很好的使钢液分散流入结晶器中，使得钢液对初生凝固坯壳的冲击较大，容易破坏初生坯壳的形成，特别是钢液流量较大，这种问题就会更突出。而对于常浇的板坯和方坯用浸入式水口而言，在同一高度的侧壁开多个孔会破坏水口壁面强度，增加水口损坏几率，同时，为了保证较好的流场，在浸入式水口同一高度的侧壁上，一般板坯开孔为双孔，方坯最多为四孔。第二，对于现有的浸入式水口结构而言，当侧孔面积较小时，钢液流股的冲击强度就会很大，对初生坯壳的冲击力和对液面的干扰也会很强；而当侧孔的面积较大时，钢液由于受重力作用，总是会从侧孔下部分流出来，侧孔上部分钢液流动速度很小，甚至不流动，这种情况就是通常所说的侧孔填充度很低，也就是侧孔的有效利用面积很小，因此，在钢液流量较大时，仅仅增大侧孔面积并不能真正的增大钢液的出口面积，减少钢液的冲击力度，避免初始凝固坯壳的破坏和液面剧烈波动。
在授权公告号为CN201603853U的实用新型专利中，公开了一种用于浇注常规板坯的放钢液湍流的四孔浸入式水口，该浸入式水口的主要技术方案是水口本体的下部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。这种浸入式水口的上下不同高度的侧孔对于分散钢液有一定的作用，但由于钢液受重力作用，总是向下流动，因此下面侧孔的钢液流股冲击依然很强，上面侧孔流出的钢液很少，钢液并不能很好的均匀分散至各个侧孔。即使下面的侧孔很小，在自上而下的钢液重力压迫下，下面侧孔钢液的冲击力很强。因此，这种设计方式并不能很好分配出口的钢液流动，减少钢液对坯壳的冲击破坏作用。因此，随着铸坯拉速普遍提高，现场浇注时的钢液流量也不断增大，采用常规水口浇注时造成的钢液冲击力过大的问题就显得更为突出，为解决这一问题，就有必要对常规浸入式水口的结构进行改进，以更好的适当于现代高效连铸技术的发展
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可分散钢液冲击力，在保证水口壁面强度的情况下，使钢液合理的分配至多个侧孔，减少钢液的冲击对初生凝固坯壳的破坏和对液面的干扰，有效的改善结晶器内的流场，提高铸坯的凝固质量的浸入式水口。为解决上述技术问题，本发明提供了一种多级分流型连铸浸入式水口 包括由侧壁和底板围成的上端开口的水口本体，所述本体限定了一个垂直的内腔，所述侧壁靠近底板上方的位置上开设有贯通侧壁的侧孔，所述侧壁垂直方向上顺次设置有至少两对侧孔，所述每一对侧孔处于侧壁的同一高度，在相邻两对侧孔之间的侧壁上设有一个向水口内腔中心方向凸出的凸阶。本发明为解决现有技术单纯多开的侧孔不能有效利用的问题，将多个侧孔分为两两一对，并由上到下分层级布置在侧壁上，在每对侧孔之间设置凸阶用于分层级减缓钢液流速并配合侧孔分流钢液，以达到较好的分散钢液冲击力的效果，在保证了水口壁面强度的情况下，使钢液合理的分配至多个侧孔，减少钢液的冲击对初生凝固坯壳的破坏和对液面的干扰，有效的改善了结晶器内的流场，提高了铸坯的凝固质量。作为优选，所述侧孔为三对，从下到上依次为第一对侧孔、第二对侧孔和第三对侧孔，在第一对侧孔与第二对侧孔之间的侧壁上设有一个向水口内腔中心方向凸出的第一凸阶，第二对侧孔与第三对侧孔之间设有一个向水口内腔中心方向凸出的第二凸阶，所述第一凸阶的面积大于第二凸阶。第一凸阶用于保证部分钢液能从凸阶上流入第二对侧孔中并流入结晶器中，第二凸阶用于保证从内腔流下的部分钢液能进入第三对侧孔并流入结晶器中。作为优选，所述第二凸阶和第一凸阶的横截面形状与内腔相同，所述第二凸阶、第一凸阶与内腔底板横截面的面积比为1:2:3。该结构可以保证进入第一对侧孔的钢液量、进入第二对侧孔的钢液量和进入第三对侧孔的钢液量近似相等，非常有利于钢液均匀分散流出，避免局部冲击过大。作为优选，所述第一对侧孔的下沿与水平方向呈-10° 10°的倾角，所述第二对侧孔下沿与水平方向呈向下15°至向上5°的倾角，第三对侧孔下沿与水平方向呈向下25。至0°的倾角。该结构可以使处于水口下端的第一对侧孔流出的钢液冲击深度不至于过大，而处于上端的第三对侧孔流出的钢液对液面的扰动也较小。
作为优选，所述每对侧孔的大小相等、形状相同，每一对侧孔均沿水口内腔的中心线呈轴对称。该结构保证钢液流出比较均匀。作为优选，所述侧孔为带倒角的方形，且其横向边长长于纵向边长。该结构在保证足够多分流层级的情况下确保较大的出液口。作为优选，所述凸阶上表面与侧孔下沿齐平。采用该结构对钢液的导流更流畅，效果更好。
作为优选，所述凸阶上表面为倾斜面，所述倾斜面由靠近水口内腔中心位置处向下倾斜延伸至侧壁。该结构可以很好的将从水口内腔流下的钢液导入第二对侧孔和第三对侦吼中。作为优选，所述水口本体的横截面为圆形、椭圆形、倒角的方形或者前后两边为直线、左右两边为弧线的扁形。作为优选，所述侧壁外表面呈环套状设置有渣线。该结构可以较好地保护水口。本发明相对于现有技术的有益效果是
(O由于采用了凸阶引流的多孔结构，因此可以使钢液从浸入式水口的侧孔均匀分配出去，可以减轻钢液的冲击速度和强度，避免钢液对初生凝固坯壳的破坏作用，还可以减小钢液对液面的扰动作用，防止液面卷渣和弯月面处形成裂纹，特别是拉速比较高时，钢液的流量比较大，这种有益效果会更加明显。(2)采用上述设计的浸入式水口可以使钢液均匀分散至结晶器的上部区域，有利于结晶器横向温度和成分均匀性，避免了局部温差导致应力裂纹和局部成分偏析。(3)由于上述结构可以使钢液均匀的从多个侧孔流出，减轻钢液的冲击力度，因此，可以有效降低钢液的冲击深度，提高钢液的热中心，这样非常有利于夹杂物的上浮去除，也能有效抑制中心偏析的形成。(4)该浸入式水口设计方式能够使钢液对水口的冲击力分散，减轻了钢液对水口底板的冲击，大大降低了浸入式水口穿底损坏的几率，有利于水口使用寿命的提升。
附图I为本发明一种多级分流型连铸浸入式水口的结构示意图。附图2为图I中A-A剖视图。附图3为本发明一种多级分流型连铸浸入式水口的使用状态参考图。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。实施例I :
参见附图I 3，本发明一种多级分流型连铸浸入式水口，包括水口本体1，水口本体I由侧壁2和底板3组成，所述侧壁2的外侧面上设置有一圈渣线4，渣线4深度为18mm，高度为130mm，渣线4下端离水口底板3下表面距离为120mm。在实际应用中，水口侧壁2和底板3 —般是由铝碳质或石英质耐火材料通过等静压成形，渣线4采用耐渣侵蚀性较好的氧化锆复合材料。水口本体I的横截面为前后两边为直线、左右两边为弧线的扁形，当然，还可以是圆形、椭圆形或者是倒角的方形等其他常见的形状。所述侧壁2和底板3相连，并围成垂直方向上中空的内腔5，所述内腔5上端开口，下端为封闭的底板3。所述侧壁2和内腔5的横截面形状可以为圆形，带倒角的方形或上下为平面、左右为弧面的扁形。所述侧壁2在纵向上从下至上分别设置了第一对侧孔6、第二对侧孔7和第三对侧孔8，所述第一对侧孔6、第二对侧孔7和第三对侧孔8大小形状完全相同，作为一种优化的结构，所述第一对侧孔6、第二对侧孔7和第三对侧孔8的形状均为带倒角的方形，并且横向边长大于纵向边长。所述第一对侧孔6为沿水口内腔中心线呈轴对称的两个侧孔，所述第二对侧孔7也是沿水口中心线呈轴对称的两个侧孔，所述第三对侧孔8同样是沿水口内腔中心线呈轴对称的两个侧孔。作为一种优化的结构，所述第一对侧孔6的下沿与水平方向呈-10°的倾角，所述第二对侧孔7下沿与水平方向呈向下10°的倾角，第三对侧孔8下沿与水平方向呈向下15°的倾角。所述第一对侧孔6的下沿高于水口底板3的上表面，闻度差为20mm。所述第一对侧孔6和第二对侧孔7之间内壁2上设置了从水口侧壁2内表面向水 口内腔5中心凸出的第一凸阶9，所述第二对侧孔7和第三对侧孔8之间的内壁上设置了从水口侧壁2内表面向水口内腔5中心凸出的第二凸阶10，所述第一凸阶9和第二凸阶10与水口内腔5形状相同，大小相异。所述第一凸阶9和第二凸阶10从内腔5中心方向往侧壁2呈倾斜向下的斜面，倾角为-15°，所述第一凸阶9的横截面积约为水口内腔5横截面积的三分之二，所述第二凸阶10的横截面积约为水口内腔5横截面积的三分之一。两个凸阶的上表面与侧孔下沿齐平。实际浇注过程中，浸入式水口本体I下端插入结晶器11内，结晶器11的液面处于渣线4的位置。钢液从浸入式水口内腔5上端流入，靠近侧壁2内表面的钢液在向下流动过程遇到上表面倾斜的第二凸阶10，在第二凸阶10的导流作用下从第三对侧孔8中流出；剩下的钢液继续向下流动，处于第二凸阶10末端和第一凸阶9末端之间的钢液碰到第一凸阶9后，在第一凸阶9的导流作用下从第二对侧孔7中流出；靠近水口内腔5中心的钢液继续向下流动，直至碰到水口底板3上表面后产生反弹，并从第一对侧孔6中流出，这种结构设计可以非常均匀的分配从浸入式水口内流出的钢液，使结晶器内具有非常均匀的温度场和流场，减少钢液的冲击力度和强度，避免了钢液对初生凝固坯壳的破坏作用和对液面的干扰，还可以降低钢液的热中心，有利于钢液中夹杂物的上浮去除和中心偏析的减轻。总之，本发明由于采用了凸阶引流的多孔结构，可以使钢液从浸入式水口的侧孔均匀分配出去，可以减轻钢液的冲击速度和强度，避免钢液对初生凝固坯壳的破坏作用，还可以减小钢液对液面的扰动作用，防止液面卷渣和弯月面处形成裂纹，特别是拉速比较高时，钢液的流量比较大，这种有益效果会更加明显。采用上述设计的浸入式水口可以使钢液均匀分散至结晶器的上部区域，有利于结晶器横向温度和成分均匀性，避免了局部温差导致应力裂纹和局部成分偏析。由于上述结构可以使钢液均匀的从多个侧孔流出，减轻钢液的冲击力度，因此，可以有效降低钢液的冲击深度，提高钢液的热中心，这样非常有利于夹杂物的上浮去除，也能有效抑制中心偏析的形成。该浸入式水口设计方式能够使钢液对水口的冲击力分散，减轻了钢液对水口底板的冲击，大大降低了浸入式水口穿底损坏的几率，有利于水口使用寿命的提升。应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些 等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种多级分流型连铸浸入式水口，包括由侧壁(2)和底板(3)围成的上端开口的水口本体(1)，所述本体(I)限定了一个垂直的内腔(5)，所述侧壁靠近底板(3)上方的位置上开设有贯通侧壁(2)的侧孔，其特征在于所述侧壁(2)垂直方向上顺次设置有至少两对侧孔，所述每一对侧孔处于侧壁的同一高度，在相邻两对侧孔之间的侧壁上设有一个向水口内腔中心方向凸出的凸阶。
2.根据权利要求I所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述侧孔为三对，从下到上依次为第一对侧孔(6)、第二对侧孔(7)和第三对侧孔(8)，在第一对侧孔(6)与第二对侧孔(7 )之间的侧壁上设有一个向水口内腔中心方向凸出的第一凸阶(9 )，第二对侧孔(7)与第三对侧孔(8)之间设有一个向水口内腔中心方向凸出的第二凸阶(10)，所述第一凸阶(9)的面积大于第二凸阶(10)。
3.根据权利要求2所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述第二凸阶(10)和第一凸阶(9)的横截面形状与内腔(5)相同，所述第二凸阶、第一凸阶与内腔底板横截面的面积比为1:2:3。
4.根据权利要求2所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述第一对侧孔的下沿与水平方向呈-10° 10°的倾角，所述第二对侧孔下沿与水平方向呈向下15°至向上5°的倾角，第三对侧孔下沿与水平方向呈向下25°至0°的倾角。
5.根据权利要求I或2或4所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述每对侧孔的大小相等、形状相同，每一对侧孔均沿水口内腔(5)的中心线呈轴对称。
6.根据权利要求5所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述侧孔为带倒角的方形，且其横向边长长于纵向边长。
7.根据权利要求I所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述凸阶上表面与侧孔下沿齐平。
8.根据权利要求I或7所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述凸阶上表面为倾斜面，所述倾斜面由靠近水口内腔(5)中心位置处向下倾斜延伸至侧壁(2)。
9.根据权利要求f4任一所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述水口本体(I)的横截面为圆形、椭圆形、倒角的方形或者前后两边为直线、左右两边为弧线的扁形。
10.根据权利要求I所述的多级分流型连铸浸入式水口，其特征在于所述侧壁(2)外表面呈环套状设置有渣线(4)。
全文摘要
一种多级分流型连铸浸入式水口。本发明涉及钢的连续铸造技术领域，尤其涉及一种连铸结晶器用的浸入式水口装置。包括由侧壁和底板围成的上端开口的水口本体，所述本体限定了一个垂直的内腔，所述侧壁靠近底板上方的位置上开设有贯通侧壁的侧孔，所述侧壁垂直方向上顺次设置有至少两对侧孔，所述每一对侧孔处于侧壁的同一高度，在相邻两对侧孔之间的侧壁上设有一个向水口内腔中心方向凸出的凸阶。本发明可分散钢液冲击力，在保证水口壁面强度的情况下，使钢液合理分流，减少钢液的冲击对初生凝固坯壳的破坏和对液面的干扰，有效的改善结晶器内的流场，提高铸坯的凝固质量。
文档编号B22D41/50GK102873290SQ20121039163
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月16日 优先权日2012年10月16日
发明者徐海伦, 青雪梅, 马春武, 幸伟, 徐永斌 申请人:中冶南方工程技术有限公司