用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，包括水口侧壁、与侧壁一体的底部以及侧壁与底部围成的顶部开口的人字形内孔，内孔的两个开口端的侧壁上分别设置有向下倾斜的流道孔，流道孔的入口与开口端连通，本实用新型利用钢水自身的初动能和特定运动轨迹作用结晶器内已有的钢水，从而改变钢水流场的方式，相较电磁制动更为节能，而利用用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口在连铸过程中，如果发现垂直方向位置不合适，可以通过在线更换不同形式的浸入式水口或微调中间罐高度或微调铸坯拉速，实现制动式浸入水口对结晶器内钢水流动制动的优化。
【专利说明】用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种浸入水口，尤其涉及一种用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口。
【背景技术】
[0002]目前，方、矩、圆形及板坯(含薄板坯)连铸机采用的结晶器浸入式水口，普遍采用的是带导流孔的直管形，根据连铸断面形状或单孔、或多孔；为满足结晶器内钢水的流动合理性，在孔型角度设计时，在垂直方向设计有一定角度；但这些水口在设计时均仅结晶器内的流场尽量合理化，而未考虑在连铸过程中因结晶器电磁搅拌的影响而造成卷渣的可能性，从而导致连铸坯质量不稳定。
[0003]随着高效、优质、环保、节能型铸机的开发，高拉速必定加大了结晶器内钢水流股的流量和流速，在铸坯凝固过程中，必将增加了钢水在液相穴中的冲击深度和弯月面处钢液驼峰高度的不稳定性，即使采用优化后的传统式浸入式水口，也未必能对铸坯质量有充分的改善或优化，不管怎样，在现有条件下，无论采用何种传统方式或结构的水口，同样避免不了因电磁搅拌对结晶器上部回流钢水对结晶器保护渣液渣层的搅动，势必导致结晶器液面的波动值升高，造成卷渣而最终影响铸坯质量，同时，对结晶器内钢水中夹杂物的上浮也很不利。因此，在不增加设备投入的前提下，单靠目前的工艺技术挖潜是有限的。为适应行业对铸坯质量等级标准不断提高的要求，研究和应用新型浸入式水口，很有必要。
[0004]自从电磁搅拌技术应用于连铸工艺以来，为铸坯质量的提升找到了一个新平台，因此，在现代连铸机的整体构成中几乎都配有一定形式的电磁搅拌系统，而最新的电磁搅拌技术的应用成果就是结晶器中电磁制动技术的采用。
[0005]结晶器内的流体是在注流的冲击作用下，遇到结晶器壁后分离成上、下两个回流区。上回流区沿结晶器侧壁向上返流到结晶器钢液面附近，再向水口方向流动；下回流区流股在冲击结晶器侧壁后，由于惯性和重力的作用，在向下冲击一定深度后又分离成两部分，一部分在遇到凝固“珊瑚”界面后，改变其流动方向向结晶器中心区流动回流到水口附近，另一部分则加入到凝固过程和向下流动；而这一部分钢液在向下流动过程中，又可能分离成两股，甚至更多，经过结晶器电磁搅拌区域后，由于受到电磁力的作用减缓或衰减其向下或流向中心的能量，直到钢液慢慢凝固、流动接近终止时，回流过程才逐渐消失。在这一流动过程中，流股受冲击力的作用冲击结晶器侧壁，严重影响结晶器侧壁坯壳的均匀性生长及上下回流速度的大小。上回流速度增加又直接影响结晶器液面的平稳程度和水口两侧回流互相作用产生漩涡的大小。
[0006]由于结晶器液面受回流钢水的作用产生波动，波动太小势必影响保护渣的传热与熔化，形成不了稳定而又有足够厚度的熔渣层，从而影响渣膜的润滑效果与吸附夹杂物的能力；而波动太大则又会造成保护渣或刚刚被吸附的夹杂物卷入钢中，影响铸坯质量。同时，由于水口附近两个回流区的相互碰撞与挤压，形成漩涡，只有当漩流足够小时产生的微弱旋动，才不会影响保护渣卷入铸坯；但当旋动严重时则会产生较大的漏斗漩涡，使钢液面上的保护渣直接卷到水口出口处，在连铸过程中对钢水造成二次污染，这将严重影响钢水的洁净度。
实用新型内容
[0007]本实用新型要解决的技术问题是:为了解决电磁制动造成的能源浪费，以及安装完后的不可调的问题，本实用新型提供一种用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口来解决上述问题。
[0008]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，包括水口侧壁、与侧壁一体的底部以及侧壁与底部围成的顶部开口的人字形内孔，所述的内孔的两个开口端的侧壁上分别设置有向下倾斜的流道孔，所述的流道孔的入口与开口端连通。通过流道孔，来给结晶器上部钢水增加一个外来旋转制动力，与原结晶器内电磁搅拌产生的力矩力方向相反，以阻尼原有旋转力，能使结晶器液面更加趋于平稳，不让已被结晶器保护渣吸附的夹杂物重返钢水，大大提高铸坯质量；内孔的下部设置两个开口端，使得回流区变小，同时冲击深度也变小，因钢水从内孔出流前就具有一定的旋转量，在撞击窄面后开始沿结晶器螺旋运动得到进一步加强，在进入窄面附近区域后旋转速度最大，最大限度抑制一次涡流；同时，在向外离心力作用下心部液体被甩出洗刷结晶器内表面，结晶器下回流区的减小及液体的旋转运动有利于夹杂物的上浮，减少铸坯夹杂。
[0009]每个流道孔的中心线与内孔两个开口端之间的中心连线平行，两个开口端处的流道孔的中心线分别位于内孔两个开口端之间的中心连线的两侧。
[0010]为了能够使得效果更好，所述的流道孔的出口设置有可使流股产生相同方向旋转的外扩的斜角。斜角仅仅设置在流道孔的出口处。
[0011]进一步，具体的说，所述的流道孔有两个，截面为椭圆形，分别设置在两个开口端的侧壁上。
[0012]为了增强效果，所述的斜角的角度为41°。
[0013]进一步，具体的说，所述的流道孔向下倾斜的角度为30° -35°。
[0014]实验表明，所述的流道孔向下倾斜的角度为32°，效果最好。
[0015]本实用新型的有益效果是，
[0016]I)能快速导出钢水过热度，稳定保护渣的消耗，促使形成均匀的渣膜，保证润滑指数相对稳定；对于向下流股返回的钢液部分，被制动式水口流股切割后，衰减其上升动能，使其缓慢抵达结晶器液面附近，从而使结晶器液面波动稳定；
[0017]2)该制动式浸入水口特定的结构形式，因流股以一定的角度从第一流道孔流出，会在钢水静压力情况下以一定的初动能，会自动产生螺旋式的旋转，方向与结晶器电磁搅拌上部钢水产生的旋转方向相反，以消除其产生旋涡动能，达到稳定液面的目的；
[0018]3)通过对结晶器流场的研究表明，结晶器液面由于回流作用产生波动，影响钢中夹杂物向保护渣中溶解、扩散，并造成结晶器弯月面卷渣，同时，由于水口两侧两个回流区的相互作用，在水口附近又易于产生漩流，漩流小时只在液面上产生微弱的旋动；而水口设计不合理或插入深度不合适时，旋动严重。由于上漩涡的上升流股衰减距离较短，冲击流对结晶器液面的影响较大，造成结晶器液面波动大且在水口附近产生较大的漏斗形旋涡，这在生产中将造成卷渣，严重影响铸坯的洁净度，而采用本实用新型该问题基本上可以消除；
[0019]4)采用本实用新型对铸坯的低倍组织及振痕深度影响很大，从试验的情况来看，使用制动式浸入水口，铸坯内部等轴晶面积明显较采用传统方式的水口要好；
[0020]5)在试验过程中，拉速控制在2.0m/min时比1.8m/min时生产的铸坯综合质量要好，证明原有的设计原理正确、可靠；
[0021]6)在高碳钢连铸过程中，对于改善铸坯中心碳偏析有一定的帮助作用；
[0022]7)电磁制动器的制动区域不可调，而采用制动式功能浸入式水口可以根据不同的工艺控制条件适当调整制动式浸入水口形式，以增大其调整范围；
[0023]8)稳定结晶器钢液面和弯月面形状，稳定和优化夹杂物的上浮路径，改善铸坯质量，尤其是在连铸机振动系统还没有升级或改造之前，本水口能充分体现改善铸坯表面振痕的特点；
[0024]9)可以实现钢水制动，替代电磁制动器，同时，投入少，效果好，基本不增加费用，节电，免维护、免维修；
[0025]10)本发明的水口与常规水口相比，仅仅在加工过程中一次性多投入部分模具制作成本，而水口的使用寿命与传统型的相当，吨钢成本几乎不会增加；
[0026]11)在现代连铸工艺操作过程中，依靠现有资本和技术条件，大胆进行技术创新，使用制动式浸入水口，对于改善铸坯质量，提升产品质量等级，在现市场相对疲软的情况下，发展前景很好。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0028]图1是本实用新型用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口的主视图，
[0029]图2是本实用新型用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口的俯视图，
[0030]图3是图1中A-A的剖视图。
[0031]图中1、侧壁，2、底部，3、内孔，4、流道孔，5、中心线，6、中心连线。
【具体实施方式】
[0032]现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0033]如图1-2所示,本实用新型用于板还或异形还连铸制动式浸入水口，包括水口侧壁1、与侧壁I 一体的底部2以及侧壁I与底部2围成的顶部开口的人字形内孔3，内孔3的两个开口端的侧壁I上分别设置有向下倾斜的流道孔4，流道孔4的入口与开口端连通，每个流道孔4的中心线5与内孔3两个开口端之间的中心连线6平行，两个开口端处的流道孔4的中心线5分别位于内孔3两个开口端之间的中心连线6的两侧，当然如图3所示的，是在极限状态下的示意图，流道孔4的位置关系也可以做一些变形，流道孔4的出口设置有可使流股产生相同方向旋转的外扩的斜角，流道孔4有两个，截面为椭圆形，分别设置在两个开口端的侧壁I上，斜角的角度为41°，流道孔4向下倾斜的角度为30° -35°，流道孔4向下倾斜的角度为32°。
[0034]本实用新型用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，可以制作成整体式，也可以应用于组合式(两截式)，整体式水口:即中间包上水口与本实用新型的浸入水口为一个整体，控流采用塞棒控制；不过需要另外配置事故闸板；组合式水口:即中间包上水口与本实用新型的浸入式水口为两个独立体；控流可用塞棒控制，上下衔接部位采取密封措施；若采用滑板式控流，滑板下水口与浸入式水口密封对接，不需要配置事故闸板。
[0035]制动式浸入式水口的设计原理与电磁制动的应用原理相似，但也存在其各自的特
占-
^ \\\.[0036]I)电磁制动是利用电磁作用，对结晶器内的钢水施加外来磁场，从而影响钢水的流动轨迹；而制动式浸入水口，是利用钢水自身的初动能和特定运动轨迹作用结晶器内已有的钢水，从而改变钢水流场的方式，属于节能模式；
[0037]2)电磁制动大多是对结晶器内的钢水施加一个水平式的磁场；而制动式浸入水口的流股是以一定的向下(或向上)角度流动，从而各有一个水平和垂直方向的分量旋转作用于钢水，有利于结晶器内钢水在电磁搅拌作用下满足夹杂物的上浮条件，同时，也可以稳定结晶器的液面波动值，稳定传热及保护渣的熔化速率；
[0038]3)电磁制动设备一旦安装完毕，对结晶器内钢水的制动作用区域，在生产过程中一般不再可调；而制动式浸入水口，如果在连铸过程中，发现垂直方向位置不合适，可以通过在线更换不同形式的浸入式水口或微调中间罐高度或微调铸坯拉速，实现制动式浸入水口对结晶器内钢水流动制动的优化； [0039]用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口的实用新型原则:
[0040]本实用新型用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，在使用过程中固然有它的许多特点，但在设计时，一定要满足其设计原则。
[0041]据分析，铸坯大部分的外观及表面缺陷是钢水在结晶器内的非正常凝固过程中形成的，而钢水在结晶器中的凝固过程，非常重要的位置就是在结晶器的弯月面处，所以，在设计该制动式浸入水口时，一定不能忽视结晶器流场对弯月面形状影响的特点。
[0042]I)水口插入深度的影响
[0043]制动式浸入水口插入深度的原则，主要考虑的因素是:向下主流股在遇到结晶器侧壁时，一定不要射到固态渣膜区域，同时，又要顾及结晶器液面波动处于一个合理的波动范围值内。因此，在连铸生产过程中，针对不同的钢种和拉速、断面，优化选择结晶器保护渣，稳定其润滑指数。而向上流股的射流股不要直接射到弯月面驼峰处，而应射在弯月面与液渣面拐点靠液面中心侧附近。通常情况下，提高铸坯拉速可以将水口插深一点，以适应结晶器弯月面稳定及润滑指数升高的需要，但前提是一定要保证出结晶器时有足够的坯壳厚度。
[0044]2)通过检测最大波高值优化水口
[0045]针对不同的工艺条件和钢种要求，选择使用优良的结晶器浸入式水口形式，应使结晶器内钢水液面平均波高值(即:波峰值一波谷值)较小，波动值相对稳定且最大波高值合理。旨在稳定弯月面处驼峰高度及保护渣的熔化速度，以稳定铸坯振痕深度，改善铸坯质量。
[0046]3)结晶器侧壁冲击压力分析
[0047]在不同的拉速和水口插入深度条件下，钢水对结晶器侧壁的冲击压力极差各不相同。同时，采用不同结构形式的水口时，流股对结晶器侧壁的最大冲击压力点也不同。冲击压力的最大值与最小值之差越小，就说明水口流股对结晶器内坯壳的冲击力越小且稳定，有利于还壳的生长。
[0048]4)优化水口参数
[0049]优化后的水口流股对结晶器侧壁冲击的均匀性和对钢液面的作用情况较佳，有利于坯壳形成和钢中夹杂物的上浮，对结晶器液面的作用产生的波动也较小，从而可提高铸坯质量。对于同一结晶器，使用不同形状的水口和拉速得到的效果不同，通过优化，选择能满足生产需要且有利于提高铸坯质量的浸入式水口形式。
[0050]实例说明:
[0051]I)板坯连铸机在生产1470mmX250mm Q345B钢时，针对所用扁铲型浸入式水口进行了系列热态生产试验。试验表明，所开发浸入式水口能够满足板坯连铸全保护浇注工艺的要求。通过双渣线操作，单支水口最多连续浇钢时间可达到500分钟以上，渣线侵蚀深度最深为8~IOmm,处于设计范围之内；
[0052]2)热态生产试验还初步证实，扁铲型浸入式水口在调整后的浇注模式下具有能很好地稳定结晶器熔池液位和促使高温区上移的作用，保证铸机实现恒拉速生产。在稳定控制熔池液面的情况下，在现场生产时的结晶器液面活跃程度也因高温区上移有显著改善，尤其是在生产近终型“H”型钢铸坯试验时，对翼梢的改善最为突出；
[0053]3)在试验过程中，结晶器熔池液面均被黑渣覆盖，渣层厚度分布均匀。在保护渣渣层总厚度基本一致的情况下(35~45mm),液洛层厚度达到了 8mm左右，比采用其它水口时的4~5mm提高了近一倍，同时渣料消耗达到了 0.65kg/t左右，也较以前的增加了 0.03~
0.05kg/1 ；
[0054]4)铸坯表面测温数据显示，拉矫机前铸坯各面温度均比以往高出了约30°C，各温度分布见下表；
[0055]原工艺与使用扁铲型水口浇注工艺拉矫机前段面温度分布(系数:0.9)
[0056]
【权利要求】
1.一种用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，其特征在于:包括水口侧壁(I)、与侧壁(I) 一体的底部(2)以及侧壁(I)与底部(2)围成的顶部开口的人字形内孔(3)，所述的内孔(3)的两个开口端的侧壁(I)上分别设置有向下倾斜的流道孔(4)，所述的流道孔(4)的入口与开口端连通。
2.如权利要求1所述的用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，其特征在于:每个流道孔(4)的中心线(5)与内孔(3)两个开口端之间的中心连线(6)平行，两个开口端处的流道孔(4)的中心线(5)分别位于内孔(3)两个开口端之间的中心连线(6)的两侧。
3.如权利要求2所述的用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，其特征在于:所述的流道孔(4)的出口设置有可使流股产生相同方向旋转的外扩的斜角。
4.如权利要求3所述的用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，其特征在于:所述的流道孔(4)有两个，截面为椭圆形，分别设置在两个开口端的侧壁(I)上。
5.如权利要求4所述的用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，其特征在于:所述的斜角的角度为41°。
6.如权利要求5所述的用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，其特征在于:所述的流道孔(4)向下倾斜的角度为30° -35°。
7.如权利要求6所述的用于板坯或异形坯连铸制动式浸入水口，其特征在于:所述的流道孔(4)向下倾斜的角度为32°。
【文档编号】B22D11/10GK203541512SQ201320689894
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】苏旺 申请人:中天钢铁集团有限公司