本发明涉及连铸用功能耐火材料领域，尤其涉及一种新型的连铸防卷渣塞棒。
背景技术：
连铸技术是一项把钢水直接浇注成形的先进技术。世界各主要产钢国已经实现了90%以上的连铸比。在连铸过程中，钢水自钢包通过长水口进入中间包内，为了防止钢水二次氧化，同时出于保温的需求，在中间包钢水液面上铺洒一层中间包覆盖剂。钢水在通过中间包出钢口流出中间包的过程中，在钢水液面到达一定高度时，会在中间包出钢口上方产生汇流旋涡，使得中间包钢液面上的覆盖剂沿旋涡中心被夹带卷入，影响钢坯质量问题，造成了钢坯的成品率降低，增加了钢厂的生产成本。
现有技术中，中国专利公开号cn1730202a公开了一种塞棒，其在棒体上设置圆周突缘，钢水中的小杂物粒子从塞棒周围向下流动过程中，碰到塞棒周围上圆周突缘，被其捕获，或粘在上面不动，或在上面聚集长大而具有相应的浮力后，上浮进入熔渣而不再卷入钢水。
中国专利公开号cn101979189a公开了一种连铸用波浪形塞棒，塞棒头至少沿其轴线依次设置有第一圆台和第二圆台两个圆台，可以防止涡流生成，提高钢流的稳定性。
中国专利公开号cn204842955u一种长寿命塞棒挡渣圈组件，其设置挡渣圈，其与所述塞棒不接触地设于塞棒的外围，所述挡渣圈在工作过程中从靠近塞棒下端部的第一位置移动至塞棒的中部或中部附近的第二位置，凸台能有效地防止钢水漩涡的产生，保证钢水液面的平稳状态，从而防止钢渣的不慎卷入。
中国专利公开号cn106735153a公开了塞棒，棒身设置多个环形凸台，环形凸台可以降低钢水的流速，改变钢水流动方向，是钢水液面平稳。
以上几种方案虽然可以一定程度上减少漩涡的出现，但效果还是不够理想。
技术实现要素：
本发明要解决的问题是提供一种能够减少出钢口上方旋涡的连铸防卷渣塞棒。
为解决上述技术问题，本发明的连铸防卷渣塞棒，包括棒身和棒头，所述棒身上设置防卷渣环，所述防卷渣环由上曲面和下曲面所围成，所述上曲面与沿塞棒中心线的剖面的交线为向下凹的曲线。
优选的，所述交线为指数函数曲线。
优选的，所述交线的曲线方程为y＝2e0.5x，x的取值范围：-5<x<3.6。
所述防卷渣环设置在棒头上方距离棒头顶部800mm的区域。
优选的，所述防卷渣环与棒身整体成型或单独成型后再与棒身固定安装。
本新型连铸防卷渣塞棒借助防卷渣功能段的独特形状，实现削弱甚至抵消中间包钢水汇流旋涡的产生、降低连铸卷渣风险的目的，从而提高了钢坯的质量和成品率，大大降低了钢厂的生产成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术中防卷渣环的示意图。
图2是本发明连铸防卷渣塞棒的结构示意图。
图3是交线的示意图。
图4是下曲面与上曲面对称的实施方式的结构示意图。
图5是指数函数的示意图。
图6是塞棒不带防卷渣环的情况下卷渣情况示意图。
图7是塞棒带防卷渣环的侧面是直线的情况下卷渣情况示意图。
图8是本发明带防卷渣环的塞棒的卷渣情况示意图。
图9是塞棒不带防卷渣环的情况下卷渣情况的水实验视频截图。
图10是塞棒带防卷渣环的侧面是直线的情况下卷渣情况的水实验视频截图。
图11是本发明带防卷渣环的塞棒的卷渣情况的水实验视频截图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明的连铸防卷渣塞棒，包括棒身1和棒头2，棒身上设置防卷渣环3，防卷渣环3由上曲面和下曲面31所围成。上曲面与沿塞棒中心线的剖面的交线4为向下凹的曲线，防卷渣环3的最外圈形成裙边。上曲面也可以看成以交线4为母线绕塞棒中心线旋转形成。下曲面31的形状可以是与上曲面对称，如图4，也可以是平直的，如图2，或者其他形状。
交线4为向下凹的曲线。也就是说，交线4的函数曲线凹凸性为凹的，如图2所示，曲线上任意两点p1、p2的弦41总在此两点的弧42之上，或者说曲线函数上任意一点的二阶导数大于零，如图3所示。交线4的曲线优选为指数函数的一段，交线的曲线方程为y＝2e0.5x，x的取值范围：-2.3<x<3.6，如图5所示。
防卷渣环3设置在棒头上方距离棒头顶部800mm的位置。防卷渣环与棒身可以整体成型，也可以是单独成型后再与棒身固定安装。
无论塞棒尺寸、各部位材质选择；吹氩方式、棒头的形状，防卷渣功能段的形状、位置、成型方式等细节都可以针对钢厂的实际情况进行设计、加工。使得该新型防卷渣塞棒在使用时更能满足钢厂生产需求。
沿塞棒向下流的钢水流速较快，在棒身周围容易形成漩涡，造成卷渣。卷渣过程可以用自由汇流旋涡ekman（埃克曼）抽吸理论来进行解释，对应模型为多相流体体积vof模型与湍动能-耗散（k-ε）模型。具体过程为：表层液体向下方汇流出水孔方向聚拢流动时，基于埃克曼螺旋运动原理，下层流体涡团由于受到湍流摩擦力、边界层阻力、科氏力、重力和离心力合力作用，逐渐脱离上层大尺度涡团方向，与表层流动主方向成夹角而脱落主方向流动，向下逐层积累，最终形成局部旋涡运动。旋涡形成过程中有抽吸现象发生，存在比较复杂的气液两相耦合的过程。
采用本发明的结构，贴近塞棒向下流的钢水在流经防卷渣环附近时，受到防卷渣环裙边的阻挡作而改变方向，由于防卷渣环的曲面向下凹，钢水形成横向流动，改变了出口附近的流场，破坏了涡流的形成，减少底部对上层流体的吸力，其效果远远好于现有技术中防卷渣环裙边平直的情况。如图6和图9所示，塞棒不带防卷渣环的情况，卷渣情况严重；如图7和图10所示，防卷渣环裙边平直的情况虽然也能改变钢水的流向，但还会产生一些漩涡；如图8和图11所示，防卷渣环裙边采用向内凹的指数曲线时，钢水在防卷渣环的底部横向流动，基本消除了漩涡，完全消除了卷渣现象。
经实验发现，防卷渣环裙边的曲线为指数曲线时，效果更好，指数曲线时，靠近塞棒的钢水沿指数曲线的方向流动，其阻力最小，有效的减少湍流，防止新的漩涡的产生。根据实验中最优的防卷渣环形状反推得出经验公式以及曲线的起始点。