一种薄板坯浸入式水口的制作方法

本实用新型涉及薄板坯连铸技术领域，尤其是涉及一种薄板坯浸入式水口。

背景技术：

在金属连铸，特别是钢的连铸中，一般用耐火铸管将熔融金属从第一冶金容器转移到第二冶金容器或铸模中。这种铸管通常被称为水口或保护口，铸管包括浸入式水口(sen)或浸入式保护口(ses)，其具有适于输送熔融金属的孔，液态金属通过孔的上游端流入，然后通过一个或多个出口从孔的下游端排出，以将熔融金属送到接收容器或模具的液面以下。

薄板坯铸造是一种将钢直接铸造到板上的工艺，通常厚度为30mm至60mm，宽度为800mm至1600mm。在铸坯过程中，钢水从钢包倒入铸坯机顶部的中间包中，钢液以可控的速度进入铸机，在铸机中，钢的外表面在水冷模具中凝固。由于结晶器的特殊性，浇钢过程中，钢水在其内部极易产生较大的波动，从而引起卷渣，使钢坯夹杂报废，也会使钢坯因冷却不均匀而产生裂纹。

铸管的一个重要功能是平稳、不间断地排出熔融金属，故良好的输送稳定性有利于加工，并能提高成品的质量。控制金属液排出可能需要减少湍流、稳定出口射流以及实现独立流所需的排放角；铸管的第二个重要功能是在接收容器或模具中的液态金属内建立适当的动态条件，以便于进一步加工，但形成适当的动态条件可能需要铸管具有多个出口，所述出口的布置使得熔融金属流在从管中排出时在一个或多个方向上转动，或者在引入的所述熔融金属流中产生所需的流型。

本领域已知一种铸造水口，该水口具有一种从圆形横截面到细长横截面的主要过渡，该圆形横截面具有轴对称，该细长横截面具有平面对称，且其厚度比圆形横截面的直径短，同时其宽度比圆形横截面的直径长，在忽略壁面摩擦的情况下，整个过渡过程中能够实现速度分布均匀；但现有的铸造水口沿耐火铸管出口较长尺寸的流型的不均匀，且耐火铸管产生长的喷射，这些喷射可能变得不稳定，并可能会出现漂移，同时，现有铸造水口内流量分布不理想，液体在水口内波动，这将导致更严重的偏流，即其中一个出口的液体输出比另一个出口的多。在较高的铸造速度下，这种流动的不对称性会导致沿弯月面的水口周围产生涡流，也会导致沿模具一侧的热传递。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提出了一种薄板坯浸入式水口。

本实用新型的主要内容包括：

一种薄板坯浸入式水口，包括水口本体，所述水口本体具有本体上端面和本体下端面，所述水口本体内开设有具有中心垂直轴的细长孔，所述细长孔具有至少一个入口和至少一个出口，所述入口开设在所述本体上端面，所述出口开设在所述本体下端面；所述细长孔由上到下包括依次连通的孔入口段、孔收缩段以及孔膨胀段；

所述孔入口段具有上下均匀的横截面积，所述孔收缩段的横截面的面积由上到下逐渐减少，所述孔膨胀段的横截面的面积由上到下逐渐增大；且所述孔收缩段下端的横截面的面积为所述孔入口段的横截面的面积的80％-95％；所述孔膨胀段的下部分内且位于所述中心垂直轴上设置有分流器，所述孔膨胀段内部设置有至少一对挡板，且所述挡板以所述中心垂直轴对称分布。

优选的，所述孔膨胀段下端的横截的面积为所述孔入口段的横截面的面积的150％-200％，所述孔膨胀段下端的横截面积是：(a)与中心垂直轴正交且包含水口下端的平面上的每个出口的横截面积，和(b)不延伸至与中心垂直轴垂直且包含水口下端的平面，但投影至该平面的投影横截面积之和；所述孔膨胀段下端的横截面的宽度大于等于所述孔膨胀段的上端的横截面的宽度的200％。

优选的，所述孔收缩段的高度为所述水口本体的高度的5％至15％；所述孔膨胀段的高度为所述水口本体的高度的40％至70％。

优选的，所述水口本体包括一对相对设置的本体侧墙和一对相对设置的本体面墙，所述分流器包括一个分流上端面和至少一个包含有平面部分的分流侧壁；所述挡板包括面向所述分流器的挡板内侧壁和面向所述本体侧墙的挡板外侧壁，且所述挡板内侧壁和所述挡板外侧壁均具有平面部分；所述分流侧壁的平面部分、相应的所述挡板的内侧壁的平面部分和外侧壁的平面部分以及相应的所述本体侧墙的内壁均相互平行。

优选的，每对所述挡板之间的最小距离为d；所述挡板与所述分流器之间的最小距离为d1；其中，0.5d＜2d1＜0.8d。

优选的，所述挡板外侧壁的平面部分与所述本体侧墙的内壁之间的距离为d2；其中，d＜2d2＜1.5d。

优选的，所述挡板内侧壁的平面部分与所述中心垂直轴之间的夹角为α，且6°≤α≤18°。

优选的，所述分流器上端面具有凹面。

优选的，所述水口本体下端面包括下端面水平段以及两个下端面倾斜段；当由水口本体的宽度方向观察时，两个所述下端面倾斜段以所述中心垂直轴对称分布；每个所述下端面倾斜段的端面开设有一个所述出口；所述下端面水平段与水平面平行且位于两个所述下端面倾斜段的下方中部；所述分流器设置在所述下端面水平段的内壁上。

优选的，所述下端面倾斜段与所述下端面水平段的夹角为β，且7°≤β≤20°。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出了一种薄板坯浸入式水口，液流依次流过孔入口段、孔收缩段和孔膨胀段，减少了湍流，优化了液流在水口内部的流量分布；同时配合设置在水口本体下部的分流器以及挡板，使得液流以偏移中心垂直轴一定角度而流出，实现了更好地液流分布；此外，所述细长孔的出口开设在倾斜面上，使得液流偏移后仍能沿原来的方向前进，形成一定的扰流，有利于净化液流。本实用新型的水口结构能够实现稳定的流线和更好的液流分布，提高了薄板坯的质量。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型由宽度方向观察时的结构示意图；

图3为本实用新型由厚度方向观察时的结构示意图；

图4为本实用新型孔膨胀段和孔出口段的结构示意图；

图5为本实用新型收缩段的下端的横截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型所保护的技术方案做具体说明。

请参照图1至图5。本实用新型提出的一种薄板坯浸入式水口，包括水口本体，所述水口本体为一体成型的结构，其具有本体上端面100和本体下端面200，所述水口本体内开设有具有中心垂直轴p的细长孔1，所述细长孔1由所述本体上端面100延伸贯穿至所述本体下端面200，具体地，所述细长孔1具有至少一个入口1-1和至少一个出口1-2，所述入口1-1开设在所述本体上端面100，所述出口1-2开设在所述本体下端面200。

更进一步地，将所述水口本体的宽度方向定义为x方向，将所述水口本体的厚度方向定义为y方向，所述水口本体包括一对相对设置的本体侧墙301和一对相对设置的本体面墙302；即一对所述本体侧墙300之间的距离即所述水口本体的宽度，该宽度方向记为x方向，而所述本体面墙302之间的距离为所述水口本体的厚度，该厚度方向记为y方向，一对所述本体面墙302和一对本体侧墙301围成水口本体的本体外表面300。其中，所述细长孔1由上到下包括依次连通的孔入口段10、孔收缩段20、孔膨胀段30。

为了减少湍流，在本实施例中，所述孔入口段10为竖直延伸的圆形形状，即所述孔入口段10在长度方向上的宽度和厚度均相同，具有上下均匀的横截面积，其下端与孔收缩段20连通，所述孔收缩段20的横截面积由上到下逐渐减少，且所述孔收缩段20的上端的横截面积等于所述孔入口段10的横截面积；而所述孔膨胀段30的上端与所述孔收缩段20的下端连接，所述孔膨胀段30的上端的横截面积与所述孔收缩段20的下端的横截面积相等，且两者连接处的横截面积小于所述孔入口段10的横截面积；同时，所述孔膨胀段30的横截面积由上到下逐渐增大，且所述孔膨胀段30的下端的横截面积大于所述孔入口段10的横截面积。

更进一步地，如图2所示，由x方向观察时，所述孔收缩段20的垂直截面和所述孔膨胀段30的垂直截面均呈“八”字型；如图3所示，由y方向观察时，所述孔收缩段20的垂直截面和所述孔膨胀段30的垂直截面均呈倒“八”字型。

如图5所示，在所述孔收缩段20的下端，也即所述孔膨胀段30的上端的横截面的示意图，一对本体面墙302的外表面之间的距离h2与一对本体侧墙301的外表面之间的距离h1的比值为1.1至2。

在其中一个实施例中，所述孔入口段10为横截面为圆形，所述孔收缩段20的下端的横截面的面积小于等于所述孔收缩段20的上端的横截面的面积的80％-95％；所述孔膨胀段30的下端的横截面的面积大于等于所述孔膨胀段30的上端的横截面的面积的150％-200％；且所述孔膨胀段30下端的横截面的宽度大于所述孔膨胀段30的上端的横截面的宽度的200％以上。

在其中一个实施例中，所述孔收缩段20的高度为所述水口本体的高度的5％至15％；所述孔膨胀段30的高度为所述水口本体的高度的40％至70％，即将所述孔收缩段20设计为一横截面积明显减少的通道，以减少湍流，重新调整流线并影响水口内的流量分布。

为了调节液流的流向以及分配外部流与中央流的流量，在所述孔出口段40内且位于所述中心垂直轴p上设置有分流器2；所述孔膨胀段30的下部设置有以所述中心垂直轴p对称分布的至少一对挡板3；其中，所述挡板的数量至少为一对，也可以为多对，每对挡板由上到下依次设置，且均以中心垂直轴p对称分布；如图2和图4所示，所述挡板的数量为一对，分别设置在所述孔膨胀段30的下部，而所述分流器2设置在两个挡板3下方的中部，从而将细长孔的下端分隔成相对于与所述中心垂直轴p对称的两个出口，且所述挡板3位于所述分流器2与所述本体侧墙301的内壁之间，使得液流以偏移中心垂直轴p一定角度流出，形成稳定的出口射流。

请结合图4，所述分流器2包括一个分流上端面2-1和至少一个包含有平面部分的分流侧壁2-2；所述挡板3包括面向所述分流器的挡板内侧壁3-1和面向所述本体侧墙的挡板外侧壁3-2，且所述挡板内侧壁3-1和所述挡板外侧壁3-2均具有平面部分；为了进一步稳定出口的射流，所述分流侧壁2-1的平面部分、所述挡板内侧壁3-1的平面部分、所述挡板外侧壁3-2的平面部分以及所述本体侧墙301的内壁均相互平行。

更进一步的，对称分布的两个所述挡板3之间的最小距离为d，即两个对称设置的挡板最接近的两个点之间的连线的长度；所述挡板3与所述分流器2之间的最小距离为d1，即所述分流器2的外表面上的某点与所述挡板3外表面上的某点之间的连线的最短长度即为所述挡板3与所述分流器2之间的最短距离；所述挡板外侧壁3-2的平面部分与所述本体侧墙301的内壁之间的距离为d2；其中，0.5d＜2d1＜0.8d，d＜2d2＜1.5d。

此外，所述挡板内侧壁3-1的平面部分与所述中心垂直轴p之间的夹角为α，6°≤α≤18°。在其他实施例中，所述分流器上端面2-1具有凹面。

在其中一个实施例中，所述出口1-2的数量为2个，如图2和图4所示，所述本体下端面200包括下端面水平段201以及两个下端面倾斜段202；当由x方向观察时，两个所述下端面倾斜段202以所述中心垂直轴p对称分布；每个所述下端面倾斜段202的端面开设有一个所述出口1-2；所述下端面水平段201与水平面平行且位于两个所述下端面倾斜段202的下方中部；所述分流器2设置在所述下端面水平段201的内壁上，在该实施例中，所述孔膨胀段30的下端的横截面积包括所有出口1-2的横截面积之和，同时还包括投影到下端面水平段201所在平面上的横截面积。

在其中一个实施例中，所述下端面倾斜段202与所述下端面水平段201的夹角为β，7°≤β≤20°。

此外，在其他实施例中，所述孔入口段10上端连接有碗口50，所述碗口50与所述入口1-1连通，其中，该碗口50采用抗腐蚀性材料制成。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。