专利名称：将金属液注入用于金属连铸铸模的浇铸嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属连铸。具体而言，是涉及耐熔的浇铸嘴，通过该浇铸嘴将要浇铸的金属，如钢水，引入一连铸装置，特别是双辊连铸装置的铸模。
这些浇铸嘴的上端与用作金属液贮罐称之为中间包的容器相接；而其下端浸入铸模中的金属液池内，铸造成品必须在此铸模中开始固化。这些浇铸嘴的主要作用是防止当金属液穿过贮罐和铸模之间时，其射流被大气氧化。利用其下端的适当结构，它还可以使进入铸模内的金属液流合理地取向，从而使铸造成品尽可能在最佳条件下进行固化。
在所谓的“双辊连铸”装置上可以将金属液(如钢水或铜水)直接铸成几毫米厚的金属薄带。该装置包括一铸模，其铸腔的长边与一对内冷式的辊相邻，其短边与紧靠辊端的耐火罩板(称之为侧壁)相邻。两内冷辊具有水平平行的轴线并按相反的方向围绕上述轴线旋转。上述的辊子也可用冷却的环形带代替。
在双辊连铸中，通常采用两件式的浇铸嘴，(见专利文献EP-A-0,771,600)。第一部件由一圆管组成，其上端与中间包底部的孔相接，中间包作为向铸模加料的钢水贮槽。如需要，操作工用塞棒或可调节金属流量的滑阀装置可将上述孔部分或全部关闭。可流入浇铸嘴的最大的金属流量取决于中间包底孔的横断面。第二部件用螺丝与上述管的下端固定，或结构上与上述管一体化。该件将浸入铸模中的金属液池内。第二部件由一内中空件组成，该中空件从上述园管的下孔伸出。中空件的总体形状近乎于细长形，将根据浇铸嘴必须与其装配的连铸装置的铸腔尺寸而定。该中空件的方向基本垂直于上述园管。当浇铸嘴使用时，中空件处于平行于上述辊的位置，金属液经中空件两侧通常分别在其两端的出液口流入铸模。在后一件中，从浇铸嘴流出的金属液流最好朝向侧壁，以便将热金属送至辊面，并因此防止金属在其上出现不合要求的固化(称之谓“寄生固化”)。该“寄生固化”可能会严重影响连铸机的运行。出液口可以是水平方向或下斜方向。还可以在浇铸嘴的边壁和/或底部设置小于上述出液口的各种小孔，以便将热金属直接注入位于浇铸嘴两侧和/或其底下的那些铸模区。具体而言，其目的是改善铸模中金属的热均匀性。
采用该浇铸嘴时所面临的主要难题之一是一般而言，金属液并非完全注入其内腔，而且，其中的金属经常以不规则的湍流方式流动。特别当中间包的孔处于不完全开启状态时，更是如此。其结果导致出液口排出的金属液流极不稳定，并且模腔内的液流偏离理论上打算采用的浇铸嘴的最佳构形。将要指出的是，成品固化时出现的不规则性可能会严重影响成品的最终的质量，如果铸造薄带时，尤其如此。
通过在浇铸嘴的内腔中插入阻塞物可补救上述弊端，这些阻塞物迫使金属要承受与其自然流动相反的压头损失。就上述的金属液的流量而言，其流速降底则改善浇铸嘴内腔的注入。借此，减少浇铸嘴外部金属的不稳定的变化。在上述两件式浇铸嘴实例中，所述的阻塞物可以插入园筒形的第一部件或其延伸部位(见专利文献EP-A-0,765,702)。上述的阻塞物还可包括一“插件”，即放在浇铸嘴第二部件(中空件)内部的，由多孔的或空心的耐火材料制成的细长的平行六面体件。金属液务必先穿过上述的插件，然后再到达伸入铸模铸腔内的全部或部分的各种小孔(见专利文献JP-A-1-317,658)。
如果，一方面浇铸嘴包括一多孔插件，而另一方面，小孔设在其第二个细长件的底部和/或横向壁内(除出液口朝向铸腔的侧壁之外)；沿着上述第二部件的全长将金属液以均匀的方式注入上述种种小孔是很重要的。只有符合此条件，才能保证铸腔内金属流动达到令人满意的均匀性。不过，在水压样机上的试验显示采用极细长形状的浇铸嘴时，通常不能满足上述的条件；特别是将要用于大宽度(宽1m和1m以上)的薄带连铸装置并配有一平行六面体多孔插件的浇铸嘴时更是如此。要指出的是金属穿过浇铸嘴中的某些孔时流速高，而在穿过另一些孔时流速不足。这将不利于将熔融金属正确地注入整个铸腔并可能导致辊上的成品固化厚度不均匀。就成品带材的质量而言，厚度均匀是一重要的参数。
本发明的目的是推荐恰如上述所类型的一种浇铸嘴的结构，此类结构的浇铸嘴将尽可能均匀地使金属沿铸腔的全长注入铸腔。
为此，本发明的主题是一种将金属液注入用于金属连铸的铸模的浇铸嘴，此类浇铸嘴包括一管形的第一部件，该件的一端将与一装有上述金属液的容器相接，而其另一端伸入细长形的中空的第二部件内，第二部件的内腔至少有一段近乎垂直于上述第一管形件，上述中空件的每一端各有一出液口，而且在其底部和/或其横向壁上设有一个或更多的出液口小孔，设有若干孔的一插件装入上述中空件的内腔，从而金属液务必先穿过插件上的小孔，再穿过上述的出液口小孔；其特征在于所述的插件至少其上表面的一段宽度，包括一凸起部分，凸起部分的顶部沿上述中空件的纵向水平轴线延伸，上述的孔分布在上述顶部的每一侧。
下文将显而易见，本发明特征在于在插件的上表面，至少沿其一段宽度，设一凸起部分。该凸起部分务必具有一近似于三角形或园弧形的断面，以便使冲击到凸起部分的金属呈“喇叭型”射流并将该金属遍布浇铸嘴的断面呈对称分布，与此同时，防止金属垂直回弹及干扰金属变形的均匀性。与采用简单的平行六面体插件为金属液射流的冲击之处提供一简单的水平表面所达到性能相比，本发明将使金属液自始至终更均匀和更稳定地注入铸腔。
借助于参照下列附图的详细说明，本发明将更为一目了然。附图如下
图1a为本发明一实例的纵向剖切的主视图，图1b是图1a中插件沿Ib-Ib剖切的侧视图，图1c是以相同方式显示的图1a中插件的另一方案；图2是插件的第二实例的插件断面的侧视图；该插件可以替代图1a中的插件；图3是插件的第三实例的插件断面侧视图；该插件可替代图1a中的插件。
图4是插件的第四实例的断面侧视图，该插件可替代图1a中的插件。
图5是插件的第五实例的断面侧视图，该插件可替代图1a中的插件。
由于其形状狭窄细长，图1a中显示的本发明的浇铸嘴1特别适用于现已知的连铸工艺在两内冷式的旋转辊之间铸造薄带的装置。如上所述的现有技术，该浇铸嘴包括一由园管2组成的第一部件，其上端(图中未示)将与中间包的出液孔相接。此园管2伸入由细长形中空件4组成的浇铸嘴1的第二部件的内腔3中。中空件4应足够的狭窄，以便可将它插入连铸装置的铸腔。根据现有技术，该中空件4设有各种小孔，金属液可以经这些小孔排出浇铸嘴，即--实施例中所示的矩形断面的两个出液口5和6分别设在中空件4的每一端并将直接朝向铸腔的侧壁，穿过浇铸嘴1的金属液的大部分液流将通过上述两出液口流出；在图1a实施例中，该两个出液口5、6是水平定向，但它们也可以倾斜定向；它们还可以按照常规采用各种形状的断面(如园形)；--一行垂直定向的小直径柱形出液小孔7-17设在中空件4底部18的中平面上，并将熔融金属直接注入位于浇铸嘴之下的铸腔的各个区域；根据专利文献EP-A-0,771,600可知，其中一种有可能所设的不是一行而是两行上述的小孔，两行小孔分别设在中空件4的底部18的中平面的两侧。
另一类结构是除出液小孔7-17之外(或取代这些小孔)，沿中空件4的横向壁设有小孔并朝向铸腔的长边(换言之，在双辊连铸装置中是朝向辊子)。这些小孔7-17可以不是准确的园柱形，例如，可以是椭园形断面，它们还可以是倾斜定向(特别是根据EP-A-0,771,600各类中的一种)。最后，还可以用一条或若干条槽口代替上述的小孔。各条槽口沿中空件4的底部18的整个长度或部分长度延伸，为此，重要的是沿槽口全长均匀地进液。
浇铸嘴1还包括装入其内腔3的一多孔插件19，该插件支靠在出液口5、6的壁上所设的台肩36。众所周知，其功能是使金属液产生压头损失，以便在其内腔3中达到更好的注入效果并因此使浇铸嘴1外部的金属液的流动更加均匀。根据本发明，该插件19的形状不同于常规平行六面体之处在于它包括一凸起部分20，凸起部分20的顶部将沿浇铸嘴1的中空件4的纵向水平轴线延伸。如图1a和图1b中所示的实例，该凸起部分20仅涉及插件19上表面21宽度的中间部位，并呈三角形断面，其尺寸沿插件19的长度无变化。该上表面21的其余部分是平面；并且，正是在与凸起部分20相齐的这些平面部分，设有孔22、22’、23-34，金属液务必选穿过上述那些孔，再到达浇铸嘴1内腔3的下部35，然后，经出液口5、6的下部和小孔7-17流出浇铸嘴1。在所示结构中，部分金属可以经出液口5、6的上部流出浇铸嘴1，并因此未穿过插件19的孔23-34。不过，根据本发明，经出液小孔7-17流出浇铸嘴1的金属必定已经预先穿过插件19的小孔23-34。
如图1c所示的一种，插件19的凸起部分20的横断面可以是三角形，其顶棱已切平，因此，在其顶部有一平面部分36。
不言而喻，浇铸嘴1的说明仅仅是示意性的，而且在此所描述的仅仅是理解本发明所必须的元件和细节。具体而言，为了使图1a清晰明了，在图1a中就未曾显示浇铸嘴1各零件联结在一起的方式，该联结方式无异于此类浇铸嘴常用的方式。例如，园管2和中空件4可以用螺丝相互固定。
同样，浇铸嘴1的中空件4的外形仅仅是一非限定的实例，可以更改。
图2显示本发明的一种插件，在此插件中，凸起部分37覆盖插件38整个宽度，其断面是三角形。凸起部分37的顶部也可以按图1c类型所示的类似方式切平。图3显示图2结构的又一变种，插件39具有三角形断面的凸起部分40，并在其中间和端部之间其厚度减小。在图1实例中也可采用这种可变厚度结构的凸起部分40。在图1中，凸起部分20仅包括插件19宽度的中间区段，如必要，具体而言，如采用一很长的浇铸嘴(如长度约700mm)，采用此类结构则将力求避免与靠近其中心部位并因此与浇注口垂直对齐的小孔相比，位于浇铸嘴1端部附近的小孔注入液量不足。
图4显示插件41的一实例，其凸起部分42不再是三角形断面，而是园弧形断面。在此，凸起部分42也可以包括插件40的整个上表面(如图示)，或者仅为其上表面的一段，并且其厚度可以沿插件40的整个长度相等，或者也可在其中间部位与端部之间减小。
最后，图5显示插件43的一实例，其中，凸起部分44仅包括插件43上表面中间部位，并且其底部为矩形断面而其顶部为三角形断面。另外，上述的上表面的棱切成斜边45、46。
上文所述及图示的插件的实例是非限定的，可以设想其它的结构，例如，将上述实施例的主要特征相结合。而且，插件的位置可以根据浇铸嘴的内部几何形状进行更改。它可以整个放在出液口的上方或下方，而不是如图所示装在出液口之内。其关键是，金属液务必先穿过插件，再通过中空件底部所设出液小孔流出浇铸嘴。除了该插件外，该浇铸嘴还可包括其它阻碍件。
如果预见有助于进一步改善排出浇铸嘴底部的金属液的分布，还可以设想，插件中各孔的孔径不同，和/或相互之间距离不规则，同样，上述孔可以不是准确地垂直，而是倾斜的。
借助于实例的方法，可以给出下列试验结果。这些试验结果是在一液压样机上取得的。该样机仿照浇铸嘴1的结构，其中空件4的长度为700mm，内宽为54mm，并且设有一具有相同长度和相同宽度的插件。在基准结构中，插件是一精确的平行六面体，厚度为20mm。它包括两排直径为12mm的柱孔，其两排孔的轴线各与插件边缘相距15mm。上述两轴线之间的距离为24mm，而且离插件端部最近的孔的轴线与上述端部的距离是35mm。根据本发明的结构，插件为图1a和1b所示类型的插件19，该插件的中间凸出部分20为三角形断面，其顶部比插件19的上表面高出20mm。按照基准插件的相同方式设置小孔。在两种情况下，中空件4的底部都有与图1a中的孔7-17相类似的中间一行26个小孔。在样机上，测量穿过浇铸嘴1并从各出液口5、6和中空件4底部各小孔中排出的水量，其测量结果如表1所列。上述小孔已从一端至另一端编号，孔No.13和14分别位于浇铸嘴1垂直轴线的两侧。
表1从浇铸嘴中排出的流量在出液口和小孔之间的分布
在基准结构中，注入浇铸嘴底部的小孔的液量很不均匀注入上述小孔的液体流量的比例变化范围为0.9％至2.6％(如果将两个中心孔13和14忽略不计，变化范围为0.9％至2.2％，由于这两个孔与中间包的浇注口垂直对齐，故通常可以忽略不计)。可以看出，即使两相邻的孔，其注入的液流量可以差异很大。按照本发明的插件的结构，流量分布范围明显减小它们变化范围从1.7％至3.0％(如果中心孔忽略不计，变化范围为1.7％至2.3％)。
如上所述，本发明的浇铸嘴最适用于薄钢带的双辊连铸装置。不过，由于该浇铸嘴适于将金属很均匀地注入铸腔，它也可适用于其它形状、尺寸和/或其它金属的冶金产品的连铸装置。
权利要求
1．一种将金属液注入用于金属连铸的铸模的浇铸嘴(1)，此类浇铸嘴包括一管形的第一部件(2)，此部件的一端与一装有上述金属液的容器相接，其另一端伸入细长形的中空的第二部件(4)内，第二部件的内腔(3)至少其一段基本垂直于上述的第一管件(2)，上述的中空件(4)的每一端各有一出液口(5,6)，而且在其底部(18)和/或其横向壁内设有一个或更多的出液小孔(7-17)，设有多个孔(22,22’,23-34)的一插件，装入上述中空件(4)的内腔(3)中，从而金属液务必先穿过上述的孔(22,22’,23-34)，然后再通过出液小孔(7-17)，其特征在于所述的插件(19,38,39,41,42)至少其上表面的一段宽度包括一凸起部分(20,37,42,44)，该凸起部分的顶部沿上述中空件(4)的纵向水平轴线延伸，所述的孔(22,22’,23-34)分布在上述顶部的两侧。
2．如权利要求1所述的浇铸嘴，其特征在于上述的凸起部分(20,37)的断面是三角形。
3．如权利要求2所述的浇铸嘴，其特征在于上述的三角形断面的凸起部分(20,37)的顶棱被切平。
4．如权利要求2或3所述的浇铸嘴，其特征在于上述插件(19)的上表面(21)其中间部分(20)的断面为三角形，其两侧部分是平面，并且上述的孔(22,22’,23-34)设在上述两侧部分。
5．如权利要求1所述的浇铸嘴，其特征在于上述插件(41)的上述凸起部分(42)的断面为园弧形。
6．如权利要求1至5的任一项所述的浇铸嘴，其特征在于上述插件(43)的上表面有斜切的棱边(45,46)。
7．如权利要求1至6所述的浇铸嘴，其特征在于上述插件(39)的上述凸起部分(40)具有变化的厚度，该厚度在插件(39)的中间和两端部之间减小。
全文摘要
一种将金属液注入用于金属连铸的铸模的浇铸嘴包括:第一部件,其一端与一容器相接,其另一端伸入第二部件内,第二部件的内腔至少其一段垂直于第一部件,上述的中空件的两端各有一出液口,在其底部和/或其横向壁内设有一个或更多的出液小孔,设有若干孔的一插件,装入上述中空件的内腔中,从而金属液务必先穿过上述的孔再通过出液小孔,其中:所述的插件至少其上表面的一段宽度包括一凸起部分,其顶部沿上述中空件的纵向水平轴线延伸,所述的孔分布在上述顶部的两侧。
文档编号B22D11/06GK1235075SQ9910511
公开日1999年11月17日 申请日期1999年4月16日 优先权日1998年4月16日
发明者法比纳·奥里海尔, 伯纳德·冈卡尔维斯, 劳伦特·加切尔, 弗雷德里克·德斯卡维斯, 约翰·里绍 申请人:于西纳公司, 维苏威法兰西股份有限公司