[發(fā)明專利]一種控制金屬流體流動(dòng)的板坯浸入式水口

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410107090.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN103894596A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張捷宇;徐鈞;王波;馮孔方;白亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D41/50
• 分類號(hào): B22D41/50
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種控制金屬流體流動(dòng)的板坯浸入式水口，屬于冶金連鑄設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

連鑄結(jié)晶器是提高鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在連鑄過程中，鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的行為對(duì)鑄坯品質(zhì)有決定性的影響。通常情況下，鋼液從中間包經(jīng)過浸入式水口進(jìn)入結(jié)晶器，在結(jié)晶器內(nèi)完成初始凝固過程，形成具有一定厚度的凝固殼。由于進(jìn)入結(jié)晶器的高溫鋼液具有較大的動(dòng)能，所以對(duì)卷渣、凝固傳熱、結(jié)晶器內(nèi)的溫度場(chǎng)分布、凝固殼厚度分布都有重要影響，從而最終影響到連鑄坯的品質(zhì)。

鋼液由浸入式水口注入結(jié)晶器，從水口側(cè)孔射出的流股沿水口傾角方向沖擊至結(jié)晶器窄面，由于沖擊作用，流股在沖擊結(jié)晶器窄面時(shí)分為上、下兩流股，分別形成上、下回流區(qū)。這兩個(gè)流股對(duì)夾雜物的上浮、液面波動(dòng)和溫度場(chǎng)分布有著重要的影響，兩者的相對(duì)強(qiáng)度具有相互矛盾又相互約束的關(guān)系。若從浸入式水口流出沖向鑄坯窄面的流股太強(qiáng)，會(huì)由于沖刷作用，使窄面坯殼不均勻生長，影響坯殼的傳熱，導(dǎo)致產(chǎn)生角部縱裂紋，嚴(yán)重時(shí)甚至造成漏鋼；同時(shí)若沖擊角度或是其他原因使得沿窄面向上流股動(dòng)量太強(qiáng)，引起了彎月面區(qū)域液面波動(dòng)偏大，液渣滲入困難，導(dǎo)致彎月面區(qū)的不均勻傳熱，從而產(chǎn)生縱裂紋。過大的液面波動(dòng)還會(huì)破壞了彎月面的穩(wěn)定凝固，易造成局部卷渣引起皮下夾渣等表面缺陷；但是若上股流太弱使得結(jié)晶器彎月面區(qū)表面流速太小或鋼水更新太慢，導(dǎo)致該區(qū)域鋼水溫度偏低，造成局部冷凝形成深振痕和彎月面區(qū)初生坯殼呈“鉤”狀，會(huì)捕捉渣滴、夾雜物和氣泡進(jìn)入凝固坯殼。相反，過強(qiáng)的向下流動(dòng)不利于夾雜物和氣泡上浮，易造成鑄坯內(nèi)部或中心缺陷。總之，鑄坯缺陷形成與結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)行為密切相關(guān)的。而影響鋼液流動(dòng)行為主要因素有拉坯速度、電磁攪拌強(qiáng)度、水口插入深度、水口安裝方位、水口出孔面積比、水口出孔傾角、孔數(shù)、出孔形狀、水口內(nèi)腔結(jié)構(gòu)等。所以要獲得高質(zhì)量的鑄坯和提高生產(chǎn)率，應(yīng)從優(yōu)化調(diào)整各工藝參數(shù)和水口結(jié)構(gòu)參數(shù)入手，而水口的優(yōu)化是諸多因素中最簡單便捷的，所以設(shè)計(jì)和優(yōu)化結(jié)晶器水口結(jié)構(gòu)對(duì)于結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)優(yōu)化和改善鑄坯質(zhì)量具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種控制金屬流體流動(dòng)的板坯浸入式水口，能夠有效控制金屬流體在結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明構(gòu)思如下：

對(duì)于水口的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，目前主要集中于對(duì)水口入口形式、內(nèi)部流線形態(tài)、出口尺寸及角度等因素的調(diào)整。凹底水口之所以在底部有一定的凹槽深度主要作用是通過對(duì)入口股流的發(fā)射，抵消緩沖一部分入口股流的動(dòng)量，使得入口股流在出水口時(shí)有較小的速度和理想的角度。本發(fā)明設(shè)想對(duì)凹底水口進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，在水口凹底部分增加一個(gè)不同形狀的棱錐，通過不同數(shù)量的棱及棱與底面的夾角來調(diào)整入口股流的反射方向及強(qiáng)度，從而調(diào)整金屬液體出水口時(shí)的沖擊強(qiáng)度及方向。

根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種控制金屬流體流動(dòng)的板坯浸入式水口，包括耐火材料管、金屬液吐出口和控流棱錐；所述耐火材料管為圓筒形，上端開口底端封閉，在耐火材料管的側(cè)面距底部一定距離左右對(duì)稱分布兩個(gè)金屬液吐出口，所述控流棱錐設(shè)置在耐火材料管底部凹槽內(nèi)；通過不同凹槽深度以及控流棱錐的不同棱角數(shù)量、棱錐高度、棱錐底部邊長、底部邊間夾角和棱面上所刻流槽形狀的合理組合，達(dá)到對(duì)金屬液吐出口吐出的金屬液流動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使其具有不同的流動(dòng)狀態(tài)，從而有效的控制結(jié)晶器內(nèi)熔池及液面波動(dòng)情況。

所述耐火材料管內(nèi)徑Φ為40-150mm，底部凹槽深度H為5-25mm。

所述控流棱錐的棱錐高度H₁為10-200mm。

所述控流棱錐為四棱錐，其棱錐邊長L₁為25-70mm，棱底面兩邊的夾角α₁為5-45°。

在所述四棱錐控流棱錐在棱錐面上所加凸棱為倒V形，凸棱底面兩邊夾角β₁為5-150°，弦高h(yuǎn)₁為5-50mm。

在所述四棱錐控流棱錐的棱錐面上所刻流槽為圓形，流槽底面直徑r為20-40mm，弦高為h₂為20-30mm。

在所述四棱錐控流棱錐的棱錐面上所刻流槽為V字形，流槽底面兩邊夾角β₂為30-150°，槽高h(yuǎn)₃為20-30mm。

所述控流棱錐為六棱錐，其相鄰棱錐邊長L₂和L₃分別為25-50mm，棱底面兩邊的夾角α₂為5-60°。

所述控流棱錐為圓錐，其底面圓直徑R為50-100mm。