鑄造水口的製作方法

2023-06-09 01:29:41

專利名稱：鑄造水口的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於引導熔融金屬例如鋼水(molten steel)的水口。更 確切地說，本發明涉及在生產鋼的連續鑄造工藝中使用的所謂浸入式水 口，有時也被稱作鑄造水口。本發明還涉及該水口在鑄鋼時的用途。
背景技術：
在鋼的連續鑄造中，來自鋼包的鋼水;故傾倒入^皮稱作中間包 (timdish)的較大容器中。中間包具有一個或多個出口，鋼水經過出口 流到一個或多個相應結晶器(mould)中，在結晶器中鋼水冷卻並凝固 以形成金屬的連續鑄造的固體長度。鑄造水口或浸入式水口位於中間包 與每個結晶器之間，並引導鋼水從中間包經過鑄造水口流到結晶器內。 鑄造水口一般是細長管道的形式，即，剛性管或管子。
這種鑄造水口的主要功能如下。首先，在鋼水從中間包流動到結晶 器內時，水口用作防止鋼水與空氣接觸，因為空氣會造成鋼的氧化，這 是不希望的。其次，非常希望水口能以儘可能平緩且非湍流的方式將鋼 水引入結晶器內，因為在結晶器中的湍流會造成結晶器中鋼水表面上的 熔劑下拽到鋼內(被稱作"夾帶")，由此在鑄鋼中生成雜質。在結晶器 中的湍流也會破壞結晶器側面上的潤滑。結晶器熔劑的功能(除了防止鋼 的表面與空氣接觸之外)之一是潤滑結晶器側面以防止鋼附著於其上並 再次凝固。熔劑也有助於防止隨後在鑄鋼中形成表面缺陷。所以為此目 的藉助於浸入式水口使湍流最小化也是重要的。另外，湍流可在結晶器 自身上造成應力，有損傷結晶器的風險。而且，在結晶器中的湍流也可 能會造成結晶器中不均勻的熱分布，從而造成鋼凝固不均勻，以及也造 成所鑄造的鋼的質量和組成的變動。該後一個問題也涉及浸入式水口的 第三個主要功能，即浸入式水口以均勻方式將鋼水？ 1入結晶器內以便形 成均勻的凝聚殼(鋼在最靠近結晶器壁的區域中凝固最快)以及鑄鋼的均 勻的質量及組成。理想的浸入式水口的第四個功能在於減小或消除結晶 器中鋼的彎液面中駐波振動的發生。將鋼水引入結晶器內 一般會在鋼的 表面形成駐波，且在進入結晶器的鋼的流動中的任何不規則性或振動可引起駐波的振動。這些振動可能具有與結晶器中的湍流類似的作用，造 成結晶器熔劑夾帶進入到正在鑄造的鋼內，破壞結晶器熔劑對結晶器側 面的有效潤滑，且不利地影響結晶器中的熱分布。
應了解，設計並製造能儘可能好地執行所有上述功能的浸入式水口 是一項極具挑戰性的任務。不僅必須將水口設計和製造成耐受與快速流 動的鋼水相關聯的力和溫度，而且抑制湍流的需要與使結晶器中的鋼水 均勻分布的需要相結合造成極為複雜的流體動力學問題。
在申請人的國際專利申請WO02/43卯4中，公開了 一種浸入式水口 ， 其具有兩個下側出口，這些下側出口相對於穿過水口的管道的中心軸線 傾斜。在排出口之間的是限定容器並與分配器一起限定兩個下出口的結 構。下出口的相對內側壁分別向下發散。

發明內容
本發明的目的在於提供一種鑄造水口 ，與所述上文提及的先有技術 的水口相比，其具有改進的性能。
根據本發明的第 一方面，提供一種用於引導熔融金屬從容器流動到 結晶器內的水口，該水口包括管道，該管道沿著在使用期間豎直定向的 軸線是細長的，該水口具有至少一個上入口且在其下端具有兩個間隔開 的擋板，擋板的相應外壁部分地限定兩個下出口，且擋板的相應內壁在 其間限定至少一個出口流動通路的至少一部分、且每個內壁至少部分地 凹入彎曲並布置成使得存在著來自所述一個或多個出口流動通路的會 聚流動。
下出口優選地以一定角度相對於所述軸線傾斜，更優選地以小於 90。的角度。
優選地，兩個擋板都從水口末端的高度延伸。 理想地，擋板的相應外壁凸出地彎曲。
適宜地，至少一個流量分配器或分流器安置於所述間隔開的擋板之 間。在一實施例中，提供單個流量分配器，其居中地位於擋板之間，且 流量分配器的相應相對側是平直的，朝向水口末端相對地發散。有利地， 流量分配器從所迷末端的高度延伸。
流量分配器的高度可使得其終止於擋板所延伸的高度下方，但優選 地，如果流量分配器在擋板所延伸到的高度上方延伸是特別有利的。這使得熔融金屬以佔據全部埠區域的狀態離開水口 ，且可提供優於使用 了所述較短流量分配器的布置的15-20%的改進。
更優選地，在流量分配器終止於擋板的上高度上方或下方的情況
下，可在其內設有擾動結構(perturbation )。擾動結構可在面對擋板的 流量分配器的一個或兩個壁中呈連續豎向通道的形式。或者，擾動結構 可以是不連續的通道、狹槽、陷窩、突起、凹槽、切口，或者是面對擋 板的流量分配器的 一 個或兩個壁中的任何不連續結構。在擾動結構是設 置在兩個壁中的凹陷結構(諸如切口或狹槽)的情況下，擾動結構可交 會以限定穿過流量分配器的通路或鑽孔。
利用在這些壁中的相應連續通道，則已發現邊界層改變，產生更貼 切地沿著埠形狀的流體流動。
此外，作為在流量分配器中設置這種擾動結構的替代或補充，擾動 結構可設置在擋板的朝內壁之中的一個或兩個壁內，且甚至可能在擋板 的所述外壁的一個或兩個壁中。
根據本發明的另 一方面，提供一種用於引導熔融金屬從容器流動到 結晶器內的水口，該水口包括管道，該管道沿著在使用期間豎直定向的 軸線是細長的，該水口具有至少一個上入口和至少一個下側出口，位於 或低於最上方的下側出口高度處的水口的任何表面中的至少一個表面 中設置有一個或多個擾動結構，這些表面適合於在使用中引導熔融金 屬。
通過上文，應了解，在提供擋板的情況下，擾動結構可在擋板的內 壁和/或外壁中。在提供流量分配器的情況下，擾動結構可在分配器的相 對側壁之中的一個或兩個壁裡。可在不使用擋板的情況下使用分配器， 但在提供了此二者的情況下，分配器可終止於擋板的上高度的上方或下方。
擾動結構可設置在下側出口的壁中或在所有下側出口中，且在下側 出口下壁由擋根或分配器的壁限定的情況下，這個下壁可形成為具有擾 動結構。作為下側出口的所述下壁的補充或替代，下側出口的上壁可替 代地形成為具有所述擾動結構。
擾動結構可如同所述的第一方面的情況，即，其為通道(連續的或不 連續的)、狹槽、凹槽、切口、陷窩、突起或任何其它不連續結構。
擾動結構因而可設置在位於或低於水口的最上方側出口的高度處的任何表面中，即，不包括在所述高度上方的中央流動鑽孔中的擾動結構。


現將參看附圖，以舉例說明的方式來描述本發明，其中
圖1是本發明的一實施例的鑄造水口的縱截面圖，
圖2是包括中央流量分配器的鑄造水口的第二實施例的片斷圖，
圖3是類似於圖2所示的鑄造水口 、但按照更大比例繪製的鑄造水
口的第三實施例的片斷圖，
圖4是鑄造水口的第四實施例的類似於圖3的片斷圖，
圖5至圖7分別是圖4所示的流量分配器的又一形式的正視圖、側
視圖和下端視圖，
圖8示意性地示出本發明的另一方面的鑄造水口，其具有在其表面
中的起伏凹凸(relief)的示例，
圖9和圖IO分別是圖8的箭頭A和箭頭B方向上的視圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明一實施例的水口 10,該水口包括管道11，管 道沿著在使用中基本上豎直定向的軸線是細長的。水口具有上入口 12、 相對於軸線傾斜的兩個下出口 13、 14，以及在軸向大體上位於傾凍牛的下 出口 13、 14之間的下出口 15。
水口 IO大體上包括三個區段。水口的上區段6具有基本上呈圓形 截面管的形式，在其最上末端止於入口 12處。在上區段16的下方，中
平。在中區段17的下方是下區段18,其包括傾斜出口 13、 14及軸向出 口 15。
類似於中區段17,下區段18在所述正交平面中變平並且也向外擴 展。兩個擋板19、 20分別形成在水口末端的相對側，擋板在所迷正交 平面的方向上完全延伸到通道的整個寬度。
才艮據將從圖1可見的，傾斜出口 13、 14分別限定為介於所迷下區 段18中的水口的擴展側壁與擋板19、 20的相應外壁21、 22之間。在 圖l所示的示例中，這些外壁凸出地向下彎曲至出口 13、 14的相應開口端，從這裡擋板的這些外壁為平直的，作為水口的側壁向下延伸至水 口下末端，在該水口下末端處擋板終止。如從圖1中可以看出，擋板形
成為具有相應內壁23、 24，該內壁23, 24凹入地彎曲，每個內壁從擋 板的下末端向上延伸到其彎曲頂端，在這裡擋板的凹入外壁終止。如圖 1所示，頂端是圓角狀的，但在另一實施例中，這個頂端可形成為尖頂 點，或平坦表面。因而下軸向入口 15限定在擋一反19、 20的相應朝內壁 23、 24之間。
在使用中，圖1的鑄造水口 10布置在中間包與結晶器之間且用作 引導鋼水從中間包經過鑄造水口流動到結晶器。因而鋼進入上入口 12 並向下流經水口的上區段16和中區段17。當鋼流到達下區段18時，它 遇到擋板19、 20,最初遇到擋板的上頂端，結果，鋼分別通過傾斜出口 13、 14流出，且該流的其餘部分從水口的下末端通過限定於擋板19、 20的相應內壁23、 24之間的下軸向出口 15而排出。由於這些內壁如圖 l所示凸出地彎曲和布置，因此鋼被"壓縮"，使得離開鑄造水口並進入 結晶器的鋼並不擴散，例如，如果擋板的下內表面相對地會聚，就會發 生這種情況。
就每個擋板的精確位置和布置而言，顯然需要這些都相同，即，存 在與這個下區段18對稱的配置。可以看出在圖l所示的實施例中，擋
^反內壁的下末端相對於內壁的上末端(即，在所述頂端處的上末端)略樣i 向外間隔開，使得擋板的相應上末端之間的距離小於擋板的下末端之間 的距離，這些距離從擋板的相應內壁測量。然而應了解，影響金屬流外 流的更重要的因素是內壁凹入地彎曲的事實。然而應了解，這個凹曲度 無需在每個內壁的整個上延伸使得凹曲度在每種情況下可用於所述壁 的僅一部分。
現轉至圖2,其示意性地示出根據本發明的鑄造水口的又一形式的 下區段。然而其非常類似於圖l所示的下區段，且共同的部件用與圖1 所使用的相同數字來表示。因此，可以看出圖2所示的實施例具有與圖 1實施例的布置相同的擋板19、 20,且擋板帶有相應傾斜出口 13、 14 安置於所述擋板的外壁21、 22之上。實際上，區別於圖1所示的下區 段18的唯一變化是位於擋板19、 20之間從水口的下末端的高度向上延 伸的中央流量分配器25。流量分配器25,類似於擋板19、 20,完全在 管道的整個寬度上延伸。流量分配器具有安置於水口末端高度的平坦下表面26,而其基本上平直的相對側壁27、 28分別向上會聚以形成圓角 形的上頂端29。水口的中心縱向軸線穿過所述流量分配器的中心延伸， 因而所述流量分配器在中央軸向地定位於擋板的相應內壁23、 24的中 間位置。因此，兩個相等的大體上軸向出口 30、 31分別形成在流量分 配器的相應相對側，出口 30限定在擋板內壁23與分配器的側壁27之 間，而軸向出口 31形成在擋板20的內壁24與流量分配器的側壁28之 間。
與圖1所示的布置類似，依靠擋板的凹入彎曲的內壁23、 24,存在 對流動鋼的"壓縮"使得通過提供中央分配器，離開軸向出口 30、 31 的流動自身也因此被"壓縮"和會聚。
圖3示出本發明的再一實施例，這個圖與圖2所示的實施例非常相 似，僅說明了鑄造水口的下區段18。同樣，已使用相同的附圖標記用於 相同的部件。實際上，與圖2所示的布置的唯一的不同涉及擋板配置， 在這裡用附圖標記19a、 20a來表示擋板。從圖3中可以看出，雖然擋板 的相應內壁23a、 24a仍是凹入地彎曲，但它們相對於穿過水口的縱向 中心線有效地更為向後"傾斜"，使得與上頂端之間距離小於內壁23、 24的相應下末端之間距離的第 一實施例和第二實施例的布置相對比，圖 3的實施例是相反的情況，即，內壁23a、 24a的相應上末端之間的距離 大於內壁23a、 24a的相應下末端之間的3巨離。可以看出這是由於下面 這個事實穿過擋板內壁下末端所取得的水口的縱向中心線的平行線相 對於穿過擋板內壁上末端所取得的相應線向內。但可以認為這種布置將 同樣提供分別關於圖1的第一實施例和圖2的第二實施例所提及的益 處。
在目前已經描述的實施例中，應注意的是在提供中央流量分配器的 情況下，中央流量分配器從管道的末端向上延伸到比擋板的相應頂端安 置處的高度明顯更低的高度。然而在圖4所示的實施例中，其在其它方 面與圖3所示的實施例相同，但現用附圖標記32表示的中央流量分配 器延伸到遠高於擋板的相應頂端安置處高度的高度。中央流量分配器32 具有大體上在管道11末端高度處的下平坦基部33和分別平直地向上會 聚的相對側壁34、 35,這些側壁在上平坦"頂端"36處交會。
已經發現提供這種中央流量分配器32能控制邊界層且通常其可在 擋板頂部上方大約lcm處。這個設計造成鋼水以佔據全部出口區域的狀態離開水口並認為這種設計比圖2和圖3分別所示的設計有了改進。
圖5至圖7示出用數字37表示的中央流量分配器的另一形式。盡 管最初打算用這個流量分配器37替換流量分配器32,即，其將在鑄造 水口中擋板的上高度之上延伸，但其可在需要的情況下替換流量分配器 (諸如流量分配器25 ),流量分配器25僅延伸到擋板的上高度下方的高 度。流量分配器37具有類似於流量分配器32的形式，也具有平坦基部 38和分別相對會聚的側壁39、 40，這些側壁的頂部接合處為圓角狀的， 如在41處所示，以形成流量分配器的頂端。從圖6所示的側視圖可以 看出，在所示出的實施例中，前側42和後側43分別從基部38向上發 散使得頂端的寬度大於基部寬度，如圖所示。從圖7可以看出，中央矩 形通道44、 45形式的4尤動結構分別形成於側壁39、 40中，這些通道在 分配器的整個高度延伸。通過提供這些通道，改變邊界層，使得流體流 動更為貼切地沿著出口的形狀。
作為在面對擋板的流量分配器的一個或兩個側壁中連續豎向通道 形式的擾動結構的替代，擾動結構可以是不連續的通道、狹槽、凹槽、 切口或在面對擋板的流量分配器的 一 個或兩個壁中的任何其它不連續 結構。特別地，擾動結構的截面可能不是如圖所示的矩形，且替代地， 例如，擾動結構可能只是凹陷的"陷窩"。此外，作為在流量分配器中 提供這樣的擾動結構的替代或補充，在擋板的朝內壁中的 一個或兩個壁 中也可提供擾動結構。就擋板的相應外壁而言，其不必一定是凸出彎曲 的形式，因為其可以是平直的，或實際上為任何其它適當形式。此外， 也有可能在擋板的所述外壁的一個或兩個壁中，諸如上文關於流量分配 器37所提及的那些不連續結構可設置在所述壁中。
在本發明的所有實施例中，從下埠或多個下埠(出口)產生會聚 流動。利用數學建模，驗證出本發明產生會聚外流。特別地，通過檢查 結晶器中的跡線，本發明的水口使流體流會聚從而使該流保持集中到結 晶器的較深處直到能注意到迴旋流圖案。利用先有技術已知的鑄造水 口 ，目的是使流擴散，從而等效跡線驗證了流體流從下埠的蔓延和擴 散。
作為設置成與水口擋板的凹入彎曲的內壁相結合的擾動結構的替 代， 一個或多個起伏凹凸可設置在水口的任何表面中，倘若這個表面位 於或低於最上方的下側出口高度處，則其適合於在使用中引導熔融金屬流經水口 。最上方的下側出口上方的中央流動鑽孔中的表面因而與這個 另一發明方面無關。
圖8示出備選的(2埠)鑄造水口 46形式的下端部，且示出了在四 個"引導"流動表面中的各種形式的擾動結構，即包括47至50。
鑄造水口具有一對相反指向的向下傾斜的側出口 51、 52。水口的內 結構底部形成為部分圓錐形表面，且其頂端53在水口的中心軸線上。 因此，每個出口的上表面由限定中央流動通路的水口壁下端限定且每個 出口的下表面在水口底部由內圓錐形結構的傾斜表面限定。出口 51的 上表面和下表面分別由54、 55表示，而對於出口52,則分別等效地4吏 用數字56、 57表示上表面和下表面。
如圖8和圖9所示，表面54設置有V形凹槽54a的形式的擾動結 構，而表面56設置有凹入陷窩56a。出口 51的下表面在其表面55形成 為具有內基部被整平的V形凹槽55a，而出口 52的表面57形成為具有 半圓形截面的凹槽57a。這些只是擾動結構/不連續結構類型的示例和它 們可應用到的水口流動引導表面的示例。如先前所提到的，提供擾動結 構改變邊界層，產生更貼切地沿著埠形狀的流體流動。因而改進了端 口利用且通過減小邊界條件的影響而使熔融金屬流的動能分散在與水 口的外部相對的水口內部。
權利要求
1. 一種用於引導熔融金屬從容器流動到結晶器內的水口，所述水口包括管道，所述管道沿著在使用期間豎直定向的軸線是細長的，所述水口具有至少一個上入口且朝向其下端具有兩個間隔開的擋板，所述擋板的相應外壁部分地限定兩個下出口且所述擋板的相應內壁在其間限定至少一個出口流動通路的至少一部分且每個內壁至少部分地凹入彎曲並布置成使得存在著來自所述一個或多個出口流動通路的會聚流動。
2. 根據權利要求1所述的水口，其特徵在於，所述下出口相對於所述軸線傾斜遠離所述至少一個上入口 。
3. 根據權利要求1或2所述的水口，其特徵在於，所述兩個擋板都 乂人所述水口的所述下端向上延伸。
4. 根據前述權利要求中任一項所述的水口 ，其特徵在於，所述擋板 的相應外壁至少部分地凸出地彎曲。
5. 根據前述權利要求中任一項所述的水口，其特徵在於，至少一個 流量分配器或分流器安置於所述間隔開的擋板之間。
6. 根據權利要求5所述的水口 ，其特徵在於，提供單個流量分配器， 其居中地位於所述擋板之間，且所述流量分配器的相應相對側是平直 的，朝向所述水口的下端相互發散。
7. 根據權利要求5或6所述的水口 ，其特徵在於，所迷流量分配器 /人所述水口的所述下端向上延伸。
8. 根據權利要求5至7中任一項所述的水口 ，其特徵在於，所述流 量分配器在所述擋板所延伸到的高度上方向上延伸。
9. 根據權利要求5至8中任一項所述的水口 ，其特徵在於，所述至 少一個流量分配器在其至少一個壁中設置有擾動結構。
10. 根據權利要求9所述的水口 ，其特徵在於，所述擾動結構是突起。
11. 根據權利要求IO所述的水口，其特徵在於，所述突起是陷窩。
12. 根據權利要求9所述的水口，其特徵在於，所述擾動結構是凹 陷結構。
13. 根據權利要求12所述的水口 ，其特徵在於，所述凹陷結構設置 在所述流量分配器的兩壁中，所述凹陷結構交會以形成穿過所述流量分 配器的通路。
14.根據權利要求12或]3所述的水口 ，其特徵在於，所述凹陷結構是連續的或不連續的通道、狹槽或切口。
15. 根據權利要求14所述的水口，其特徵在於，所述凹陷結構是沿 著所述流量分配器的相對側中的每一側的基本上整個長度定位的豎直 通道。
16. 根據前述權利要求中任一項所述的水口 ，其特徵在於，至少一 個擾動結構設置在所述擋板的朝內壁的至少一個壁中。
17. —種用於引導熔融金屬從容器流動到結晶器內的水口 ，所述水口包括管道，所述管道沿著在使用期間豎直定向的軸線是細長的，所迷 水口具有至少一個上入口和至少一個下側出口 ，位於或^f氐於最上方的下側出口的高度處的水口的任何表面中的至少一個表面中設置有 一種擾 動結構，這些表面適合於在使用中引導熔融金屬。
18. 根據權利要求n所述的水口，其特徵在於，所述擾動結構是突起。
19. 根據權利要求17所述的水口，其特徵在於，所述擾動結構是凹 陷結構。
全文摘要
本發明涉及用於引導熔融金屬從容器流動到結晶器內的水口。該水口包括管道，該管道沿著在使用期間豎直定向的軸線是細長的。該水口具有至少一個上入口(12)和朝向其下端的兩個間隔開的擋板(19，20)，該擋板的相應外壁部分地限定兩個下出口(13，14)且擋板的相應內壁在其間限定至少一個出口流動通路(15)的至少一部分。每個擋板內壁至少部分地凹入地彎曲且布置成使得存在著來自所述一個或多個出口流動通路的會聚流動。
文檔編號B22D41/50GK101460270SQ200780020297
公開日2009年6月17日 申請日期2007年5月21日 優先權日2006年6月1日
發明者J·帕拉福克斯-拉莫斯, R·D·莫雷爾斯 申請人:裡弗雷克特裡智慧財產權兩合公司