新型結構的浸入式水口的製作方法

2023-06-19 23:05:06 3

專利名稱：新型結構的浸入式水口的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種連鑄設備，具體是四個結構改進的浸入式水口。 技術背景浸入式水口是鋼液從中間包流入結晶器的通道，具有保護鋼流、防止鋼液二次氧 化的功能，同時還可以改變注流在結晶器內的流動狀態，防止注流衝刷凝固坯殼造成漏鋼 和拉裂，減小注流的衝擊深度，促進夾雜物在結晶器內上浮，並分散注流帶入的熱量，有利 於坯殼的均勻生長。
傳統的浸入式水口內部結構呈直筒型，鋼液從中間包經浸入式水口流入結晶器、 鋼液位置下降，勢能轉化為動能，即鋼液的流速變大，結晶器內的鋼液波動變的劇烈、紊亂， 衝擊深度大。從浸入式水口流入結晶器內的高溫鋼液與初生的凝固坯殼接觸。如果水口的 浸入深度太大，或者衝擊深度太大，高溫鋼液有可能使凝固的坯殼受到衝刷變薄，出現不均 勻生長，在較薄的部位產生裂紋或者拉漏事故，致使水口堵塞或結瘤，液面波動大，發生卷 渣。中國專利CN2626648 (03215867. X)公開了一種具有旋轉攪拌作用的浸入式水口。 這種浸入式水口包括碗部、本體、內孔和至少兩個以上均布的側孔等，側孔與本體在圓周方 向有一夾角α。中國專利CN201470879U (200920162750. 3)公開了一種改進的中間包浸入 式水口，水口下部設置吐出孔，吐出孔向下傾斜布置，吐出孔的軸線與水平面之間構成的夾 角為17°，吐出孔下方的水口底部設置著凹坑。中國專利CN201186346Y(200820057769. 7) 公開了一種用於雙水口澆注寬板坯工藝的浸入式水口。這種浸入式水口的每個水口兩側分 別開孔，形成內外側孔；同一水口的內外側孔上下錯位分布；兩個水口的內側孔在同一高 度，外側孔在同一高度，外側孔比內側孔高。由此可見，現有技術無論是單水口還是雙水口， 設計都較為複雜，均存在側孔和角度的布置，製作難度較大。
發明內容針對現有技術的不足，本實用新型在不改變傳統直筒型水口外形輪廓的基礎上重 新設計水口的內部結構，設法減小鋼液流入結晶器時的流速，改善流場，減小衝擊深度，同 時兼顧了實用性和水口使用壽命。採用流場顯示技術對結晶器傳統的直筒型水口進行實 驗，在分析了水口存在的問題後針對其存在的問題設計了優化水口的結構。從保證結晶器 內形成合理的流場的角度出發，結晶器浸入式水口結構尺寸設計考慮了水口的結構類型、 內腔結構、尺寸大小、插入深度等因素，制定了 4種優化方案(1-4號水口)。本實用新型的技術方案如下新型結構的四個浸入式水口，水口的上、下端分別連接中間包和連鑄結晶器。1號 水口的內徑是突變的，在水口內部形成一凸臺，設計目的是改變水口內徑，減緩流速。2號水 口的內徑是漸變的，從中間開始內徑逐漸擴大，內部形腔呈「倒漏鬥」狀，使鋼液流速變化平 緩，減弱鋼液對水口的衝刷。3號水口是在2號水口的下端加約束段，約束鋼液的流動，減小高速流動的鋼液對水口端部的衝刷，同時使流股集中，減小紊流。4號水口從頂端就開始擴 徑，儘量減緩水口內徑擴張的趨勢，從而使內徑的變化放緩，這樣鋼液速度的變化放緩，流 動趨於穩定，減小衝擊深度。新型結構的四個水口的外形輪廓均為圓柱形，而內部結構不同；1號水口的內部 結構分為上、下兩段，兩段均為圓柱形，下段圓柱形內徑大於上段圓柱形內徑；2號水口的 內部結構分為上、下兩段，上段為圓柱形下段為圓臺形，下段圓臺形的上端面內徑與上段圓 柱形內徑相等；3號水口的內部結構分為上、中、下三段，上段為圓柱形，中段為圓臺形，下 段為圓柱形，中段圓臺形的上端面內徑與上段圓柱形內徑相等，下端面內徑與下段圓柱形 內徑相等，4號水口內部結構為一圓臺形；1至4號水口上、下端面均為圓環形。進一步，1號水口內部結構上段圓柱形內徑30 40mm，下段圓柱形內徑45 55mm，上段圓柱形與下段圓柱形長度均為170 190mm，1號水口總長340 380mm，外徑 70 80mm。2號水口內部結構上段圓柱形內徑30 40mm，下段圓臺形的上端面內徑與上段 圓柱形內徑相等，下段圓臺形的下端面內徑45 55mm，上段圓柱形與下段圓臺形長度均為 160 180mm，2號水口總長320 360mm，外徑70 80mm。3號水口內部結構上段圓柱形內徑30 40mm，中段圓臺形上端面內徑與上端圓柱 形內徑相等，下端面內徑與下段圓柱形內徑相等為45 55mm ；上段圓柱形與中段圓臺形長 度相等，均為160 180mm，下段圓柱形長度為15 25mm，3號水口總長335 385mm，外徑 70 80mm。4號水口內部結構為一圓臺形，上端面內徑30 40mm，下端面內徑45 55mm，4 號水口總長355 395mm，外徑70 80mm。本實用新型的設計原理是在不考慮壓力變化及高度變化的情形下質量平衡方程式V1 · A1 = V2 · A2 ·其中V-流速A-截面積由此可知擴大水口的內徑可以吸收部分能量，減小鋼液流動的速度，減小衝擊深 度，改善流場。本實用新型的有益效果1.設計兼顧了實用性和水口的使用壽命，結構簡單，製造容易；2.減小鋼液流入結晶器時的流速，避免鋼液的劇烈波動；3.改善流場，防止注流衝刷凝固坯殼造成漏鋼和拉裂；4.減小衝擊深度，避免發生卷渣。

圖1為現有浸入式水口的結構示意圖；圖2為本實用新型浸入式水口 1號水口的結構示意圖；圖3為本實用新型浸入式水口 2號水口的結構示意圖；圖4為本實用新型浸入式水口 3號水口的結構示意圖；[0028]圖5為本實用新型浸入式水口 4號水口的結構示意圖；圖6為圖5的A-A截面圖。
其中1、1號水口 ；101、1號水口內部結構上段圓柱形；102、1號水口內部結構下 段圓柱形；2、2號水口 ；201、2號水口內部結構上段圓柱形；202、2號水口內部結構下段圓 臺形；3、3號水口 ；301、3號水口內部結構上段圓柱形；302、3號水口內部結構中段圓臺形； 303,3號水口內部結構下段圓柱形約束段；4、4號水口 ；5、結晶器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。實施例1參見圖1-5，在不改變現有水口外形輪廓的基礎上重新設計水口的內部結構，設法 減小鋼液流入結晶器時的流速，改善流場，減小衝擊深度，同時兼顧了實用性和水口使用壽 命，其上下端分別連接中間包和連鑄結晶器。採用流場顯示技術對結晶器的傳統現有的直筒型水口進行實驗，在分析了水口存 在的問題後針對其存在的問題設計了優化水口的結構。從保證結晶器內形成合理的流場的 角度出發，結晶器浸入式水口結構尺寸設計考慮了水口的結構類型、內腔結構、尺寸大小、 插入深度等因素，制定了 4種優化方案(1-4號水口)。現有水口外徑75mm，內徑35mm，現有水口總長360mm。四個優化水口的外形輪廓均為圓柱形，而內部結構不同。1號水口內部結構內徑是突變的，在水口內部形成一凸臺，其內部結構分為兩段， 兩段均為圓柱形，上段圓柱形101內徑35mm，下段圓柱形102內徑50mm，上段圓柱形101和 下段圓柱形102形成一凸臺結構，每段長180mm，1號水口總長360mm，1號水口上、下端面為 圓環形，外徑75mm。圓柱形101與圓柱形102為一體。2號水口內部結構內徑是漸變的，從中間開始內徑逐漸擴大，內部形腔呈「倒漏鬥」 狀，使鋼液流速變化平緩，減弱鋼液對水口的衝刷。其內部結構分為兩段，上段為圓柱形 201，圓柱形201內徑35mm ；下段為圓臺形202，圓臺形202的上端面內徑與圓柱形201內徑 相等，圓臺形202的下端面內徑50mm;圓柱形201與圓臺形202長度均為170mm，2號水口 總長340mm，2號水口上、下端面為圓環形，外徑75mm。圓柱形201與圓臺形202為一體。3號水口內部結構是在2號水口內部結構的基礎上，在最下端加一 20mm的約束 段303，約束鋼液的流動，減小高速流動的鋼液對水口端部的衝刷，同時使流股集中，減小紊 流。其內部結構分為三段，上段是圓柱形301，圓柱形301內徑35mm;中段為圓臺形302， 圓臺形302的上端面內徑與圓柱形301內徑相等，圓臺形302的下端面內徑50mm ；圓柱形 301與圓臺形302的長度均為170mm ；下段為圓柱形約束段303，圓柱形303內徑50mm，長度 20mm ；3號水口總長360mm，外徑75mm。圓柱形301與圓臺形302以及圓柱形303為一體。4號水口從頂端就開始擴徑，儘量減緩水口內徑擴張的趨勢，從而使內徑的變化放 緩，這樣鋼液速度的變化放緩，流動趨如穩定，減小衝擊深度。其內部結構為圓臺形，圓臺形 上端面內徑35mm，下端面內徑50mm，水口總長375mm，外徑75mm。現有水口及新型的1-4號水口上、下端面為圓環形。在不同的拉速、浸入深度進行試驗，顯示各方案下結晶器內的流場，並測量衝擊深度。以流場分布的合理與否和衝擊深度的大小來評價優劣。結果證明改進的四個水口均 有很好的優化效果，平均可減低衝擊深度30-40%，在拉速較大時，最小也可減低衝擊深度 20%左右。實施結果如表1所示。表1不同拉速、浸入深度下斷面260 X 300mm的衝擊深度
實驗參數衝擊深度/mm拉還速度/m.min-1水口浸入深度/mm現有1號2號3號4號0.5905352352803152951204352152252402900.6906603303554204001205853153654054100.7907004254654904701207104254655004900.890720465565580585120760515555550615實施例2與實施例1的區別在於1號水口上段圓柱形101內徑30mm，下段圓柱形102內徑45mm，上段圓柱形101和 下段圓柱形102每段長170mm，1號水口總長:340mm，1號水口外徑70mm。2號水口上段圓柱形201內徑30mm;下段圓臺形202的下端面內徑45mm;圓柱形 201與圓臺形202長度均為160mm，2號水口總長320mm，2號水口外徑70mm。3號水口上段圓柱形301內徑30mm;中段圓臺形302的下端面內徑45mm;圓柱形 301與圓臺形302的長度均為160mm;下段圓柱形約束段303內徑45mm，長度15mm ;3號水 口總長335mm，外徑70mm。4號水口圓臺形上端面內徑30mm，下端面內徑45mm，水口總長355mm，外徑70mm。實施例3與實施例1的區別在於1號水口上段圓柱形101內徑40mm，下段圓柱形102內徑55mm，上段圓柱形101和 下段圓柱形102每段長190mm，1號水口總長380mm，1號水口外徑80mm。2號水口上段圓柱形201內徑40mm;下段圓臺形202的下端面內徑55mm;圓柱形 201與圓臺形202長度均為180mm，2號水口總長360mm，2號水口外徑80mm。3號水口上段圓柱形301內徑40mm;中段圓臺形302的下端面內徑55mm;圓柱形 301與圓臺形302的長度均為180mm;下段圓柱形約束段303內徑55mm，長度25mm ;3號水 口總長385mm，外徑80mm。4號水口圓臺形上端面內徑40mm，下端面內徑55mm，水口總長395mm，外徑80mm。
權利要求1.新型結構的浸入式水口，包括四個水口，水口的上、下端分別連接中間包和連鑄結 晶器，其特徵在於1號水口(1)的內部結構分為上、下兩段，兩段均為圓柱形，下段圓柱形 (102)內徑大於上段圓柱形(101)內徑；2號水口(2)的內部結構分為上、下兩段，上段為圓 柱形001)，下段為圓臺形002)，下段圓臺形Q02)的上端面內徑與上段圓柱形O01)內 徑相等；3號水口(3)的內部結構分為上、中、下三段，上段為圓柱形(301)，中段為圓臺形 (302)，下段為圓柱形(303)，中段圓臺形(302)的上端面內徑與上段圓柱形(301)內徑相 等，下端面內徑與下段圓柱形(303)內徑相等，4號水口(4)內部結構為一圓臺形；1至4號 水口上、下端面均為圓環形。
2.根據權利要求1所述的新型結構的浸入式水口，其特徵在於1號水口(1)內部結構 上段圓柱形(101)內徑30 40mm，下段圓柱形(102)內徑45 55mm，上段圓柱形(101) 與下段圓柱形(102)長度均為170 190mm，1號水口總長340 380mm，外徑70 80_。
3.根據權利要求1所述的新型結構的浸入式水口，其特徵在於2號水口(2)內部結構 上段圓柱形O01)內徑30 40mm，下段圓臺形(202)的上端面內徑與上段圓柱形Q01)內 徑相等，下段圓臺形(20 的下端面內徑45 55mm，上段圓柱形(201)與下段圓臺形(202) 長度均為160 180mm，2號水口總長320 360mm，外徑70 80mm。
4.根據權利要求1所述的新型結構的浸入式水口，其特徵在於3號水口(3)內部結構 上段圓柱形(301)內徑30 40mm，中段圓臺形(302)上端面內徑與上端圓柱形(301)內徑 相等，下端面內徑與下段圓柱形(303)內徑相等為45 55mm;上段圓柱形(301)與中段圓 臺形(302)長度相等，均為160 180mm，下段圓柱形(303)長度為15 25mm，3號水口總 長 335 385mm,外徑 70 80mm。
5.根據權利要求1所述的新型結構的浸入式水口，其特徵在於4號水口(4)內部結構 為一圓臺形，上端面內徑30 40mm，下端面內徑45 55mm，4號水口總長355 395mm，外 徑 70 80mm。
專利摘要本實用新型提供四個結構優化的浸入式水口，在不改變現有水口外形輪廓的基礎上重新設計水口的內部結構，1號水口內徑是突變的，在水口內部形成一凸臺，設計目的是改變水口內徑，減緩流速。2號水口的內徑是漸變的，從中間開始內徑逐漸擴大，內部形腔呈「倒漏鬥」狀，使鋼液流速變化平緩，減弱鋼液對水口的衝刷。3號水口在2號水口的下端加約束段，約束鋼液的流動，減小高速流動的鋼液對水口端部的衝刷，同時使流股集中，減小紊流。4號水口從頂端就開始擴徑，儘量減緩水口內徑擴張的趨勢，從而使內徑的變化放緩，這樣鋼液速度的變化放緩，流動趨於穩定，減小衝擊深度。這4種設計都可以改善結晶器流場，減少衝擊的深度，同時具有很好的實用性和使用壽命。
文檔編號B22D41/50GK201913239SQ20102067837
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者張利平, 朱寶晶, 李建省, 梁娜, 王靜松, 範黎明, 鄭豔 申請人:萊蕪鋼鐵股份有限公司