專利名稱：大方坯連鑄結(jié)晶器用浸入式水口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼的連鑄結(jié)晶器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大方坯(指斷面尺寸大于 200mmX200mm的方坯)連鑄結(jié)晶器用浸入式水口裝置。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動行為對連鑄工藝順行和鑄坯最終質(zhì)量均起著至關(guān)重要的作用，而結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動狀況又在很大程度上取決于浸入式水口的幾何結(jié)構(gòu)尺寸，因此， 適當(dāng)?shù)慕胧剿诮Y(jié)構(gòu)尺寸對于控制合理的結(jié)晶器流場、促進連鑄工藝順行和改善最終鑄坯質(zhì)量具有至關(guān)重要的作用。迄今為止，浸入式水口已經(jīng)成為連鑄生產(chǎn)中最常用和最重要的耐火材料裝置，其結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化和設(shè)計也成為被廣泛關(guān)注和研究的重要內(nèi)容。浸入式水口是中間包和結(jié)晶器之間的連通裝置，其功能就是在密閉條件下連續(xù)不斷的將中間包內(nèi)的鋼液傳輸至結(jié)晶器。為了保證連鑄工藝的順行和良好的鑄坯質(zhì)量，進入結(jié)晶器內(nèi)的鋼液必須保持較好的流動模式。通常情況下，衡量浸入式水口類型尺寸和布置結(jié)構(gòu)是否合理就是看澆注時結(jié)晶器內(nèi)是否能得到較好的流動模式，好的流動模式一般包含以下三個方面1)結(jié)晶器液面波動和表面流速合適且穩(wěn)定；在實際澆注過程中，結(jié)晶器液面波動一般要控制在士3mm以內(nèi)。過大的液面波動和表面流速會造成卷渣和彎月面處的裂紋，值得注意的是，結(jié)晶器內(nèi)液面波動也并非越小越好，過死的液面會造成化渣不良，導(dǎo)致保護渣結(jié)殼和流入不暢，同樣可能引起裂紋缺陷；2)結(jié)晶器寬面具有均勻的流場和溫度場；要保證溫度場均勻，流場就必須均勻，這樣可以避免鋼液成分不均，更重要是可以防止溫差較大產(chǎn)生的熱應(yīng)力裂紋；幻結(jié)晶器縱向上合理的溫度梯度；為了促進坯殼較好的凝固，在保證上述兩個條件下應(yīng)該盡量提高鋼液的熱中心，使結(jié)晶器內(nèi)形成上部溫度高下部溫度低的合理溫度梯度，這樣既可以盡量提高鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，又可以防止結(jié)晶器出口坯殼過薄而漏鋼?，F(xiàn)有技術(shù)下，連鑄大方坯結(jié)晶器浸入式水口主要有直通型水口、雙側(cè)孔水口和四孔水口三種類型。由于四孔水口可以將鋼液流股分散，促進成分和溫度的均勻性，同時降低了鋼液的沖擊深度，提高了鋼液的熱中心，有助于改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，因此，對于鑄坯質(zhì)量要求較高的鋼種通常會采用四孔浸入式水口。目前所用的四孔浸入式水口中間是豎直的圓形中孔，底面封閉，底面以上的側(cè)壁面上均勻分布四個大小形狀完全相同的側(cè)孔，側(cè)孔上下沿壁面同時向下或向上呈相同角度的傾角，即上下沿壁面平行，側(cè)孔的左右兩側(cè)壁面是平直的，與側(cè)孔的中心線相平行?，F(xiàn)場澆注時，將水口底部插入結(jié)晶器鋼液面以下，四個側(cè)孔分別對準(zhǔn)結(jié)晶器四個側(cè)面的中間位置，鋼液從水口中孔流入，從四個側(cè)孔均勻流出，流股碰撞結(jié)晶器壁面后再反彈并緩慢擴散至整個結(jié)晶器橫向截面。采用這種四孔浸入式水口澆注，存在以下兩個不足之處1)現(xiàn)有的大方坯有寬面和窄面之分，并且寬面和窄面寬度存在差異，但是，目前的四孔浸入式水口四個側(cè)孔的形狀尺寸完全相同，這就使得大小不同的側(cè)面上分配的高溫鋼液流量相同，明顯不利于鑄坯橫斷面的溫度均勻性和初生凝固坯殼的合理生長；2)目前四孔浸入式水口的側(cè)孔上下沿壁面平行、左右側(cè)壁面是與側(cè)孔中心線平行的平直壁面，因此鋼液從水口出孔流出時流股向外擴張角度很小，高溫鋼液只能碰撞結(jié)晶器壁面中心部位后再反彈并擴散至整個寬面，到達結(jié)晶器角部的時間較長，非常不利于結(jié)晶器橫向上的溫度和成分的均勻性，容易產(chǎn)生縱向裂紋或成分偏析等缺陷。尤其是角部， 屬于二維冷卻，冷卻強度很大，同時又難以得到高溫鋼液的溫度補償，因此常常出現(xiàn)結(jié)冷鋼或保護渣結(jié)殼等問題，嚴(yán)重影響了連鑄工藝順行和鑄坯質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種大方坯連鑄結(jié)晶器用浸入式水口，使得結(jié)晶器內(nèi)得到較好的流場和溫度場，改善結(jié)晶器內(nèi)橫向溫度和成分的均勻性，促進初生坯殼的合理均勻凝固，減少鑄坯裂紋和結(jié)晶器液面結(jié)殼。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種大方坯結(jié)晶器用浸入式水口，包括構(gòu)成水口本體的側(cè)壁、與側(cè)壁相連的封閉的底部、側(cè)壁與底部圍成的垂直且頂端開口的內(nèi)腔、以及側(cè)壁上與內(nèi)腔相連通的均勻分布的四個側(cè)孔；所述四個側(cè)孔中，相鄰兩側(cè)孔的中心線相垂直，相對的兩側(cè)孔大小形狀完全相同且沿水口內(nèi)腔中心線呈軸對稱；四個側(cè)孔的中心線與結(jié)晶器四個壁面的中心對稱線分別重合；其特征在于所述四個側(cè)孔四周的壁面均由內(nèi)向外傾斜、呈外擴的喇叭狀；水口外側(cè)壁面上，布置在結(jié)晶器寬面的寬面?zhèn)瓤椎目酌娣e與布置在結(jié)晶器窄面的窄面?zhèn)瓤椎目酌娣e之比等于結(jié)晶器寬面面積與窄面面積之比。所述四個側(cè)孔處于水口側(cè)壁的同一高度且靠近水口底部處；各孔上下沿壁面與側(cè)壁的相交線均相平齊。各側(cè)孔下沿壁面與外壁的相交線離水口底部的上表面距離為0 40mm。所述側(cè)孔四周壁面由內(nèi)向外傾斜的傾角范圍為5° 60°。所述內(nèi)腔為圓柱形或者帶倒角的方柱形。所述底部為凸底、平底或者凹底。所述本體為耐火材料通過等靜壓成形的環(huán)體。所述四個側(cè)孔形狀為帶倒角的矩形，倒角半徑為5mm 20mm ；各側(cè)孔高度相同，外側(cè)壁面上寬面?zhèn)瓤着c窄面?zhèn)瓤椎目讓挾戎鹊扔诮Y(jié)晶器寬面和結(jié)晶器窄面的寬度比。澆注時，鋼液從水口內(nèi)腔頂端開口流入，從靠近底部的四個側(cè)孔流出。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，存在如下有益效果(1)由于側(cè)孔四周壁面有外擴的傾角，從水口側(cè)孔流出的鋼液可以在外擴傾角的導(dǎo)流作用下向四周運動，使鋼液均勻分散至結(jié)晶器的上部分區(qū)域，這樣可以增加鋼液的橫向溫度均勻性，防止因鋼液橫向溫度和成分不均勻?qū)е碌牧鸭y或偏析等質(zhì)量缺陷。(2)側(cè)孔兩邊外擴的角度可以將高溫鋼液引流至結(jié)晶器角部區(qū)域，對角部二維冷卻區(qū)域有溫度補償，可以有效的避免角部因過冷產(chǎn)生的結(jié)冷鋼和保護渣結(jié)塊等澆注問題， 有利于連鑄工藝順行。(3)鋼液在外擴形側(cè)孔的導(dǎo)流作用下更加分散，可以減小鋼液的流動速度和強度， 降低了流股對凝固坯殼的沖擊和結(jié)晶器液面的波動，保證了初生凝固坯殼的正常生長。(4)水口側(cè)孔面積根據(jù)凝固區(qū)域的面積進行設(shè)置，可以使高溫鋼液在橫向上得到更加合理的分配，進一步促進了橫斷面上鋼液的溫度和成分均勻性，有利于最終鑄坯質(zhì)量的改善。


圖1是本發(fā)明一個實施例中浸入式水口的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是浸入式水口的A-A向剖視圖；圖3是浸入式水口布置在大方坯結(jié)晶器內(nèi)的橫截面示意圖。附圖中標(biāo)號如下，1-側(cè)壁，2-底部，3-內(nèi)腔，4-寬面?zhèn)瓤祝?-窄面?zhèn)瓤祝?_結(jié)晶器， 7-結(jié)晶器寬面，8-結(jié)晶器窄面
具體實施例方式以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。如圖1 圖3所示，一種大方坯結(jié)晶器用浸入式水口，包括水口側(cè)壁1，所述水口側(cè)壁1的下端為封閉的底部2，底部2可以為凸形、平形或者凹形。水口側(cè)壁1圍成的中心通道為內(nèi)腔3，所述內(nèi)腔3的形狀可以為圓形柱體或倒角方形柱體。位于底部2上方的水口側(cè)壁1上開有四個側(cè)孔，包含相對的兩個寬面?zhèn)瓤?和相對的兩個窄面?zhèn)瓤?，兩個寬面?zhèn)瓤?大小形狀完全相同，并且沿水口內(nèi)腔中心線呈軸對稱，兩個窄面?zhèn)瓤?大小形狀也完全相同，同時沿水口內(nèi)腔中心線呈軸對稱，寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?中心線夾角為90°，呈垂直布置。寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?四周的壁面由內(nèi)向外呈5° 60°的傾斜角，呈外擴的喇叭狀。所述寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?與內(nèi)腔3相連通，形成鋼液的流動通道。寬面?zhèn)瓤?4與窄面?zhèn)瓤?的外壁面的孔面積比等于結(jié)晶器寬面7與結(jié)晶器窄面8的面積比。所述寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?處于水口側(cè)壁1的同一高度處，各孔上下沿壁面與側(cè)壁1的相交線均相平齊，各孔下沿壁面與外壁的相交線離水口底部2的上表面距離為 0 40mm。所述浸入式水口的側(cè)壁1及與其相連的底部2均采用耐火材料通過等靜壓成形， 其現(xiàn)場應(yīng)用效果已被證明十分理想。作為一種優(yōu)化的形狀，寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?均為倒角的方形，倒角半徑為 5mm 20mm。寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?的高度相同，但寬度根據(jù)澆注結(jié)晶器6的結(jié)晶器寬面7和結(jié)晶器窄面8的面積而定，由于實際中結(jié)晶器寬面7和結(jié)晶器窄面8的高度相同，所述寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?的高度也相同，因此，只需要保證寬面?zhèn)瓤?與窄面?zhèn)瓤?的外壁面的孔寬度比等于結(jié)晶器寬面7和結(jié)晶器窄面8的寬度比即可。實際澆注時，鋼液從浸入式水口內(nèi)腔3的上口流入，并根據(jù)側(cè)孔的面積分別從寬面?zhèn)瓤?和窄面?zhèn)瓤?分配至結(jié)晶器寬面7和結(jié)晶器窄面8，同時沿側(cè)孔外擴傾角向四周擴散，非常有利保證鋼液橫向溫度和成分的均勻性，促進初生凝固坯殼的均勻合理生長。以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種大方坯結(jié)晶器用浸入式水口，包括構(gòu)成水口本體的側(cè)壁、與側(cè)壁相連的封閉的底部、側(cè)壁與底部圍成的垂直且頂端開口的內(nèi)腔、以及側(cè)壁上與內(nèi)腔相連通的均勻分布的四個側(cè)孔；所述四個側(cè)孔中，相鄰兩側(cè)孔的中心線相垂直，相對的兩側(cè)孔大小形狀完全相同且沿水口內(nèi)腔中心線呈軸對稱；四個側(cè)孔的中心線與結(jié)晶器四個壁面的中心對稱線分別重合；其特征在于所述四個側(cè)孔四周的壁面均由內(nèi)向外傾斜、呈外擴的喇叭狀；水口外側(cè)壁面上，布置在結(jié)晶器寬面的寬面?zhèn)瓤椎目酌娣e與布置在結(jié)晶器窄面的窄面?zhèn)瓤椎目酌娣e之比等于結(jié)晶器寬面面積與窄面面積之比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式水口，其特征在于所述四個側(cè)孔處于水口側(cè)壁的同一高度且靠近水口底部處；各孔上下沿壁面與側(cè)壁的相交線均相平齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浸入式水口，其特征在于各側(cè)孔下沿壁面與外壁的相交線離水口底部的上表面距離為0 40mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的浸入式水口，其特征在于所述側(cè)孔四周壁面由內(nèi)向外傾斜的傾角范圍為5° 60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浸入式水口，其特征在于所述內(nèi)腔為圓柱形或者帶倒角的方柱形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一或5所述的浸入式水口，其特征在所述底部為凸底、平底或者凹底。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的浸入式水口，其特征在于所述本體為耐火材料通過等靜壓成形的環(huán)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一或5或7所述的浸入式水口，其特征在于所述四個側(cè)孔形狀為帶倒角的矩形，倒角半徑為5mm 20mm ；各側(cè)孔高度相同，外側(cè)壁面上寬面?zhèn)瓤着c窄面?zhèn)瓤椎目讓挾戎鹊扔诮Y(jié)晶器寬面和結(jié)晶器窄面的寬度比。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大方坯結(jié)晶器用浸入式水口，包括構(gòu)成水口本體的側(cè)壁、與側(cè)壁相連的封閉的底部、側(cè)壁與底部圍成的垂直且頂端開口的內(nèi)腔、以及側(cè)壁上與內(nèi)腔相連通的均勻分布的四個側(cè)孔；所述四個側(cè)孔中，相鄰兩側(cè)孔的中心線相垂直，相對的兩側(cè)孔大小形狀完全相同且沿水口內(nèi)腔中心線呈軸對稱；四個側(cè)孔的中心線與結(jié)晶器四個壁面的中心對稱線分別重合；其特征在于所述四個側(cè)孔四周的壁面均由內(nèi)向外傾斜、呈外擴的喇叭狀；水口外壁面上，布置在結(jié)晶器寬面的寬面?zhèn)瓤椎目酌娣e與布置在結(jié)晶器窄面的窄面?zhèn)瓤椎目酌娣e之比等于結(jié)晶器寬面面積與窄面面積之比。采用此方案結(jié)晶器內(nèi)橫向溫度和成分的均勻性，促進初生坯殼的合理均勻凝固，減少鑄坯裂紋和結(jié)晶器液面結(jié)殼。
文檔編號B22D41/50GK102554208SQ20121001712
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者葉理德, 幸偉, 徐永斌, 徐海倫, 潘國友, 邵遠敬, 馬春武 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司