專利名稱：高拉速連鑄結晶器的浸入式水口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼的連續(xù)鑄造技術領域，尤其涉及板坯和斷面尺寸大于200mmX200mm的大方坯連鑄結晶器用的高拉速連鑄結晶器的浸入式水口。
背景技術：
鋼的連續(xù)鑄造是將具有一定過熱度的液態(tài)鋼水，通過水冷結晶器連續(xù)冷卻成具有一定形狀的固態(tài)坯殼的過程，在連續(xù)鑄鋼過程中，一個非常重要的步驟就是采用由耐火材料制作的浸入式水口裝置將中間包內(nèi)的鋼液連續(xù)注入結晶器內(nèi)，浸入式水口是安裝在中間 包底部并插入結晶器液面以下的耐火材料套管，其主要作用是防止鋼液的二次氧化、氮化、噴濺，同時避免液面卷渣、調(diào)節(jié)結晶器內(nèi)鋼液的流動模式和溫度分布，從而促使結晶器內(nèi)的坯殼均勻無缺陷生長，并盡量減少鋼液中的氣體和非金屬夾雜物。由于浸入式水口對于提高鑄坯質量、改善勞動條件、穩(wěn)定連鑄操作和防止鑄坯表面和內(nèi)部質量缺陷等方面均有顯著的效果，因此在世界各國的連鑄機上被廣泛應用。在通常情況下，浸入式水口的結構形狀應滿足如下要求(I)水口出口的注流運動應能緩和而均勻的沖洗凝固前沿；(2)盡量降低注流的沖擊深度而不引起結晶器液面的劇烈翻滾；(3)始終保持結晶器液面的高溫；(4)澆注過程不得吸入空氣；但是，要使得浸入式水口能夠較好的發(fā)揮其冶金作用，就必須設計合理的浸入式水口結構形狀，特別是在連鑄拉速不斷提升、鑄坯質量要求不斷提高的今天，浸入式水口的結構類型也應該進行不斷的優(yōu)化和改進。在現(xiàn)有技術中，板坯連鑄結晶器主要采用雙側孔浸入式水口澆注，鑄坯斷面尺寸大于200mmX 200mm的大方坯連鑄結晶器可以采用雙側孔水口或者四側孔水口進行澆注。目前的板坯和大方坯結晶器所采用的側開孔浸入式水口主體結構是耐火材料壓制而成的上端開口、底端封閉、側面開孔的空心管道，上端開孔的中心內(nèi)腔和靠近底部的側開孔相互連通，并構成澆注時鋼液的流動通道?，F(xiàn)有技術中的側開孔浸入式水口具有兩個顯著的特點，第一，浸入式水口內(nèi)腔的底面呈光滑的平面或光滑的斜面；第二，所開側孔四周的壁面呈光滑的平面或斜面。上述特點造成浸入式水口在澆注時存在以下不利因素其一，由于水口內(nèi)腔的底面是光滑的平面或斜面，使得鋼液沖擊底面后，造成較為強烈的沖擊反彈，無論水口底部是凸底、平底還是凹底，對鋼液的緩沖和動能消耗都比較小，高拉速澆注時鋼液沖擊較強，使得出口流股對初生凝固坯殼沖擊較大，同時，液面波動也很劇烈，不利于坯殼的正常生長；其二，由于水口側孔四周的壁面也是呈光滑的平面或斜面，使得側孔壁面與鋼液的接觸面積有限，不能很好的利用側壁與鋼液之間的摩擦效應降低鋼液的沖擊動能，使得鋼液對坯殼和液面的沖擊較大，造成鑄坯質量問題，同時，從側孔流出流股的穩(wěn)定性也較差，不利于坯殼生長的均勻性。尤其是隨著高效連鑄的發(fā)展，鑄坯拉速普遍提高，連鑄時鋼液的流量相對較大，采用常規(guī)水口澆注時造成的上述不足就顯得更為突出，這就需要對常規(guī)水口進行必要的改進，以適當于現(xiàn)代高效連鑄技術的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種高拉速連鑄結晶器的浸入式水口。，通過本技術方案，能夠緩沖鋼液的沖擊能量，增大壁面對鋼液的摩擦力，降低流股的沖擊強度，削弱鋼液對初生凝固坯殼的破壞和對結晶器液面的擾動，促進結晶器內(nèi)坯殼的均勻合理生長。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，包括有側壁和封底，所述側壁的外表面上設置有渣線，所述封底封裝在側壁下端上，所述側壁圍成具有垂直方向上開口的內(nèi)腔，靠近封底上方的側壁上開設有一個以上的側孔，所述側孔與側壁內(nèi)腔相連通，所述側壁內(nèi)腔底部側壁內(nèi)腔底部上表面低于任意一個側孔下沿，使側壁內(nèi)腔底部形成凹型，鋼液經(jīng)側壁內(nèi)腔的上開口流入，沖擊側壁內(nèi)腔底部后反彈，并從側壁的側孔中流出。

所述側壁內(nèi)腔底部上表面水平方向設置有橫直交錯的波浪形凹槽。所述側壁上的側孔孔壁設置成高低起伏的波浪形曲面。所述側壁構成的外表面和側壁內(nèi)腔構成的內(nèi)表面的截面形狀分別為圓形、帶有倒角的矩形或前后面為平面、左右兩側為弧面的馬鞍型。所述位于側壁上的側孔中心線與水平面間的夾角為-25° 15°。本發(fā)明在工作時，所述側壁內(nèi)腔底部上表面水平方向設置的橫直交錯的波浪形凹槽，能夠吸收鋼液對底部的沖擊，從而有效的降低了高速流動的鋼液的沖擊動能，同時減輕了鋼液對結晶器液面和初生凝固坯殼的干擾；在所述側孔四周的壁面設置成高低起伏的波浪形曲面，這種波浪形曲面相對于平面而言，能夠大幅度的增加側孔的表面積，使得鋼液與側孔的接觸面積增大，當鋼液流過側孔壁面時，側孔壁面會對鋼液產(chǎn)生反向摩擦力，從而進一步消耗了鋼液的動能，達到了對高速流動鋼液的阻尼作用，降低了鋼液的沖擊強度和速度，更好的適用于高拉速澆注的要求。采用上述技術方案后的有益效果是一種高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，通過本技術方案，(I)側壁內(nèi)腔底部能夠有效的緩沖鋼液的速度，大幅度耗散鋼液的動能，減輕高拉速時鋼液的沖擊力度，降低鋼液對結晶器壁面處坯殼的撞擊和對液面的干擾，避免液面過大波動和卷渣出現(xiàn)，同時，降低鋼液沖擊深度，提高了鑄坯內(nèi)部質量，并有利于非金屬夾雜物和氣泡的上?。?2)側孔四周壁面上的波浪形曲面，可以加大鋼液與側孔壁面的接觸面積，增大壁面對鋼液的反向摩擦力，是鋼液在側孔周圍產(chǎn)生更多的低流速附面層，降低鋼液的流動速度和強度，避免了鋼液對初生凝固坯殼的沖擊破壞和對液面保護渣的過渡擾動，非常有利于鑄坯表面質量和內(nèi)部質量的改善。


圖I為本發(fā)明雙側孔實施例剖視示意圖。圖2為圖I的側視剖視圖。圖3為圖I的A-A向剖視圖。圖4為圖I的B-B向剖視圖。圖5為本發(fā)明中側孔示意圖。
圖6為本發(fā)明四側孔實施例剖視示意圖。圖7為圖6的C-C向剖視圖。圖中，I側壁、2封底、3渣線、4內(nèi)腔、5側孔、6波浪形凹槽、7波浪形曲面。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明。如圖I-圖7所示，本發(fā)明涉及的高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，包括有側壁I和封底2，所述側壁I的外表面上設置有渣線3 ;所述封底2封裝在側壁I下端上，所述側壁I圍成具有垂直方向上開口的內(nèi)腔4，靠近封底2上方的側壁I上開設有二個或四個側孔5，所述側孔5與側壁I內(nèi)腔4相連通，所述側壁I內(nèi)腔4的底部上表面低于任意一個側孔5 下沿，使側壁I內(nèi)腔4的底部形成凹型，鋼液經(jīng)側壁I內(nèi)腔4的上開口流入，沖擊側壁I內(nèi)腔4的底部后反彈，并從側壁I的側孔5中流出。所述側壁I內(nèi)腔4的底部上表面水平方向設置有橫直交錯的波浪形凹槽6。所述側壁I上的側孔5孔壁設置成高低起伏的波浪形曲面7。所述側壁I構成的外表面和側壁I內(nèi)腔4構成的內(nèi)表面的截面形狀分別為為圓形、帶有倒角的矩形或前后面為平面、左右兩側為弧面的馬鞍型。所述位于側壁I上的側孔5中心線與水平面間的夾角為-25° 15°。所述渣線3深度為10 25mm，高度為100 160mm，渣線3下端離水口底部2下表面距離為30 IOOmm ;在實際應用中，側壁I和封底2 —般是由鋁碳質或石英質耐火材料通過等靜壓成形，渣線3采用耐渣侵蝕性較好的氧化鋯復合材料，這種配料和制造工藝在現(xiàn)場應用普遍；所述側壁I上開有側孔5，所述側孔5可以為兩個，也可以為四個，并且所有側孔5大小形狀相同，相鄰兩側孔5之間的橫向距離相等，相對的兩側孔5沿水口中心線呈軸對稱。所述側孔5的形狀可以為倒角方形、橢圓形、圓形或上下為半圓中間為方形的組合形狀，所述側孔5中心線與水平面呈-25° 15°的傾角。所述側壁內(nèi)腔底部上表面離側孔5的下沿距離為10 40mm，所述側壁內(nèi)腔底部上表面上開鑿了縱橫交錯的波浪形凹槽6，所述波浪形凹槽6寬度為2 5mm，長度貫穿整個底部上表面，到側壁I的內(nèi)表面止，所述波谷到側壁內(nèi)腔底部上表面的深度為2 10mm，波峰到側壁內(nèi)腔底部上表面的高度為I 2_，相鄰波谷和相鄰波峰之間間距相等，波谷和波峰之間均是以弧形面連接。縱向和橫向的波浪形凹槽6都是呈等間距分布，縱向和橫向相鄰兩波浪形凹槽6的間距均為3 8mm。據(jù)估算，相對于平面，縱橫交錯的波浪形凹槽6可使水口底部表面增大2-4倍。所述側孔5四周為波浪形曲面7，所述波浪形曲面7的波峰與波谷之間以圓滑的弧面相連，二者高度落差為4 10mm。所述波浪形曲面7的相鄰波峰和相鄰波谷之間均是等間距分布，距離范圍為5 15mm，據(jù)估算，相對于平面，波浪形曲面7可使水口側孔四周壁面面積增大I. 5-2. 5倍。實施例I
澆注拉速為I. 5m/min的板坯時，可以采用如圖I和圖2所示的雙側孔實施例，在進行澆注時，所述側壁I和內(nèi)腔4的橫截面均是圓形。所述封底2上表面以上20mm處的側壁I上設置兩個大小形狀相同的側孔5，兩側孔5沿水口內(nèi)腔4的中心線呈軸對稱，側孔5中心線與水平面呈-15°的傾角；所述封底2上表面設置了縱橫交錯的波浪形凹槽6，所述波浪形凹槽6寬度為5mm，波谷到側壁內(nèi)腔底部的深度為6mm，波峰到側壁內(nèi)腔底部的高度為2_，相鄰列和排的間距均為6_，所述側孔5四周設置成波浪形曲面7，所述波浪形曲面7的波谷與波峰高度差為8mm，相鄰的波谷和波峰之間的間距均為IOmm ;采用該水口澆注時，鋼液從內(nèi)腔4的上開口進入，并先沖擊水口封底2上表面，鋼液經(jīng)過封底3上表面的波浪形凹槽6的緩沖，動能大量耗散，然后從側孔5流出，由于側孔5的波浪形曲面7對鋼液產(chǎn)生反向作用力，因此鋼液沖擊強度進一步削弱，從而降低的高速鋼液對結晶器液面和坯殼的沖擊，并有利于夾雜物和氣泡的上浮，保證了良好的鑄坯質量。實施例2
澆注拉速為2m/min大方坯時，可以采用如圖6所示的四側孔實施例進行澆注，所述側壁I和內(nèi)腔3的橫截面設置成圓形。所述浸入式水口的封底2上表面以上20mm處的側壁I上設置四個大小形狀相同的側孔5，相鄰兩側孔5橫向間距相等，相對兩側孔5沿水口內(nèi)腔4的中心線呈軸對稱，側孔5中心線與水平面呈-15°的傾角；所述封底2上表面設置了縱橫交錯的波浪形凹槽6，所述波浪形凹槽6寬度為6mm，波谷到側壁內(nèi)腔底部的深度5mm， 波峰到側壁內(nèi)腔底部的高度為1_，相鄰列和排的間距均為6_ ;所述側孔5四周設置成波浪形曲面7，所述波浪形曲面7的波谷與波峰高度差為6mm，相鄰的波谷和波峰之間的間距均為8mm ;采用該水口澆注時，鋼液從內(nèi)腔4的上開口進入，并先沖擊封底2的上表面，經(jīng)過波浪形凹槽6后，鋼液沖擊能量減少，速度降低，然后從側孔5流出，由于側孔5四周的波浪形曲面7對鋼液的摩擦阻力加大，因此鋼液的沖擊強度和速度進一步降低，這樣可顯著減少液面擾動和坯殼的重熔，有利于夾雜和氣泡的出去，提高了鑄坯的最終質量。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，包括有側壁和封底，所述側壁的外表面上設置有渣線，所述封底封裝在側壁下端上，所述側壁圍成具有垂直方向上開口的內(nèi)腔，其特征在于，靠近封底上方的側壁上開設有一個以上的側孔，所述側孔與側壁內(nèi)腔相連通，所述側壁內(nèi)腔底部上表面低于任意一個側孔下沿，使側壁內(nèi)腔底部形成凹型，鋼液經(jīng)側壁內(nèi)腔的上開口流入，沖擊側壁內(nèi)腔底部后反彈，并從側壁的側孔中流出。
2.根據(jù)權利要求I所述的高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，其特征在于，所述側壁內(nèi)腔底部上表面水平方向設置有橫直交錯的波浪形凹槽。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，其特征在于，所述側壁上的側孔孔壁設置成高低起伏的波浪形曲面。
4.根據(jù)權利要求1-3所述的高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，其特征在于，所述側壁構成的外表面和側壁內(nèi)腔構成的內(nèi)表面的截面形狀分別為為圓形、帶有倒角的矩形或前后面為平面、左右兩側為弧面的馬鞍型。
5.根據(jù)權利要求I所述的高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，其特征在于，所述位于側壁上的側孔中心線與水平面間的夾角為-25° 15°。
全文摘要
本發(fā)明涉及的高拉速連鑄結晶器的浸入式水口，包括有側壁和封底，所述側壁的外表面上設置有渣線，所述封底封裝在側壁下端上，所述側壁圍成具有垂直方向上開口的內(nèi)腔，靠近封底上方的側壁上開設有一個以上的側孔，所述側孔與側壁內(nèi)腔相連通，所述側壁內(nèi)腔底部上表面低于任意一個側孔下沿，使側壁內(nèi)腔底部形成凹型，鋼液經(jīng)側壁內(nèi)腔的上開口流入，沖擊側壁內(nèi)腔底部后反彈，并從側壁的側孔中流出；通過本技術方案，側壁內(nèi)腔底部能夠有效的緩沖鋼液的速度，大幅度耗散鋼液的動能，減輕高拉速時鋼液的沖擊力度，降低鋼液對結晶器壁面處坯殼的撞擊和對液面的干擾，避免液面過大波動和卷渣出現(xiàn)。
文檔編號B22D11/10GK102764865SQ201210212118
公開日2012年11月7日 申請日期2012年6月26日 優(yōu)先權日2012年6月26日
發(fā)明者幸偉, 徐永斌, 徐海倫, 青雪梅, 馬春武 申請人:中冶南方工程技術有限公司