專利名稱：能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“x”形浸入式水口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于連鑄技術(shù)領(lǐng)域。
隨著連鑄技術(shù)的日臻成熟，高效連鑄技術(shù)已成為當(dāng)今世界鋼鐵業(yè)熱點(diǎn)研究課題。高效連鑄技術(shù)是以高拉速為核心，以高質(zhì)量無缺陷連鑄坯生產(chǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率連鑄的系統(tǒng)技術(shù)。由于它比常規(guī)連鑄生產(chǎn)效率高，所以世界各工業(yè)國(guó)家競(jìng)相投資開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。世界著名的鋼鐵冶金設(shè)備制造公司SMS、CONCAST、DANIELI、VEST等都先后推出了自己的高效連鑄結(jié)晶器，連鑄速度幾乎翻了一番。
然而，隨著連鑄速度的提高，通過浸入水口注入結(jié)晶器的鋼水流速和流量都顯著增加，如果控制不當(dāng)就會(huì)造成彎月面處液面波動(dòng)劇烈、沖擊深度加深、夾雜物氣泡不易上浮，帶來卷渣、裂紋等缺陷，所以如何提高鋼水的清潔度，已成為連鑄生產(chǎn)中最為關(guān)心的問題之一。結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動(dòng)方式和狀態(tài)不僅對(duì)夾雜物的行為影響很大，而且對(duì)凝固初期凝固殼的形成和傳熱產(chǎn)生很大的影響，于是能控制鋼水流動(dòng)狀態(tài)的電磁制動(dòng)技術(shù)和能改善鑄坯表面質(zhì)量和內(nèi)部組織，利于夾雜物上浮的電磁攪拌技術(shù)被廣泛采用。
自1950年Janghans的電磁攪拌專利公開以來，人們從試驗(yàn)到應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。它的應(yīng)用是70年代以來連鑄技術(shù)中最重要的成果之一，被公認(rèn)為能改善鑄坯組織利于夾雜物上浮的最先進(jìn)的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是(一)由于結(jié)晶器內(nèi)鋼水的旋轉(zhuǎn)、沖刷凝殼的內(nèi)表面，促使氣體析出，鋼水潔凈致使夾雜物、中心偏析減輕，折斷枝狀臂，增大等軸晶區(qū)、改善了鑄坯組織；(二)可以提高澆注溫度，解決水口堵塞問題，即使鋼水過熱度大，也容易生成等軸晶；(三)改善鑄坯表面溫度和凝殼的不均勻性，控制了坯殼的致密性和尺寸形狀，使表面針孔、皮下氣泡、夾渣、角裂、翻皮等缺陷大大改善或消除。但是，近年來應(yīng)用結(jié)晶器內(nèi)電磁攪拌的實(shí)踐表明，采用浸入式水口和保護(hù)渣澆注的條件下，使用常規(guī)結(jié)晶器攪拌也有一些缺陷。例如由于結(jié)晶器銅壁的屏蔽作用和電磁間隙，結(jié)晶器電磁攪拌器發(fā)出的電磁能只有一小部分轉(zhuǎn)換成鋼水的動(dòng)能，電磁攪拌器功耗大、造價(jià)高、安裝困難；在強(qiáng)旋轉(zhuǎn)條件下，彎月面處的鋼水中心向壁面隆起(中心低，壁面高)，而保護(hù)渣由壁面向中心增厚，導(dǎo)致保護(hù)渣鋪展不勻，易被剝離而卷吸；強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)攪拌容易引起負(fù)偏析，同時(shí)熔融保護(hù)渣嚴(yán)重侵蝕水口，影響使用壽命。
在現(xiàn)有技術(shù)中，提供給生產(chǎn)應(yīng)用的水口種類很多，有雙側(cè)面向水口、喇叭形水口、牛鼻子水口、扁水口等等。但是，這些水口都不具有使結(jié)晶內(nèi)鋼水產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的功能，鋼水在結(jié)晶內(nèi)的流動(dòng)紊亂，直接影響到連鑄坯的質(zhì)量。因此人們都在想辦法設(shè)計(jì)合理的浸入式水口力求改變結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流動(dòng)狀態(tài)。例如在使用弧形連鑄機(jī)時(shí)，在鑄坯的內(nèi)弧面上聚集著夾雜物，這種夾雜物的聚集是由于從水口流鋼孔流出的鋼水流所造成的下降流在這部位比較弱而發(fā)生的，尼崎鋼鐵廠在連鑄240×240mm方坯時(shí)，浸入式水口底上開出一個(gè)傾斜的流鋼孔，由于這個(gè)傾斜流鋼孔的作用，使鑄坯內(nèi)弧部分的鋼水下降流加強(qiáng)，從而改善了夾雜物的聚集狀態(tài)。為了適應(yīng)薄板坯連鑄，蒂森公司通過實(shí)驗(yàn)室水模型研究，提出一種外形尺寸為75×100mm，壁厚為17.5mm的浸入式水口，兩側(cè)孔的橫側(cè)面為20×50mm，向上傾角20°。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，鋼水從浸入式水口流出時(shí)，向窄面產(chǎn)生強(qiáng)烈的噴射現(xiàn)象，造成在結(jié)晶器銅壁上凝積，后來在浸入式水口鋼水出口的上方增設(shè)“V”形防噴射檔板，鋼水不再濺到結(jié)晶器銅壁上，改善了操作條件。
總之，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高連鑄坯的質(zhì)量，需要配備電磁攪拌裝置，不僅消耗大量的能源，而且還要增加設(shè)備投資。
鋼水是通過浸入式水口從中間包流入結(jié)晶器的，不能把它僅僅看做是一個(gè)防止鋼水與空氣接觸(防止氧化)的導(dǎo)流裝置，它在連鑄過程中起著控制鋼水在結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)和溫度場(chǎng)的作用，影響著鋼水中夾雜物的分布、卷渣及液面的穩(wěn)定，還影響著凝固初期凝固殼的形成。它受澆注速度、水口形狀、出口傾角、浸入深度和結(jié)晶器內(nèi)腔結(jié)構(gòu)等多方面因素影響，其中最主要的是水口結(jié)構(gòu)，尤其是出口部分的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的在于提供一種能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口，這種水口結(jié)構(gòu)新穎、成本低，性能好，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于依靠鋼水本身具有的動(dòng)能驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器內(nèi)的鋼水自旋轉(zhuǎn)，具有結(jié)晶器內(nèi)電磁攪拌的功能，減少設(shè)備投資，節(jié)省能耗。
這種能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口，其特征是在倒錐形圓筒(1)內(nèi)腔的下部設(shè)置等交叉的兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(2、3)，由倒錐形圓筒內(nèi)腔(1)和等交叉兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(2、3)的上下平面所圍成的空間，形成流暢的兩個(gè)螺旋形導(dǎo)流通道，兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(2、3)與液面的夾角相等均為α,α的角度為25°-45°，該水口可以通過等徑壓壓制方法一次成型。
附圖及實(shí)施例
圖1、能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口結(jié)構(gòu)2、能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口內(nèi)腔結(jié)構(gòu)3、能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口局部放大三視4、圓坯、方坯、矩形坯、板坯和異形坯連鑄時(shí)，水口旋向布置示意圖附圖1公開的是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(見圖1、圖2、圖3)，把耐火材料和粘接劑混合均勻，裝入由上內(nèi)模、下內(nèi)模和外模組成的模具內(nèi)，通過等徑壓壓制，使倒錐形的圓筒和等交叉的兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(即“X”形)壓制成整體結(jié)構(gòu)。它結(jié)構(gòu)合理可靠，整體性強(qiáng)。由倒錐形圓筒內(nèi)腔和等交叉兩塊半橢圓形導(dǎo)流板上下平面圍成的空間所形成的兩個(gè)螺旋形導(dǎo)流通道，可使鋼水螺旋流動(dòng)。從螺旋導(dǎo)流通道流出進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)的鋼水自始至終具有旋轉(zhuǎn)流動(dòng)動(dòng)能，所以連續(xù)澆鑄時(shí)從兩個(gè)螺旋導(dǎo)流通道流出的鋼水連續(xù)不斷地把旋轉(zhuǎn)流動(dòng)動(dòng)能提供給結(jié)晶器內(nèi)的鋼水，驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器內(nèi)鋼水旋轉(zhuǎn)。在穩(wěn)定澆鑄情況下，鋼水連續(xù)注入結(jié)晶器，結(jié)晶器內(nèi)的鋼水處于穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)?？紤]到鋼水的粘性阻尼，該水口出口附近區(qū)域旋轉(zhuǎn)速度高，距離出口較遠(yuǎn)區(qū)域鋼水旋轉(zhuǎn)速度低。在旋轉(zhuǎn)速度較高的區(qū)域-漩渦區(qū)，由于向心力的作用，夾雜物、氣泡向渦心聚集并迅速上浮，之后被保護(hù)渣吸附，或用機(jī)械方式撈出；在旋轉(zhuǎn)速度較低的區(qū)域——弱攪拌區(qū)，鋼水凝殼成型，不會(huì)引起強(qiáng)烈攪拌而產(chǎn)生負(fù)偏析。鋼水的旋轉(zhuǎn)折斷枝晶臂，增大等軸晶區(qū)而改善凝固組織，有效地減輕中心偏析。
本發(fā)明公開的這種浸入式水口同結(jié)晶器內(nèi)電磁攪拌連鑄一樣，最適合于圓坯、方坯或接近于方坯的矩形坯連鑄，也可以對(duì)厚板坯和異形坯實(shí)行多水口澆注。在多水口澆注時(shí)應(yīng)注意水口旋轉(zhuǎn)方向的布置(見圖4)這種能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口具有如下優(yōu)點(diǎn)1、“X”形浸入式水口依靠鋼水本來所具有的動(dòng)能，通過兩塊半橢圓形導(dǎo)流板的上、下平面與倒錐形圓筒內(nèi)腔圍成的螺旋形導(dǎo)流通道的導(dǎo)向作用，使結(jié)晶器內(nèi)的鋼水旋轉(zhuǎn)，與電磁攪拌相比沒有能源消耗，要想加快鋼水的旋轉(zhuǎn)速度，只要抬高中間包的位置或增加中間包鋼水液面高度，加大鋼水的流動(dòng)勢(shì)能即可。
2、由于漩渦區(qū)鋼水旋轉(zhuǎn)速度高，利于夾雜物、氣泡聚集升浮，弱攪拌區(qū)旋轉(zhuǎn)速度低，利于凝殼形成，與電磁攪拌相比不會(huì)引起負(fù)偏析。
3、由于“X”形導(dǎo)流板把鋼水的垂直流動(dòng)轉(zhuǎn)換成螺旋運(yùn)動(dòng)，有效地抑制了注流的沖擊深度，有利于夾雜物、氣泡的上浮和凝殼的形成。
4、因?yàn)榻胧剿诒旧硪鰹楸Ｗo(hù)鋼液二次氧化的導(dǎo)流裝置使用，所以與電磁攪拌的高額投資相比，投資小不足其百分之一。
5、同電磁攪拌一樣，鋼水的旋轉(zhuǎn)折斷枝晶臂，增大等軸晶區(qū)而改善凝固組織，有效地減輕中心偏析。
權(quán)利要求
1.一種能使結(jié)晶內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口，其特征在于在倒錐形圓筒內(nèi)腔(1)的下部，設(shè)置等交叉的兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(2、3)，由倒錐形圓筒內(nèi)腔(1)和等交叉兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(2、3)的上下平面所圍成的空間，形成流暢的兩個(gè)螺旋形導(dǎo)流通道，兩塊橢圓形導(dǎo)流板與液面的夾角相等均為α,α的角度為25°-45°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述“X”形浸入式水口，其特征在于該水口可以用等徑壓壓制方法成型。
全文摘要
本發(fā)明屬于連鑄技術(shù)領(lǐng)域。這種能使結(jié)晶器內(nèi)鋼水自旋轉(zhuǎn)的“X”形浸入式水口,其特征是:在倒錐形圓筒內(nèi)腔(1)的下部,設(shè)置等交叉的兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(2、3),倒錐形圓筒內(nèi)腔(1)和等交叉兩塊半橢圓形導(dǎo)流板(2、3)的上下平面所圍成的空間,形成流暢的兩個(gè)螺旋形導(dǎo)流通道,兩塊橢圓形導(dǎo)流板(2、3)與液面的夾角相等均為α,α的角度為25°—45°。該發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎、成本低、性能好,其最大的優(yōu)點(diǎn)在于依靠鋼水本身所具有的流動(dòng)動(dòng)能驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器內(nèi)鋼水旋轉(zhuǎn),具有結(jié)晶器內(nèi)電磁攪拌功能,減少設(shè)備投資,節(jié)省能耗。
文檔編號(hào)B22D11/10GK1223918SQ9910150
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1999年1月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月1日
發(fā)明者劉才, 崔小朝 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)