CN102764867B - 一种带有搅拌效果的直通型浸入式水口 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁工业连续铸造技术领域，尤其涉及一种带有搅拌效果的方坯和圆坯连铸结晶器用的浸入式水口装置。包括一个上下贯通的管状本体，所述本体限定了一个内腔，所述本体的侧壁外面上套设有渣线，所述本体侧壁内面上设置有连贯的螺旋沟槽。本发明提高了钢液洁净度和力学性能，具有结构简单、效果显著、成本低廉、适于推广的特点。
Description
技术领域
本发明属于钢铁工业连续铸造技术领域，尤其涉及一种带有搅拌效果的方坯和圆坯连铸结晶器用的浸入式水口装置。
背景技术
随着国民经济发展，工业现代化水平不断提高，对高质量钢铁的需求越来越多。钢的连续铸造是将具有一定过热度的液态钢水通过水冷结晶器连续冷却成具有一定形状的坯壳的过程。在连铸过程中，一个非常重要的步骤就是采用由耐火材料制备的浸入式水口装置将中间包内的钢液连续注入结晶器内。现有技术条件下，方坯和圆坯结晶器多采用直通型浸入式水口进行浇注。实际浇注时，钢液在重力作用下从浸入式水口上端的开孔流入，顺着内腔从浸入式水口下端的开孔流进结晶器内。在这种流动方式下，钢液冲击深度很深，而且缺少横向的运动，对铸坯质量有很大危害。为解决浇注时铸坯存在的上述问题，一般采用电磁搅拌技术，即通过电磁力使凝固坯壳中心的钢液产生搅拌力，这样可以打碎正在生长的柱状晶，促进等轴晶的形成，同时，还会使非金属溶质元素更加均匀的分配于铸坯内，减少中心偏析、中心疏松等缺陷。但是，电磁搅拌设备较为复杂，维护费用高，能耗较大，使用成本很高，浇注一般钢种时不轻易使用。为此，不少冶金工作者都在寻求一种更为简单的方式使结晶器内钢液产生搅拌作用，以达到电磁搅拌的效果。
目前公开的文本中有申请号为：99101507.X的中国专利“能使结晶器内钢水自旋转的“X”形浸入式水口”，公开了一种能使结晶器内钢水自旋转的“X”形浸入式水口，其原理是在倒锥形浸入式水口圆筒内腔内设置两块半椭圆导流板，使圆筒内腔和导流板之间形成的两个螺旋形通道，以达到使流体旋转的目的，但是，所述导流板在高温钢液的强烈冲击下很容易损毁，使用寿命相当有限，同时，由于上述水口内的螺旋形通道很短，促使钢液旋转的能力有限，并且，导板以下的水口壁面对旋转钢液有一定的反向摩擦，所以钢液搅拌效果并不理想。
此外，在授权公告号为：CN2390720Y的中国专利“一种变径内螺纹浸入式水口”中，公开了一种变径内螺纹浸入式水口，其特点是在水口圆锥台型的内壁上从上至下分布有1-5个圆柱凹台，凹台之外的水口内壁面设置成内旋凹形或凸形螺纹，该浸入式水口内设置螺纹的目的是延长钢液流距，有利于钢水降温。从分析上也可知道，由于该水口内壁的螺纹分开成几段，并且水口内壁设置多个凹台，水口内径多次出现突变，因此螺纹对钢液几乎没有搅拌效果，更为重要的是，所述水口为双侧开孔，因此竖直内腔内的螺纹即使对钢液有搅拌效果，也很难通过水平方向的侧孔传递至结晶器内。因此，该专利达不到搅拌钢液的效果，也就不能解决上述钢液浇注过程中的各种问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够有效搅拌钢液，提升钢铁产品质量的直通型浸入式水口。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种带有搅拌效果的直通型浸入式水口，包括一个上下贯通的管状本体，所述本体限定了一个内腔，所述本体的侧壁外面上套设有渣线，所述本体侧壁内面上设置有连贯的螺旋沟槽。本发明在直通型浸入式水口本体侧壁内面上开凿了连贯的螺旋沟槽，使从本发明直通型浸入式水口中流出来的钢液产生旋流搅拌效果，从而遏制柱状晶生长，增加等轴晶比例，降低钢液冲击深度，促进夹杂物和气泡上浮，提高了铸坯的内部质量和钢液洁净度。浸入式水口是中间包和结晶器之间的连通装置，其基本功能就是在密闭条件下连续不断的将中间包内的钢液输送至结晶器内，以防止钢水二次氧化、氮化和钢水的飞溅，同时，还起着调节钢水流动状态和注入速度、优化结晶器流场和温度场等重要作用。一般认为，浸入式水口应该使得注流流股能缓和而均匀的冲洗凝固前沿，尽量保持结晶器液面的高温，同时，还能够尽量降低流股的冲击深度而不引起结晶器液面的剧烈翻滚。由于浸入式水口对于提高铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作和防止铸坯表面和内部质量缺陷等方面均有显著的效果，因此在世界各国的连铸机上被广泛应用。直通型浸入式水口本体是耐火材料围成的空心圆柱体，横截面呈圆环形。浸入式水口中间的空心部分称为内腔，内腔表面光滑，也呈圆柱形，是钢液自上而下的流动通道。实际浇注时，钢液在重力作用下从浸入式水口上端的开孔流入，顺着内腔从浸入式水口下端的开孔流进结晶器内。在这种流动方式下，钢液冲击深度很深，而且缺少横向的运动，对铸坯质量有很大危害。在铸坯凝固过程中，从外至内依次形成细小等轴晶、柱状晶和中心等轴晶，其中柱状晶越多，铸坯质量越差。采用直通型水口浇注时，钢液热中心下移，造成铸坯柱状晶较为发达，中心等轴晶明显减少，并且会导致较为严重的中心偏析、中心疏松和中心缩孔等内部质量缺陷，同时，还不利于非金属夹杂物和气泡的上浮，造成钢铁材料加工性能和使用性能的恶化。
本发明有效解决了上述问题，具体有益效果表现在以下三个方面：
（1）在钢液顺着螺旋形沟槽流入结晶器的过程中，产生了较强的旋转搅拌效果，这种搅拌作用力可以打碎铸坯凝固过程中正在生长的柱状晶，促进了等轴晶的形成，强化了铸坯的力学性能。
（2）水口内壁的螺旋形沟槽对钢液产生的搅拌作用还可以促进钢液温度和成分的均匀化，特别是可以促进铸坯凝固过程中容易偏析的溶质元素在铸坯内的散开分布，减轻了铸坯中心偏析、中心疏松和中心缩孔等内部质量缺陷的形成。
（3）上述螺旋形沟槽的旋转搅拌效果还可以抵消部分钢液向下冲击的动能，降低钢液的冲击深度，促进钢液中非金属夹杂物和气泡的上浮，提高钢液洁净度。
作为优选，所述本体侧壁厚度为30～50mm，所述内腔直径为15～40mm，所述螺旋沟槽深度为10～29mm。该结构促使钢液在分流过程中保持稳定。为促使较多的钢液从螺旋形沟槽内流出，所述螺旋形沟槽的深度在10～29mm范围内比较合适，同时，为促使钢液尽量从螺旋形沟槽内流出，所述内腔尺寸应小于常规水口，为保证本发明的使用寿命，所述本体侧壁的厚度应大于常规浸入式水口。
作为优选，所述螺旋沟槽在深度方向的横截面形状为长方形或三角形或梯形。该形状的沟槽和缺口有利于钢液流动的顺畅。
作为优选，螺旋沟槽从本体顶部开口端一直延伸至本体底部出口端。该结构目的在于为钢液提供最长的螺旋通道，使其达到较好的旋转搅拌效果。
本发明具有结构简单、效果显著、成本低廉、适于推广的特点。
附图说明
附图1为本发明的一种带有搅拌效果的直通型浸入式水口结构示意图。
附图2是本发明的带有搅拌效果的直通型浸入式水口A-A向剖视图。
图中：1本体；2渣线；3内腔；4螺旋沟槽；5结晶器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。
实施例1：
参见附图1，一种带有搅拌效果的直通型浸入式水口，包括一个上下贯通的管状本体1，本体1限定了一个内腔3，本体1的侧壁外面上设有渣线2，渣线2深度为10～25mm，高度为100～160mm,其下端离水口末端距离为30～100mm。侧壁内面上从本体顶部开口端至本体底部出口端设置有连贯的螺旋沟槽4，螺旋形沟槽4上表面宽度为20mm，深度为20mm，在深度方向的横截面为三角形，当然，此处的螺旋沟槽也可以为长方形或者梯形，螺旋沟槽4的螺距为50mm，本体1和内腔3的横截面均为圆形，本体1侧壁厚度为40mm，内腔3直径为30mm。此外，在实际应用中，本体1一般是由铝碳质或石英质耐火材料通过等静压成形，渣线2采用耐渣侵蚀性较好的氧化锆复合材料，本体侧壁厚度可以为30～50mm，所述内腔直径可以为15～40mm，所述螺旋沟槽深度可以为10～29mm。
实际浇注时，钢液从螺旋形沟槽4的顶端流入，顺着螺旋形沟槽4流动，并进入结晶器5内，由于螺旋形沟槽4的导流作用，使钢液产生旋转惯性，并在结晶器5内产生旋转搅拌效果，钢液的旋转运动如附图1中螺旋形箭头所示。这种方式可以达到电磁搅拌的效果，强化铸坯的内部质量，提高钢液的纯净度，而成本相对较低。
因此，本发明强化了铸坯的力学性能，促进了钢液温度和成分的均匀化，特别是促进了铸坯凝固过程中容易偏析的溶质元素在铸坯内的散开分布，减轻了铸坯中心偏析、中心疏松和中心缩孔等内部质量缺陷的形成，还可以抵消部分钢液向下冲击的动能，降低钢液的冲击深度，促进钢液中非金属夹杂物和气泡的上浮，提高钢液洁净度。具有结构简单、效果显著、成本低廉、适于推广的特点。
应理解，上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种带有搅拌效果的直通型浸入式水口，包括一个上下贯通的管状本体（1），所述本体（1）限定了一个内腔（3），所述本体（1）的侧壁外面上套设有渣线（2），其特征在于：所述本体（1）侧壁内面上设置有连贯的螺旋沟槽（4）；所述本体（1）侧壁厚度为30～50mm，所述内腔（3）直径为15～40mm，所述螺旋沟槽（4）深度为10～29mm，螺旋形沟槽（4）上表面宽度为20mm，螺旋沟槽（4）的螺距为50mm；所述螺旋沟槽（4）在深度方向的横截面形状为长方形或三角形或梯形。
2.根据权利要求1所述的带有搅拌效果的直通型浸入式水口，其特征在于：螺旋沟槽（4）从本体（1）顶部开口端一直延伸至本体（1）底部出口端。
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