CN1671497A - 铸造喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种铸造喷嘴,在这种喷嘴中,可以防止氧化铝或类似物的固定和沉积,同时能够防止钢水的偏流。本发明的铸造喷嘴的特征在于:所述铸造喷嘴具有一个钢水流动孔部分,其中,设置多个独立的凸起部分和/或凹入部分,以便凸起部分和/或凹入部分中的每一个均具有满足以下公式(1)H≥2mm和公式(2)L>2×Hmm的尺寸,其中,“H”表示凸起部分的最大高度或凹入部分的最大深度,并且“L”表示凸起部分或凹入部分的基部的最大长度。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造喷嘴,其主要涉及一种用于连续铸造钢的喷嘴,如浸入喷嘴,长喷嘴等。
背景技术
浸入喷嘴,长喷嘴,中间包喷嘴,半浸入喷嘴等等均已知为用于连续对钢进行铸造的喷嘴。
作为用于连续对钢进行铸造的例子,将对“浸入喷嘴”进行说明。使用浸入喷嘴的目的在于使中间包和模具分别密封,从而防止钢水的再次氧化,并控制钢水流出浸入喷嘴的排放孔的液流,均匀将钢水供给至模具内,以能够获得操作稳定性并提高铸造件的质量。
作为用于控制通过浸入喷嘴将钢水供给至模具内的钢水的流速的方法,已知采用了止动件的方法或滑动板的方法。特别是,在滑动板方法中,使用了一组两块或三块具有孔的板,以便使具有孔的板中的一块滑动,从而能够根据孔的孔径调节流速。因此,如果孔径较小,则易于在浸入喷嘴中出现偏流。如果在浸入喷嘴中出现所述偏流,则流出每一排放孔的流速不均匀,以致在模具中出现偏流,从而会降低铸造件的质量。
为了提高铸造件的质量,防止浸入喷嘴中的偏流是重要的。作为一种在浸入喷嘴中防止偏流的技术,已知采用了改善喷嘴的内孔部分形状的方法。例如,如在专利文献1和2的“浸入喷嘴”以及专利文献3的“连续铸造浸入喷嘴”中描述的那样,已提出“设置环状凸起”,其中,专利文献1的浸入喷嘴具有设有多个台阶部分的钢水流动孔;专利文献2的浸入喷嘴具有一个钢水导引部分,该部分设有一个节流部分,以便将从节流部分至排放孔的范围用作流速减缓区;专利文献3的连续铸造浸入喷嘴具有四个或更多的波纹状起伏部分,每一起伏部分的形状类似圆环状并沿钢水的流动方向连续设置在喷嘴孔的内表面上,以便起伏部分的相邻顶点之间的距离为4~25cm,并且顶点和相应凹处之间的深度距离为0.3~2cm。如在专利文献4的“铸造喷嘴”和专利文献5的“浸入喷嘴”中描述的那样,还提出“设置螺旋状凸起”,其中,专利文献4的铸造喷嘴具有一个设有多个螺旋状操或凸起的内壁;专利文献5的浸入喷嘴具有一个内壁,该内壁最好设有双螺旋或三螺旋凸起等等。另外,还提出了:“喷嘴(专利文献6),其具有形成于熔融金属流动通道表面的半球状凸凹部分”:“铸造喷嘴(专利文献7),其在喷嘴孔的内表面具有凸起或凹入部分,以便凸起或凹入部分在与钢水的流动方向垂直的方向上是连续的”;以及“浸入管(专利文献8),其具有一个设置在浸入管的自由横截面上的节流环,以减小浸入管的自由横截面,并形成节流环的纵向部分,从而在流出口产生钢水的层流,节流环设置在浸入管中”。
另一方面,当铸造Al脱氧钢或类似物时,主要含有氧化铝的非金属杂质(后面在本说明书中简单地称为“氧化铝”)通常会固定并沉积在浸入喷嘴的钢水流动孔部分的表面(内管表面)上。如果沉积在浸入喷嘴的内管表面上的氧化铝的量较大,则由于氧化铝量的增大会减小喷嘴的内孔部分,降低铸造速度,使排放流体偏流,阻塞喷嘴内孔等,因此,操作不稳定。另外,如果通过钢水液流使沉积的氧化铝部分落下,渗入模具中并固定在固化壳体中,则铸件质量会因大尺寸杂质缺陷而降低。如上所述,“氧化铝在浸入喷嘴的内管表面上的沉积”会对操作和铸件的质量造成不良影响以及降低喷嘴的寿命。这种现象会还发生在如长喷嘴、中间包喷嘴等其它喷嘴中。
作为防止氧化铝沉积在铸造喷嘴中的常规方式,已知可以采用喷射惰性气体的方法。通常,这种方法要从插入喷嘴或滑动板的上侧板或从插入型浸入喷嘴的止动件安装部分喷出惰性气体。当钢水的洁净系数较低时,也可实施直接从浸入喷嘴喷射惰性气体的方法。
为了防止氧化铝沉积在铸造喷嘴上,已建议在喷嘴上施用一种材料(无氧化铝沉积的材料)。例如,已建议在浸入喷嘴的内孔部分中设置含有氮化硼(BN)的材料(专利文献9),BN-C高熔点材料(上面提到的专利文献1)等。还提出了设置Al2O3-SiO2-C材料,Cao-ZrO2-C材料,无碳难熔材料或类似物。
另外,还从铸造喷嘴的内孔部分的形状方面提出了大量的建议。例如,除了上述专利文献1~8以外,还提出了:一种“熔融金属喷射喷嘴(专利文献10)”,这种喷嘴在一部分与钢水碰撞的内壁区域中,沿其内壁的纵向形成多个槽;一种“熔融金属导引管(专利文献11)”,其具有一个设有至少一个螺旋台阶的内壁以及一个其中熔融金属流动路径的截面积在从进入侧至输出侧的范围内逐渐减小的部分;一种“连续铸造浸入喷嘴(专利文献12)”,其具有一个位于铸造浸入喷嘴底部的狭缝状排放孔以及在喷嘴内侧的孔,并且具有的结构为:由各个孔包围的平面部分的形状为椭圆形或矩形,或是由圆弧代替每一矩形较短侧以减小在浸入喷嘴中流动的钢水液流的形状,并且其形成方式应确保:由所述孔包围的平面状部分的每一较长侧的方向垂直于底部中狭缝状排放孔中平面部分的每一较长侧的方向;一种“浸入喷嘴(专利文献13或14)”,其具有一个用于在喷嘴中产生钢水涡流的绞合带状涡旋叶片,并且其形状应确保通过涡旋叶片的下部缩小喷嘴的内径。
[专利文献1]:日本实用新型公开文献No.23091/1995(权利要求1和5)
[专利文献2]:日本专利No.3,050,101(权利要求1)
[专利文献3]:日本专利公开文献No.2699133/1994(权利要求1)
[专利文献4]:日本专利公开文献No.130745/1982(该专利的权利要求范围)
[专利文献5]:日本专利公开文献No.47896/1999(权利要求1和2)
[专利文献6]:日本专利公开文献No.89566/1987(该专利的权利要求范围中的权利要求1)
[专利文献7]:日本实用新型公开文献No.72361/1986(附图2~4)
[专利文献8]:日本专利公开文献No.207568/1987(该专利的权利要求范围中的权利要求1)
[专利文献9]:日本实用新型公开文献No.22913/1984(实用新型注册的权利要求范围)
[专利文献10]:日本专利公开文献No.40670/1988(该专利的权利要求范围中的权利要求1)
[专利文献11]:日本专利公开文献No.41747/1990(该专利的权利要求范围)
[专利文献12]:日本专利公开文献No.285852/1997(权利要求2)
[专利文献13]:日本专利公开文献No.2000-237852(权利要求1)
[专利文献14]:日本专利公开文献No.2000-237854(图1~3)
在注意了喷嘴内孔部分形状的上述常规技术中,由于会产生局部紊流,因此,预料在一定程度上会出现钢水液流的偏流。但是,存在的问题是:“钢水的排放流速分布的偏差”特别容易在排放孔部分发生,即,产生最小流(抽吸流),或者当设置多个排放孔时,在从每个排放孔流出的流量中出现不平衡。
以浸入喷嘴作为一个例子,进行进一步说明。该喷嘴具有将钢水均匀供给至模具内的重要作用。实际上,由于流速控制是建立在滑动阀基础上的,因此,喷嘴中的钢水流会形成偏流。因此,存在的可能性为:其将会导致排放孔中的钢水的偏流,并且,由于其会在模具的内侧产生影响,因此,将导致铸造件质量的降低。除了基于滑动阀的流速控制以外,基于止动件的流速控制以及在钢水排放时在容器中产生的钢水的涡流均会在浸入喷嘴中引发偏流。
通过在常规技术中列举的喷嘴内孔部分的形状,能够一定程度地解决上述问题。特别是在上述专利文献1中披露的“具有多个台阶部分的浸入喷嘴”中,由于钢水通过其中喷嘴的横截面由每一台阶减小的部分,因此,能够以一定程度获得偏流抑制效果。实际使用的台阶的高度为大约5mm。如果台阶的高度更高,虽然能够改善偏流抑制效果,但却存在这样的问题,即:台阶部分的截面面积的减小和管壁的摩擦阻力的增大会限制钢水的通过量(流量)。同样,在上述专利文献6披露的“在熔融金属通过路径的表面具有半球形凸凹部分的喷嘴”中,不能始终满足防止钢水偏流的效果以及抑制氧化铝沉积的效果。
钢水在喷嘴内孔部分中的偏流会导致“钢水在排放孔部分中的偏流”。下面,将参照图1(A)和(B)说明“钢水在排放孔部分中的偏流”。虽然,从排放孔部分(侧孔型)不均匀地排放图1中(A)所示的钢水液流a,但会如附图中所示的实线箭头所示那样偏流。即,产生最小流(抽吸流)。结果,如虚线箭头所示那样,可能会发生夹杂模具粉末的可能性,并且该可能性会导致铸件质量降低。不仅在图1(A)所示的“侧孔型”中,而且在图1(B)所示的“底孔型”直线式浸入喷嘴中,钢水液流a’不能均匀地从排放孔部分(底孔型)流出,以致如由图中实线所示的箭头所表明的那样,在排放孔部分中产生偏流。顺便说一下,图1(A)和(B)是基于分别具有“侧孔型”和“底孔型”的排放孔部分的内管直线式浸入喷嘴10a和10b的“水模式试验(water model experiment)”作出的。即使在使喷嘴内孔部分的形状变为在常规技术中列出的形状的情况下,这种现象仍会发生。该事实已由本发明人进行的“水模式试验”证实。
还存在的问题是:根据在铸造Al脱氧钢或类似物时提供凸起的方法,氧化铝会固定并沉积在设置于浸入喷嘴的钢水流动孔部分中的凸起之间的空间上。如果氧化铝沉积以致在凸起之间的空间填充有氧化铝,则会消除基于设置凸起的效果,从而会损害偏流防止效果。同时,由于减小了内孔部分的有效截面,因此,不能保持预定的流量(单位时间的钢水的通过量)。其缺点在于喷嘴不能工作。
顺便说一下,在喷射惰性气体的方法(其为一种用于防止氧化铝沉积在铸造喷嘴上的常规技术)中,虽然,可预料到氧化铝沉积防止效果,但是,存在的缺点是:喷嘴排放孔的内表面中的熔融损失会因惰性气体的起泡搅动效应而加剧。另外,存在的问题是:由于易于根据所产生的气泡的尺寸、分散性等产生基于气泡的针孔效应,因此,易于产生铸件的缺陷。另一方面,在适于喷嘴的无氧化铝沉积的材料中,虽然可以预想防止氧化铝沉积的效果能达到一定程度,但是,还不能说明能够实现所要求的效果。
发明内容
本发明是考虑了背景技术中的缺陷和问题作出的,本发明的一个目的在于提供一种铸造喷嘴,其中,可能存在由流速控制引起的“从喷嘴内侧至排放孔部分的钢水偏流”,并且,其中,可以阻止氧化铝显著沉积在喷嘴内孔部分的凸起之间的空间上。
为了实现上述目的,即,为了抑制在喷嘴内孔部分中的偏流并防止氧化铝的沉积,本发明第一方面的铸造喷嘴涉及这样一种铸造喷嘴,其具有一个钢水流动孔部分,在该部分中,沿平行以及垂直于钢水流动方向的两个方向设置多个独立的凸起部分和/或凹入部分,其中,所述凸起部分和/或凹入部分中的每一个均具有满足以下公式(1)和(2)的尺寸:
H≥2(单位:mm) …公式(1)
L>2×H(单位:mm) …公式(2)
其中,“H”表示凸起部分的最大高度或凹入部分的最大深度,并且“L”表示凸起部分或凹入部分的基部的最大长度。
根据本发明第一方面的铸造喷嘴,上述凸起部分和/或凹入部分能够在每个部分中产生钢水液流的“紊流”,从而防止钢水液流在钢水流动孔中的停滞和偏流,以便能够防止氧化铝的沉积并特别防止在排放孔部分中的钢水偏流。结果,能够容易地实现连续铸造。另外,在不会夹杂模具粉末的情况下,能够容易地铸造出高质量钢。
本发明的第二~第十二个方面中的每一个方面的铸造喷嘴的特征在于满足以下构成要求。
根据本发明的第二方面,提供了一种在第一方面中限定的铸造喷嘴,其特征在于:上述凸起部分和/或凹入部分中的每一个均应满足以下公式(3):
L≤πD/3(单位:mm) …公式(3)
其中,“L”表示凸起部分或凹入部分的基部的最大长度,而“D”表示在设置凸起部分或凹入部分之前喷嘴的内径(直径)(π:圆的周长与其直径之比)。
根据本发明的第三方面,提供了一种在第一或第二方面中限定的铸造喷嘴,其特征在于:所述凸起部分和/或凹入部分设置成:在设有所述凸起部分和/或凹入部分的范围内的钢水流动路径的内表面面积为设置所述凸起部分和/或凹入部分之前的钢水路径的内表面面积的102~350%。
根据本发明的第四方面,提供了一种在第一~第三方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:所述铸造喷嘴具有这样一个部分,在该部分将所述凸起部分和/或凹入部分设置成锯齿形,以便使其位置至少沿与钢水流动方向垂直的方向移动。
根据本发明的第五方面,提供了一种在第一~第四方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:所述凸起部分和/或凹入部分设置在整个铸造喷嘴的钢水流动孔部分中或设置在该钢水流动孔部分的一部分中。
根据本发明的第六方面,提供了一种在第一~第五方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:将所述凸起部分和/或凹入部分设置成不高于铸造喷嘴的弯月面。
根据本发明的第七方面,提供了一种在第一~第六方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:沿与钢水流动方向平行的方向的所述凸起部分的基部之间的距离不小于20mm。
根据本发明的第八方面,提供了一种在第一~第七方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:每一所述凸起部分的高度为2~20mm。
根据本发明的第九方面,提供了一种在第一~第八方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:设置在钢水流动孔部分中的所述凸起部分的数量不小于4。
根据本发明的第十方面,提供了一种在第一~第九方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:沿与钢水流动方向平行的方向的喷嘴内管和每一所述凸起部分的下端部之间的角度不大于60°。
根据本发明的第十一方面,提供了一种在第一~第十方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:将所述凸起部分模制成与铸造喷嘴的主体形成一体。
根据本发明的第十二方面,提供了一种在第一~第十一方面中任意一项中限定的铸造喷嘴,其特征在于:所述铸造喷嘴为用于连续铸造钢的浸入喷嘴。
附图的简要说明
图1为代表性视图,其解释了钢水在浸入喷嘴的排放孔部分中的偏流。在图1中,(A)为浸入喷嘴的(侧孔型)的代表性视图,其中,该喷嘴具有一根直线状内管,而(B)为浸入喷嘴的(底孔型)的代表性视图,其中,该喷嘴具有一根直线状内管。
图2为显示本发明例子1~8的视图。
图3为显示比较例1~8的视图。
图4为本发明一个实施例(例子1)的浸入喷嘴的剖面透视图。
图5为本发明另一实施例(例子2)的浸入喷嘴的剖面透视图。
图6为解释在水模式试验设备中测量排放流速的位置(1)~(9)的视图。在图6中,(A)为显示所述设备右侧下部的剖面图,(B)显示了在(A)的排放孔表面x中的孔的形状。
图7显示了在比较例1和例子1的每一浸入喷嘴中,在图6的位置(1)~(9)处测得的“排放流速的测量结果”。
图8为沿平行于钢水流动方向的方向竖直剖开的视图,并且其显示了这样一个例子(例子9),其中,凸起部分设置在钢水流动孔部分中。
图9为解释例子10和比较例11和12的浸入喷嘴的视图。在图9中,(A)为平行于钢水流动方向竖直剖开的剖面图,并且其显示了例子10的浸入喷嘴,并且(B)和(C)为平行于钢水流动方向竖直剖开的剖面图,并且其分别显示了比较例11和12的浸入喷嘴。在图9中,(D)显示了在(A)中描述的浸入喷嘴(例子10)中,沿平行于钢水流动方向所示的每一凸起部分的一部分,并且(E)显示了在(C)中描述的浸入喷嘴(比较例12)中,沿平行于钢水流动方向所示的每一凸起部分的一部分。在图9中,(D)和(E)解释了例子10和比较例12中浸入喷嘴的“水模式试验”的结果。
图10显示了在钢水流动孔部分中设置凸起部分的例子。在图10中,(A)显示了例子11的浸入喷嘴,(B)显示了比较例13的浸入喷嘴。在图10中,(C)解释了例子11的“水模式试验的结果”,(D)显示了比较例13的“水模式试验的结果”。
图11显示了设置在例子12~16以及比较例14~18的每一浸入喷嘴中的“每一凸起部分的剖面形状(平行于钢水流动方向剖开的剖面形状)”,其还显示了“恰好在每一凸起之下存在或没有停滞”以及“矫直效果”。
图12显示了在将高度(L)固定至“L=22mm”的情况下,由液流计算软件程序检验的“每一凸起的高度(H)和凸起的基部的长度(L)之间的关系”的结果。在图12中,(A)显示了在H=7mm时计算的例子,(B)显示了在H=11mm时计算的例子,而(C)显示了在H=18mm计算的例子。
图13为设有多个独立凸起的喷嘴的内管的展开图。在图13中,(A)显示了设有球状凸起的例子,(B)显示了设有椭圆形的凸起的例子。
图14为显示设有独立凸起部分的视图。在图14中,(A)显示了在弯月面上方设有独立凸起部分的例子,(B)显示了在从弯月面上方的一部分至弯月面下方一部分的范围内设有独立凸起部分的例子,(C)显示了在喷嘴的钢水流动孔部分的整个表面上设置独立凸起部分的例子,(D)显示了在弯月面下方设置独立凸起部分的例子。
(用于实施本发明的最佳形式)
下面,将对本发明的铸造喷嘴的一种形式进行说明。在说明之前,将对本发明的铸造喷嘴进行更详细地说明,其包括由本发明限定的上述公式(1)和(2)的技术含义。
设定凸起部分或凹入部分的最大高度或最大深度(H)以在本发明中的公式(1)中满足“H≥2(mm)”的原因在于获得上面提到的操作效果,即,特别是在凸起部分和/或凹入部分的设置部分(以下也简称为“凹凸部分”),使钢水液流产生“紊流”,以防止钢水液流在钢水流动孔部分停滞或偏流,从而防止氧化铝沉积。如果最大高度或最大深度(H)小于2mm,由于难以在凹凸部分产生钢水液流的“紊流”并且难以获得矫直效果,因此,难以理想地获得氧化铝沉积抑制效果。
特别根据将在后面描述的比较例5,对每一凸起部分的最大高度或最大深度(H)小于2mm时难以获得上述效果的事实加以说明。比较例5为“H=1mm”的喷嘴。如将在后面说明(参见比较例5的行)的图3所示,在该喷嘴的水模式试验中发现了左右排放液流的偏流,并且根据排放孔部分中流速测量的结果,发现最小流(抽吸流)。同样,在实际机器的测试中,沉积在内侧管上的氧化铝的量为“10mm”(参见将在后面说明的图3中“比较例5”的行)。因此,应理解:在“H=1mm”的情况下,不能发现基于设置凸起的效果。
设定基部的最大长度(L)以在本发明中的公式(2)中满足“L>2×H(mm)”的原因在于:(1)能够避免在凸起下的停滞,以及(2)能够避免凸起因与钢水液流碰撞而发生脱落。如果基部的最大长度(L)不大于“2×H”mm,则不良的效果为:难以获得效果(1)和(2),并且难以获得“钢水液流偏流的防止效果”。
为了符合“(1)停滞防止效果”,图12显示了基于流体计算软件程序的“凸起的高度(H)和凸起的基部的长度(L)之间关系”的研究结果。此处显示了一个计算的例子,在这种情况下,使每一凸起的高度(H)变为“(A):H=7mm,(B):H=11mm以及(C):H=18mm”,并将每一凸起的基部的长度(L)固定至“L=22mm”。如从图12可明显得知的那样,在满足“公式(2):L>2×H(mm)”的图12的(A)中,在凸起上以及凸起之下均不能发现停滞部分,而在不满足公式(2)的图12的(B)和(C)中则会发现停滞部分64。即,推测:当凸起的高度(H)和基部的长度(L)之间的关系不满足“L>2×H”,会产生停滞部分64,以致在实际机器中进行铸造时,氧化铝会沉积(固定)在其上。(顺便说一下,在图12中,参考标号61表示一个喷嘴主体(内管侧操作表面);62表示一个凸起部分;而6 3表示流体(钢水液流)计算的结果)。特别根据后面将作说明的例子和比较例,对凸起的高度(H)和基部的长度(L)之间的关系“公式(2):L>2×H(mm)”作更详细的说明。在不满足“公式(2):L>2×H”的关系的每个比较例3,4,6,7和8中,沉积的氧化铝杂质的量为“5-7mm”(参见将在后面说明的图3)。在例子1~8中,能够获得所述量“不大于3mm”的良好结果(参见将在后面说明的图2)。
特别根据将在后面说明的例子和比较例,对“(2)避免凸起脱落”,即,“凸起的强度”进行说明。在满足“公式(2):L>2×H”的每个例子1~8中,在通过实际机器铸造的制品中未发现因与钢水液流的碰撞产生的凸起损坏(脱落)。相反,在每一比较例3,4,6和7中,将会发现凸起的脱落(参见将在后面说明的图3)。每一比较例均不会满足“公式(2):L>2×H”。为了保持凸起的强度,重要的是满足公式“L>2×H”。顺便说一下,在图2(例子1~8)和图3(比较例1~8)中,以“L/H”表示凸起的高度(H)和基部的长度(L)之间的关系。为了满足由本发明限定的“公式(2):L>2×H”,“L/H”必须为大于2的值。
在本发明的铸造喷嘴中,不应特别限制凸起部分和/或凹入部分中每一个的形状,只要凸起部分和/或凹入部分的每一个具有满足公式(1)和(2)的尺寸即可。可以采用如半球状、椭圆形、近似多边形金字塔形状等任意形状,或可以采用这些形状的任意适当的组合。顺便说一下,在本发明中的术语“近似多边形金字塔形状”所指的形状由三或多条线段形成,并具有形状类似于锐角的顶端部分,一个平坦表面或一个弧形表面,该表面带有形状类似于线或曲线的边缘(例如,参见将在后面说明的图2中所示的例子6~8中的“凸起形状”)。
本发明的铸造喷嘴的特征在于:设有满足公式(1)和(2)的尺寸。作为其一个最佳实施例,设定每一凹凸部分的基部的最大长度L(mm)不大于设置凹凸部分之前具有内径D(mm)的喷嘴圆周的长度1/3,即满足以下公式(3):
L≤πd/3(单位) …公式(3)
其中,“L”表示每一凸起部分或凹入部分的基部的最大长度,并且“D”表示在设置凸起部分或凹入部分之前的喷嘴的内径(直径)(π:圆的周长与其直径之比)。
根据图13,将对公式(3)的操作和效果作特别说明。图13为设有多个独立凸起的喷嘴的内管的展开图。(A)显示了设有球状凸起的例子(满足公式(3))。(B)显示了设有椭圆形的凸起的例子(不满足公式(3))。透明丙烯喷嘴经受水模式试验。结果,证实由在图13中(A)和(B)中“箭头”表示的流动。
就显示了满足“公式(3):L≤πd/3”的装置的例子的图13(A)而言,来自相邻凸起的倾斜流体恰好顺利地到达一个凸起的下方,从而不会产生停滞部分。相反,在不满足公式(3)的图13(B)的情况下,由于来自相邻凸起的倾斜流体几乎不能恰好顺利地到达一个凸起的下方,因此,恰好会在每一凸起的下方产生停滞部分。
落下的钢水液流与每一凸起碰撞,以致流体的方向会改变,从而产生局部紊流。最初,钢水液流实际上几乎不会恰好到达一个凸起的下方。因此,存在与所述凸起相邻的一个凸起碰撞的钢水液流或存在在凸起之下倾斜的由该凸起导引和转向的液流是重要的。与独立凸起相反,将研究具有常规台阶状结构的喷嘴(参见上述专利文献1)。所述台阶根据类似环状凸起的种类形成。由于钢水液流恰好停滞在环状凸起的下方,因此会产生停滞部分。其一个缺点在于:在使用实际机器时,易于使氧化铝杂质沉积至停滞部分上。必须考虑每一凹凸部分的基部的最大长度(L)以便对这一问题加以改善。本发明人已由水模式试验的结果发现:最好满足“公式(3):L≤πd/3”。顺便说一下,就在薄板连续铸造机器等中使用的椭圆形喷嘴(具有形状类似一般圆的上部以及放大成椭圆或长方形的下部的喷嘴)而言,将“D”设定为内管下部的放大区的最大内径。
根据在本发明的钢水流动孔中设置凹凸部分,与在所述设置之前的参考结构相比,钢水液流路径的内表面面积改变。这样设置后的钢水液流路径的内表面面积为这样设置前的102-350%。优选该比值为105-300%。更为特别的是,该比值为105-207%。如果该比值小于102%,则几乎不能实现以作为本发明特征的设置凸起部分和/或凹入部分为基础的所需效果。如果该比值大于350%,则不理想的是:钢水流动孔的内侧狭窄以致几乎不能保持钢水的充分流速。
在喷嘴的内孔部分中设置凸起部分和/或凹入部分(作为本发明的特征)不受特别限制,但最好为将凸起或凹入部分设置成锯齿形,以便使它们沿与钢水流动方向垂直的方向移动。即,作为本发明中铸造喷嘴的一个最佳实施例,所述铸造喷嘴具有这样一个部分,在该部分中,将凸起部分和/或凹入部分设置锯齿形状,以便使它们至少沿与钢水流动方向垂直的方向移动。
可以将作为本发明特征的凸起部分和/或凹入部分设置在整个喷嘴的钢水流动孔部分或钢水流动孔部分的一部分(例如,从喷嘴排放孔的上端部至该上端部的中央部分的范围)中。设置凸起部分和/或凹入部分的位置不受限制,但是,最好将凸起部分和/或凹入部分设置成不高于弯月面(模具中钢水的表面或液位),即,将它们设置在浸入部分。
下面,将对作为本发明特征的设置凸起部分和/或凹入部分的最佳位置进行说明。本发明人已通过使用图14中所示的浸入喷嘴(A)~(D),进行了水模式试验。作为一个测量项目,通过图6所示的一种方法(参见后面的描述),利用螺旋桨式流量计51测量每一排放孔的流速。结果,在仅将凸起74设置在浸入喷嘴71的弯月面72上方的图14所示的(A)中,在左侧排放孔73的两个流速测量点处发现最小流(抽吸流)。但是,在凸起74不高于弯月面72(即,凸起74设置成达到浸渍部分)的图14中(B)~(D)的每一个中,均未发现最小流。根据所设置的凸起74的位置,从这种实际情况可以得知:最好使凸起74不高于弯月面72,即,最好使凸起72达到浸渍部分。
在本发明中,凸起基部之间的距离E(参见图8)最好沿平行于钢水流动方向的方向(竖直方向),不小于20mm,即,即使最短的距离也不小于20mm。在每一凸起的高度H不大于20mm的范围内,只要能够保持沿与钢水流动方向平行的方向(竖直方向)的凸起之间的距离E不小于20mm,在凸起之间就不会产生停滞部分。因此,在凸起之间不会沉积氧化铝。选择距离E,优选使其不小于25mm,更为理想是不小于30mm。顺便说一下,最好选择每一凸起的高度H(参见图8),使其不大于20mm,以便确保流量(单位时间钢水的通过量)。
在本发明中,最好也在铸造喷嘴的钢水流动孔部分中设置四个或更多凸起部分。如果凸起部分的数量为三个或更少,则不能期待对沿钢水流动孔部分中流动的钢水进行矫直的效果,以致可能易于发生偏流。
在本发明的铸造喷嘴中,当设有高度均不小于2mm(最好为2~20mm)的凸起部分时,最好沿平行于钢水流动方向的方向(即,竖直方向)的“喷嘴内管和每一凸起的下端部之间的角度”,即“每一凸起部分的下端的角度”不大于60°。在本说明书中,上面提到的“喷嘴内管”是指在设置凸起之前的原始内管的壁面,而内管的壁面和每一凸起的下端部之间的角度是指“每一凸起的下端的角度”。
在说明时,“每一凸起的下端的角度”例如等于在图9中(D)或(E)中所示的“θ”。当沿平行于钢水流动方向的方向(即,竖直方向)的每一凸起的下部形状类似于圆弧时,将“每一凸起部分的下端的角度”设定为与圆弧下端部相切的线的角度(参见图11中的例子16中的“θ”)。在“每一凸起的下端的角度”不大于60°的范围内,恰好在每一凸起的下方不会产生停滞部分。因此,恰好在每一凸起的下方均不会沉积氧化铝。流体计算结果的例子如图9中(D)和(E)所示。顺便说一下,图9的(D)显示了“θ:45°”的例子,而图9的(E)则显示了“θ:70°”的例子。如果“每一凸起的下端的角度θ”大于60°,则如图9中的(E)所示,恰好在凸起部分的下方产生停滞部分43。
虽然优选“每一凸起的下端的角度θ”不大于60°,但是,如果如图11中的例子14或15所示,下端部分的高度h(朝向喷嘴内部管件中心的高度h)小于2mm,则可允许角度θ超出该范围。在这种情况下,可以选择恰好正在该区域上方的角度不大于60°。顺便说一下,选择“每一凸起的下端的角度θ”,最好使其不大于50°,不大于40°更为理想,特别优选不大于30°。
最好模制本发明中的凸起,以使其与铸造喷嘴的主体形成一体。由于钢水或钢杂质会渗透至每一凸起部分和主体之间以使凸起部分脱落,因此,除了一体铸造以外,如装配这样的其它方法则是不理想的。
下面,将参照图4和图5对本发明的铸造喷嘴的一个实施例加以说明。图4为本发明一个实施例的浸入喷嘴的剖面透视图,并且其显示了这样一个例子,即,在单级浸入喷嘴20的内孔部分(钢水流动孔部分)22中设置多个椭圆形凸起部分24。图5为本发明另一实施例的浸入喷嘴的剖面透视图,并且其显示了这样一个例子,其中,在直线式浸入喷嘴30的内孔部分(钢水流动孔部分)32中设置多个球形凸起部分34。顺便说一下,在图4和图5中,参考标号21和31表示主体部分;而23和33则表示粉末管部分。另外,L1表示浸入喷嘴的总长度,L2表示内孔部分的总长度,L3表示设置凸起部分之处的长度,L4表示台阶的长度,h表示台阶的高度,以及R表示内孔部分的半径。
可以将喷射惰性气体的常规方法与其中设有椭圆形凸起部分24的上述单级浸入喷嘴20一起使用,或与其中设有球形凸起部分34的上述直线式浸入喷嘴30一起使用。因此,能够改善将惰性气体喷射至氧化铝沉积物上的方法的效果。在本发明中,可包含这种方法的使用。
虽然上面已对本发明适用于图4或5所示的“侧孔型”浸入喷嘴的例子进行了说明,但是,本发明可适用于图1中(B)所示的“底孔型”浸入喷嘴,或可应用于“具有朝排放孔部分减小的喷嘴内径型”浸入喷嘴或“具有朝排放孔部分整平的部分”式的浸入喷嘴。本发明还可适用于以前已知的具有连续台阶的浸入喷嘴。
除了所述浸入喷嘴以外,本发明还可由于各种铸造喷嘴,如长喷嘴,中间包喷嘴,半浸入喷嘴,矫直喷嘴,变量喷嘴,浇包喷嘴,插入式喷嘴,注射喷嘴等等。这些喷嘴在防止粘附在流动孔的内表面上以及矫直流动孔中的液流方面均是有效的。特别是,在具有位置高于钢水液位的排放孔部分的喷嘴中,如果被喷射(所谓钢水散射),则能够分散由排放孔流出的钢水,并且,散射的钢水作为基层金属沉积在周边设备上。其存在的问题是:必须需要劳力除去散射的熔融金属。在将本发明应用于这些问题时,由于上面提到的效果能够减小“熔融金属散射”,因此,能够提高产量。
作为本发明特征的每一“凸起部分和/或凹入部分”的材料均不应受到限制。在本发明中可以使用任意不言而喻的材料。这些材料的例子包括:含碳难熔材料,如Al2O3,MgO-C,Al2O3-MgO-C,Al2O3-SiO2-CCao-ZrO2-C,ZrO2-C等;以及无碳难熔材料,如Al2O3,MgO,尖晶石,Cao-ZrO2等。
<例子>
虽然下面根据本发明的例子和比较例,对本发明进行了特别的说明,但本发明不应受以下的例子1~16限制。
<例1(参见图4)>
在例1中,在单级浸入喷嘴的内孔部分中设有多个椭圆形凸起部分。制造下面的浸入喷嘴(参见上面已说明的图4)。
·浸入喷嘴的形状
:长度(L4)为120mm且高度(h)为5mm的单级浸入喷嘴
:浸入喷嘴的总长度L1=800mm
:内孔部分的总长度L2=770mm
:内孔部分的半径R=40mm
·浸入喷嘴的材料
:主体部分25wt%的石墨,50wt%的Al2O3,25wt%的SiO2
:粉末管部分13wt%的石墨,87wt%的ZrO2
:内孔部分5.5wt%的石墨,94.5wt%的Al2O3
·椭圆形凸起部分
:布置位置在从排放孔的上端部向上的350mm的长度范围内设置椭圆形凸起部分。(L3=350mm)
:54个椭圆形凸起部分
:最大高度8mm
:底部最大长度32mm
:材料与浸入喷嘴的内孔部分的材料相同的低碳材料
在椭圆形凸起部分的布置区中的喷嘴内孔部分的表面面积与椭圆形凸起部分布置之前在该区域中的喷嘴内孔部分的表面面积的增大率为116%。
<比较例1>
在上述例子1中,制造了设有椭圆形凸起部分的浸入喷嘴。将其制造成比较例1的浸入喷嘴(与例子1比较)。
(水模式试验)
利用例子1和比较例1的各个浸入喷嘴,并且进行水模式试验。在水模式试验中,如图6所示,利用螺旋桨式流量计51测量每一个排放孔的排放流速。顺便说一下,图6解释了在水模式试验设备中的排放流速测量点(1)~(9)。在图6中,(A)为显示所述设备的右侧下部的截面图,(B)显示了在(A)的排放孔表面x中的孔的形状的视图。在所述试验中,按照钢水在浸入喷嘴50中通过的量(流量),调节水量以使其等于3(吨/分钟),5(吨/分钟)或7(吨/分钟)。利用两个旋桨式流量计51同步测量从左右排放孔的排放流速。图7显示了排放流速的测量结果。
作为水模式试验的结果,在使用比较例1的单级浸入喷嘴的情况下,当流量为3(吨/分钟)或5(吨/分钟)时,如图7所示,以左右排放孔中每一个的排放流速产生“最小流(抽吸流)”。相反,在比较例1的浸入喷嘴(其中,在单级浸入喷嘴的内孔部分中设置椭圆形凸起部分)中,不会产生最小流,并且减小了在排放流速中的变化。
如果产生最小排放流速,则存在会夹杂进入模具中的模具粉末的危险,并且还会产生在排放孔的周部发生熔化损失的问题。在例子1的浸入喷嘴中,能够消除这种最小流的产生。在比较例1的单级浸入喷嘴中,左右排放孔的排放流速之间的差异较大。另一方面,在例子1的浸入喷嘴中,能够减小该差异,以便能够获得更均匀的排放液流。
<例子2(参见图5)>
在例子2中,在直线式浸入喷嘴的内孔部分中设有多个球形(球状)凸起部分。制造下面的浸入喷嘴(参见上面已说明的图5)。
·浸入喷嘴的形状
:浸入喷嘴具有一直线内管
:浸入喷嘴的总长度L1=900mm
:内孔部分的总长度L2=870mm
:内孔部分的半径R=45mm
·浸入喷嘴的材料
:主体部分25wt%的石墨,50wt%的Al2O3,25wt%的SiO2
:粉末管部分13wt%的石墨,87wt%的ZrO2
·球形(球状)凸起部分
:布置位置在从排放孔上端部向上450mm的长度范围内设置球形凸起部分。(L3=450mm)
:70个球形凸起部分
:最大高度10mm
:底部最大长度27mm
:材料与浸入喷嘴的主体部分的材料相同
在球形凸起部分的布置区中的喷嘴内孔部分的表面面积与球形凸起部分布置之前在该区域中的喷嘴内孔部分的表面面积的增大率为114%。
<比较例2>
在上述例2中,制造了没有球形(球状)凸起部分的浸入喷嘴。将其制造成比较例2的浸入喷嘴(与例子2比较)。
(水模式试验)
利用例子2和比较例2的各个浸入喷嘴,并且以与例子1和比较例1中每一浸入喷嘴相同的方式进行水模式试验。其结果与例子1和比较例1的水模式试验结果相同。
根据图1和2的水模式试验的结果,例子1和2的浸入喷嘴接受实际测试。结果,阻止钢水在模具中偏流,并且防止氧化铝沉积在喷嘴的内孔部分上。证实例子1和2的的浸入喷嘴的效果。
<例子3~8以及比较例3~8(参见图2和3)>
除了例子1和2以及比较例1和2以外,还检验例子(例子3~8以及比较例3~8)。将包括例子1和2以及比较例1和2的例子制成表并且在图2(例子)和图3(比较例)中示出。顺便说一下,除了喷嘴内孔部分的直径(D)以外,使例子3~8以及比较例3~8中每一喷嘴的形状和材料与例子2的形状和材料相同。
在图2和3中,显示了“L/H”以及“πD/L”。如果“L/H”的值为“大于2的值”,则满足“公式(2):“L>2×H”。如果“πD/L”的值为“不小于3的值”,则满足“公式(3):“L≤πd/3”。在图2和3中,所示的每一凸起的形状均为“近似形状”。(由于难以清楚地绘制出“球形”形状以及“椭圆形”,因此,除了比较例3中的球形凸起以外,将这两个形状绘制成相同的形状)。
在图2和3中,“表面面积增大率(%)”是指“在设置凸起之后喷嘴内孔部分的表面面积”与“设置凸起之前喷嘴内孔部分的表面面积”的增大比率。特别是,其意味着在范围为从在最上部(装配部分侧面)的凸起的起始点至在最下部(底部)的凸起端点的区域中的表面面积增大率。
“偏流程度”的计算方式为:在水模式试验中,在从上侧喷嘴(中间包上侧喷嘴)吹出10L/分钟的空气的条件下发现排放水流,以便能够检测排放水流。例如,就比较例2而言,“偏流程度”大。其显示出的状态为:通过由于左侧排放液流以大约45°的角度向下排放并强烈向模具下端蠕变、而右侧排放液流以大约10°的角度向下排放并与强有力地与模具的较短侧碰撞所产生的倒转液流(上升液流),使在模具右侧较短侧面附近的弯月面(在水位附近)鼓起。即,将左右排放液流不均匀的状态称为“偏流”。在列表中,简单地显示了根据左右排放液流的差异的“偏流”。
在图2和3中,以在收集并切断在实际机器中使用的浸入喷嘴之后检测每一凸起的状态的方式计算“凸起强度”。“好”表示基于与钢水液流碰撞,每一凸起均未损坏(脱落)的实际情况。“不好”表示发现至少部分凸起损坏的情况。“氧化铝在内管上的沉积”为收集在实际机器中使用的喷嘴之后沉积的氧化铝的最大厚度的测量结果。通常,当氧化铝的厚度小于大约3mm时,不会出现操作问题。如果氧化铝的厚度大于5mm,则出现的问题是:由于根据沉积状态产生单流,因此,不能保持流量(每一预定时间通过所述管的钢水量)或铸造件质量会降低。
在图2和3中,按如下方式进行“总体评定”。如果“沉积在内管上的氧化铝的量”不大于1mm,则水模式试验的“偏流”和“最小流”以及在实际机器使用中的“凸起强度”根本不会存在问题的情况被评定为“◎”,如果“沉积在内管上的氧化铝的量”为大约3mm,则评定为“○”。与常规喷嘴相比,被评定为“◎”或“○”的喷嘴能够表现出优良的效果。被评定为“×”的喷嘴在水模式试验中的“偏流”和“最小流”以及在用于实际机器的“凸起强度”中的任意一个均会出现问题。由于这一原因,被评定为“×”的喷嘴会导致“沉积在内管上的氧化铝的量”不小于5mm。特别是在比较例3和4中,虽然在水模式试验中的评定中不会出现问题,但是,凸起在实际机器的使用中会脱落,以致引发如同未设置凸起这样的情况。结果,会沉积大量的氧化铝。顺便说一下,作为注解,仅以比较例1的近似形状绘制了设置在直线式内管上的一个台阶的凸起部分。在这种情况下,“基部的最大长度(L)”是指该图中外周的长度,即,该长度等于原来为直线的内管的内周长度。
<例子9以及比较例9和10(参见图8):使用丙烯酸浸入喷嘴的试验例>
参照图8,说明与例子8相比的例子9以及比较例9和10。顺便说一下,图8为沿平行于钢水流动方向的方向竖直剖开的视图。
在内径φ为80mm的丙烯酸浸入喷嘴中设置椭圆形凸起部分82,每一椭圆形凸起部分均具有高度H=10mm,沿垂直于钢水流动方向的方向(水平方向)最大基部长度L5=30mm。进行水模式试验。
在例子9中,沿平行于钢水流动方向的的方向(竖直方向),在凸起部分和凸起部分的基部之间的距离E被设定为20mm。另一方面,在比较例9中,使用了未设置凸起部分82的直线喷嘴。在比较例10中,使用了这样一种喷嘴,其具有以间距E=10mm设置的凸起部分(与例子9类似,H=10mm以及L=30mm的椭圆形凸起部分82)。
在流量等于5钢·T/min的条件下,通过目测观察检查在内孔部分中的水流。结果,在例子9中,水恰好在凸起部分下方流过并且证实没有停滞部分。在比较例10中,水不会恰好在凸起部分下方流过并且具有停滞部分。
随后,测量例子9以及比较例9和10的最大流量。充分打开一个固定至浸入喷嘴的上部的滑动阀,并且调节在用于使水循环的泵附近的流速调节阀,以便使模具中的水位稳定至预定高度(从排放孔的上端向上250mm)。利用浮动式流量计测量这种情况下的流速。结果,在比较例9的直线式喷嘴中,水流达到最大流量:1200L/min。另一方面,在比较例10中,水流达到仅850L/min。相反,在例子9中,水流达到1150L/min,并且略微发现设置凸起部分的影响,但是该影响被抑制至不会影响实际机器操作的程度。这表明:由于保持了H=20mm的必需间距,因此,在例子9中,水恰好在凸起部分下方流过,以能够保持流量,但由于H仅等于10mm,因此,在比较例10中水不会恰好在凸起部分下方流过,以致引起如同内孔直径本身被大大减小的相同状态。顺便说一下,其表明:如果液体不恰好在每一凸起部分下方流动,如在比较例10中所示那样,则在凸起部分之下的部分会起到停滞部分的作用,在实际机器中氧化铝会沉积在该停滞部分上。
<例子10以及比较例11和12(参见图9):使用丙烯酸浸入喷嘴的试验例>
参照图9的(A)~(E)说明例子10以及比较例11和12。顺便说一下,图9的(A)显示了例子10的浸入喷嘴,而图9的(B)和(C)分别显示了比较例11和12的浸入喷嘴。这些附图中的每一附图均为沿与钢水流动方向平行的方向竖直剖视的视图。另外,图9的(D)显示了沿与图9(A)的浸入喷嘴(例子10)中的钢水流动方向平行的方向所示的一段凸起部分的视图,图9的(E)显示了沿与图9(C)中的浸入喷嘴(比较例12)中的钢水流动方向平行的方向所示的一段凸起部分的视图。这些视图为解释例子10以及比较例11和12的浸入喷嘴的“水模式试验”的结果。
参照图9的(A)~(D)对例子10加以说明。在例子10中,在内径φ为80mm的透明丙烯酸浸入喷嘴40a中设置多个停滞部分41a,每一个停滞部分均具有H=10mm的高度以及θ=45°的凸起下端角。如图9的(B)所示,比较例11使用了一个未设置凸起部分的浸入喷嘴(直线喷嘴)40b。如图9的(C)所示,比较例12使用了一个浸入喷嘴40c,其中,设有多个停滞部分41c,每一个凸起部分均具有H=10mm的高度以及θ=70°的凸起下端角。顺便说一下,例子10中的凸起部分41a或比较例12中的凸起部分41c并不是环状连续的,以便在与钢水流动方向垂直的平面上设置四个凸起部分41a或41c,并且沿与钢水流动方向平行的方向设置三级凸起部分41a或41c,即,设置12个凸起部分41a或41c。
(水模式试验)
例子10和比较例11和12的每一个浸入喷嘴均接受“水模式试验”。首先,在流量等于5钢·T/min的条件下,通过目测观察检查在内孔部分中的水流。结果,在例子10的浸入喷嘴40a中,水会恰好平稳地在每一凸起41a的下方流动,以便证实没有停滞部分[参见图9的(D)中的“水流42a”]。相反,在比较例12的浸入喷嘴40c中,水不会恰好在每一凸起部分41c之下顺利流动,以致存在停滞部分43[参见图9的(E)中的“水流42b”]。
随后,测量例子10和比较例11和12的浸入喷嘴的最大流量。充分打开一个安装在浸入喷嘴上部的滑动阀,并且调节在用于循环水的泵附近的流速调节阀,以便使模具中的水位稳定至预定高度(从排放孔的上端向上250mm)。利用浮动式流量计测量在这种情况下的流速。作为测量的结果,在比较例11的浸入喷嘴(直线式喷嘴)40b中,水流达到最大流量:1200L/min。另一方面,在比较例12的浸入喷嘴40c中,水流仅达到1080L/min。相反,在例子10的浸入喷嘴40a中,水流仅达到1170L/min,并且虽然会略微发现设置凸起部分41a的影响,但是,可以将该影响抑制至不会影响实际机器的操作的程度。设想:由于保持了45°的必需凸起下端角,因此,在例10中,水只在凸起部分21a之下流动,以能够保持流量,而由于较大凸起下端角θ为70°,因此,在比较例12中,水不会恰好在凸起部分41c之下流动,以致产生如能充分减小内孔本身直径那样的相同状态。试验证明:如果如比较例12所示,液体不会平稳地恰好在每一凸起部分下方流过,那么恰好在凸起部分之下的部分起到停滞部分的作用,在实际机器中会沉积氧化铝。
<例子11以及比较例13(参见图10):使用丙烯酸浸入喷嘴的试验例>
参照图10的(A)~(D)说明例子11以及比较例13。顺便说一下,图10的(A)显示了例子11的浸入喷嘴,而图9的(B)和显示了比较例13的浸入喷嘴。这些附图中的每一附图均为沿平行于钢水流动方向的方向竖直剖开的视图。另外,图10的(C)为示意图,其用于解释在图10(A)中描述的浸入喷嘴(例11)中的排放液流,图10的(D)为示意图,其用于解释在图10的(B)中描述的浸入喷嘴(比较例13)中的排放液流。
如图10的(A)所示,在例子11中,在内径φ为70mm的透明丙烯酸浸入喷嘴90a中设置多个凸起部分91a,每一个凸起部分均具有H=13mm的高度以及35°的凸起下端角。作为凸起部分91a,设置四级凸起部分,即总共16个凸起部分,以便在与钢水流动方向垂直的平面上设置四个凸起部分。另一方面,如图10的(B)所示,比较例13使用了一个浸入喷嘴90b,在该喷嘴中,设有多个凸起部分91b作为四级凸起部分,每一个凸起部分均具有与例子11相同的竖直剖面形状,但是,在与钢水流动方向垂直的平面上是环状连续的。
(水模式试验)
例子11和比较例13的每一个浸入喷嘴均接受“水模式试验”。如图10的(C)和(D)所示,以使用3块滑动板93并且使三块滑动板93的中间一块滑动板平行于模具较长侧滑动的方式来控制流速,在将流量设定为等于4钢·T/min的条件下,进行水模式试验。另外,从恰好在滑动板93上设置的上侧喷嘴92喷出5L/min的空气,以便易于发现在模具94中的水流96。
在图10的(C)中显示了例子11的结果,并且在图10的(D)中显示了比较例13的结果。简要说明从排放孔排出以及在模具94流动的水流,即排放液流95a和95b。在凸起部分彼此独立的例子11的浸入喷嘴90a中,在模具94中的水流(排放液流95a)大致是均匀的并且是双向对称稳定的。相反,在比较例13的浸入喷嘴90b(其中,每一凸起形状类似环状)中,与左侧排放液流相比,右侧排放液流96b进一步蠕变,即,显然不能消除偏流。因此,证实独立部分最好为环状凸起,每一个凸起在与钢水流动方向垂直的一个平面上均是连续的。
<例子12~16以及比较例14~18(参见图11):使用丙烯酸浸入喷嘴的试验例>
图11显示了设置在例子12~16以及比较例14~18的浸入喷嘴中的“凸起部分的剖面形状(平行于钢水流动方向剖开的剖面形状)”。其中,在例子14和15中的每一个凸起部分所示为这样一个例子,其中,将每一凸起部分的下端部分的高度(朝向喷嘴内管的中心的高度h)设定为1mm。顺便说一下,例子12~16以及比较例14~18中的每一浸入喷嘴均为透明的丙烯酸浸入喷嘴,其具有内径φ为80mm并具有最大高度8mm的凸起部分。
(水模式试验)
例子12~16以及比较例14~18的每一浸入喷嘴均接受“水模式试验”。图11显示了试验的结果。由图11可知,在例子12,13和16的每一浸入喷嘴(其中,“凸起下端角θ”不大于60°)中,恰好在每一凸起部分之下不会发现停滞,从而能够获得良好的矫直效果。即使在例子14和15[其中,将每一凸起部分的下端部的高度(朝向喷嘴内孔中心的高度h)设定为“1mm”]中,发现如果所述高度小于2mm且“凸起下端角度θ”不大于60°,则正好在每一凸起部分下方不会发现停滞,从而能够获得良好的矫直效果。
相反,在比较例14~18的每一浸入喷嘴(其中,“凸起下端角θ”不小于60°”)中,正好在每一凸起部分下方发现停滞,从而不能获得良好的矫直效果。
<工业实用性>
使用本发明的铸造喷嘴允许(1)能够消除喷嘴的钢水流动孔中的偏流,(2)在排放孔部分中的流速分布均匀(以防止最小流的产生),从而能够防止因模具粉末的抽吸所引起的排放孔部分中的熔化损失,(3)能够消除左右模具中的偏流,(4)防止氧化铝在凸起之间的空间上的沉积,以延续设置在喷嘴的钢水流动孔部分中的凸起的效果。结果,能够容易地实现钢的连续铸造。另外,由于不会夹杂模具粉末,因此,能够容易地铸造出高质量的钢。
Claims (12)
1.一种铸造喷嘴,其具有一个钢水流动孔部分,在该部分中,沿平行以及垂直于钢水流动方向的两个方向设置多个独立的凸起部分和/或凹入部分,其中,所述凸起部分和/或凹入部分中的每一个均具有满足以下公式(1)和(2)的尺寸:
H≥2(单位:mm) …公式(1)
L>2×H(单位:mm) …公式(2)
其中,“H”表示凸起部分的最大高度或凹入部分的最大深度,并且“L”表示凸起部分或凹入部分的基部的最大长度。
2.根据权利要求1所述的铸造喷嘴,其中:所述凸起部分和/或凹入部分中的每一个均应满足以下公式(3):
L≤πD/3(单位:mm) …公式(3)
其中,“L”表示凸起部分或凹入部分的基部的最大长度,而“D”表示在设置凸起部分或凹入部分之前喷嘴的内径(直径)(π:圆的周长与其直径之比)。
3.根据权利要求1或2所述的铸造喷嘴,其中:所述凸起部分和/或凹入部分设置成:在设有所述凸起部分和/或凹入部分的范围内的钢水流动路径的内表面面积为设置所述凸起部分和/或凹入部分之前的钢水路径的内表面面积的102~350%。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:所述铸造喷嘴具有这样一个部分,在该部分将所述凸起部分和/或凹入部分设置成锯齿形,以便使其位置至少沿与钢水流动方向垂直的方向移动。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:所述凸起部分和/或凹入部分设置在整个铸造喷嘴的钢水流动孔部分中或设置在该钢水流动孔部分的一部分中。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:将所述凸起部分和/或凹入部分设置成不高于铸造喷嘴的弯月面。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:沿与钢水流动方向平行的方向的所述凸起部分基部之间的距离不小于20mm。
8.根据权利要求1~7中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:每一所述凸起部分的高度为2~20mm。
9.根据权利要求1~8中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:设置在钢水流动孔部分中的所述凸起部分的数量不小于4。
10.根据权利要求1~9中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:沿与钢水流动方向平行的方向的喷嘴内管和每一所述凸起部分的下端部之间的角度不大于60°。
11.根据权利要求1~10中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:将所述凸起部分模制成与铸造喷嘴的主体形成一体。
12.根据权利要求1~11中任意一项所述的铸造喷嘴,其中:所述铸造喷嘴为用于连续铸造钢的浸入喷嘴。
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