專利名稱：一種捕獲連鑄夾雜物的方法及其新型浸入式水口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及金屬的凝固與連續(xù)鑄造領域，特別涉及一種捕獲連鑄夾雜物的方法及其新型浸入式水口。
背景技術：
隨著冶金技術的不斷進步，國民經(jīng)濟發(fā)展對鋼鐵產(chǎn)品的高強度、高韌性以及使用壽命的要求越來越高。特別是汽車、高速火車、鋼索橋等對鋼材疲勞壽命的要求提高，對鋼材中夾雜物的控制越來越嚴格，鋼中夾雜物的總量(通常用全氧含量表示)已由過去的幾十個ppm、十幾個ppm減少到幾個ppm，鋼材的使用壽命和安全性能得到提高。目前，鋼鐵生產(chǎn)流程中，夾雜物的去除主要依靠鋼包精煉來完成，如通過鋼包吹氬攪拌、LF精煉爐、真空精煉爐等有效去除鋼中脫氧產(chǎn)物和夾雜物。在隨后的鋼水從大包到中間包的過程，一般都是增加污染的過程，因此進行合理的中間包設計也是去除夾雜物的一個重要方面。在鋼水進入結晶器后，有效去除結晶器內(nèi)鋼水中的夾雜物，是減少鋼中夾雜物總量的最后一個環(huán)節(jié)。在現(xiàn)有的技術中，在結晶器內(nèi)的鋼水中去除夾雜物，一般都是通過優(yōu)化浸入式水口設計來完成。優(yōu)化設計后的浸入式水口可以有效促進鋼水中夾雜物的上浮， 并被覆蓋在鋼液表面的保護渣吸附、去除。中國實用新型專利ZL03211455. 9(公開號C擬607214Y)公開了一種‘連鑄結晶器浸入式水口，，系連鑄大方坯多孔浸入式水口，其目的是通過不同形狀和角度的水口側(cè)出孔設計，以達到減緩水口注流的動能及注流對結晶器壁的沖擊，在提高結晶器使用壽命的同時，減少對結晶器內(nèi)鋼液面的擾動，穩(wěn)定結晶器內(nèi)流場、有效促進夾雜物上浮。中國外觀設計專利ZL03351513. 1 (公開號CN3383817)則提供了一種‘浸入式水口’的外觀設計。上述兩種浸入式水口的設計和功能與目前冶金企業(yè)通用的浸入式水口相同，一般都是通過浸入式水口以及水口側(cè)出孔的形狀設計達到鋼水的導入、減少液面擾動、 促進夾雜物上浮等功效。因此，這類水口的底部一般都是平的，而且水口底部到水口側(cè)出孔底部的距離較短，一般為30-60mm。較短的水口底部設計只是起到結構和支撐的作用。在現(xiàn)有的浸入式水口裝置中，對浸入式水口本身黏附和去除夾雜物的能力考慮不夠或沒有考慮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種捕獲連鑄夾雜物的方法及其新型浸入式水口。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案本發(fā)明的第一方面，是提供了一種捕獲連鑄夾雜物的方法使用一個具有捕獲連鑄夾雜物功能的新型浸入式水口(1)，該浸入式水口由上下兩部分組成水口上部( 有水口側(cè)出孔(5)，具有常規(guī)鋼水導流功能；水口上部( 增加一個緊密相連的水口下部(3)，該水口下部C3)具有捕獲夾雜物功能，使得旋轉(zhuǎn)鋼水中的夾雜物被水口下部C3)捕獲并聚集在水口下部(3)的外表面(9)，起到有效去鋼水中除夾雜物的作用。
浸入式水口中L/h = 2. 5-15，其中h為水口側(cè)出孔(5)的下沿到水口上部O)的下沿線(7)的距離，L為水口上部⑵的下沿線(7)到水口下部(3)下端的長度。在水口下部(3)的外表面涂覆含氧化鈣的涂層，用于吸附鋼水中的氧化鋁、氧化硅夾雜，形成氧化鈣和氧化鋁、氧化鈣和氧化硅的復合夾雜。所述含氧化鈣的涂層為厚度l-3mm、材質(zhì)為氧化鈣、或氧化鈣加氧化鎂、或氧化鈣加氧化硅的涂層。本發(fā)明的第二方面，是提供一種帶有捕獲連鑄夾雜物功能的新型浸入式水口(1)， 它由上下兩部分組成水口上部( 有水口側(cè)出孔(5)，具有常規(guī)鋼水導流功能；水口上部 (2)增加一個緊密相連的水口下部(3)，該水口下部C3)具有捕獲夾雜物功能，使得旋轉(zhuǎn)鋼水中的夾雜物被水口下部(3)捕獲并聚集在水口下部(3)的外表面(9)，起到有效去鋼水中除夾雜物的作用。浸入式水口中L/h = 2. 5-15，其中h為水口側(cè)出孔(5)的下沿到水口上部O)的下沿線7的距離，L為水口上部⑵的下沿線(7)到水口下部(3)下端的長度。水口上部( 和水口下部C3)是一個整體式或兩者連接的組合式；兩者的材質(zhì)為相同或不同。水口上部O)與水口下部(3)的連接是固定連接或可拆卸連接。水口下部(3)是與水口上部⑵相同的柱狀或上大下小的臺狀。水口下部(3)的底部是內(nèi)凹的空心結構(8)。水口下部(3)的外表面(9)是光滑的或帶凸起的塊狀或溝槽狀。在使用時，浸入式水口(1)插入鋼水中的深度是保持水口的鋼水側(cè)出孔(5)的上沿到鋼水液面(6)的距離H為50-150mm, L為50-300mm, h為20_80mm。水口上部O)中水口側(cè)出孔(5)為兩個或兩個以上；在俯視方向上，水口側(cè)出孔 (5)的中心線與水口的中心線成值為0-35°的夾角α ；在垂直方向上，水口側(cè)出孔(5)的中心線與水平線成值為0-30°的夾角β。水口上部O)的材質(zhì)為鋁-碳質(zhì)、鋁-鋯-碳質(zhì)、鎂-碳質(zhì)、鋁-鈣質(zhì)、熔融石英質(zhì)中的一種。水口下部(3)的材質(zhì)是氧化鋯、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅等，或是它們兩種或多種的組合。在水口下部(3)的外表面涂覆厚度為l_3mm、材質(zhì)為氧化鈣、或氧化鈣加氧化鎂、 或氧化鈣加氧化硅的涂層，用于吸附鋼水中的氧化鋁、氧化硅夾雜，形成氧化鈣和氧化鋁、 氧化鈣和氧化硅的復合夾雜。在與鋼和渣接觸的渣線部分，在水口的外部鑲套鋯質(zhì)、鋯碳質(zhì)的防侵蝕環(huán)。本發(fā)明中，水口下部3與鋼水夾雜之間的反應機理在于，由于結晶器內(nèi)鋼水中的夾雜物在水平截面上靠鋼水的旋轉(zhuǎn)作用向中心移動，鋼水中的氧化鋁、氧化硅等夾雜很容易被水口下部3的堿性氧化物如氧化鈣吸附。實際工業(yè)使用中，結晶器電磁攪拌的位置都安裝在結晶器的中下部，也就是鋼水旋轉(zhuǎn)的最快區(qū)域在結晶器中下部。本發(fā)明的關鍵是增加了水口下部的長度，這樣可以將浸入式水口伸入到鋼水的強旋轉(zhuǎn)區(qū)，大大的增加了鋼水中的夾雜物與浸入式水口表面碰撞的概率，提高了浸入式水口對鋼水中夾雜物的捕獲機會；另一方面，增加水口下部長度同樣會起到增加鋼水中的夾雜物與浸入式水口表面碰撞的概率、提高浸入式水口對鋼水中夾雜物的捕獲機會的作用。現(xiàn)有水口側(cè)出孔(5)的下沿到水口上部O)的下沿線(7)的距離很短，一般也只有20-80mm，而水口的側(cè)出孔位置是比較固定的，顯然這對把水口伸入到結晶器內(nèi)的強旋轉(zhuǎn)區(qū)以及提高浸入式水口對鋼水中夾雜物的捕獲機會都是不利的。與現(xiàn)有的浸入式水口相比，本發(fā)明的優(yōu)點為1.延長了浸入式水口下部的長度，在電磁攪拌有效作用區(qū)域內(nèi)，提高鋼水中向中心聚積的夾雜物與水口下部的碰撞機會；2.設置了夾雜物捕獲裝置，有效去除鋼水中的夾雜物；3.在俯視方向上，水口側(cè)出孔的中心線與水口的中心線成角度α，提高了電磁攪拌的作用效果；4.在垂直方向上，水口側(cè)出孔的中心線與水平線成角度β，提高了鋼水對結晶器保護渣的融化能力，并可防止卷渣的產(chǎn)生；本發(fā)明的浸入式水口使用壽命長，能有效去除鋼水中的夾雜物，提高鑄坯質(zhì)量，并延長結晶器的使用壽命。


圖1本發(fā)明的帶有捕獲夾雜物功能的新型浸入式水口；
圖2材質(zhì)相同的整體式的新型浸入式水口；
圖3不同材質(zhì)的組合式的新型浸入式水口(壓制或澆鑄成形)；
圖4不同材質(zhì)的組合式的新型浸入式水口(螺紋連接)；
圖5柱狀的水口下部，其表面帶有凸起的塊狀；
圖6臺狀的水口下部，其表面為溝槽狀；
圖7多個水口側(cè)出孔的結構俯視圖。
附圖標記
1新型浸入式水口
2水口上部
3水口下部
4結晶器
5水口側(cè)出孔
6鋼水液面
7水口上部2的下沿線7
8水口下部3底部的空心結構
9水口下部3的外表面
10水口上部2和水口下部3的連接螺紋
H水口側(cè)出孔5的上沿到鋼水液面6的距離
h水口側(cè)出孔5的下沿到水口上部2的下沿線7的距離，20-80mm
α在俯視方向上，水口側(cè)出孔5的中心線與水口的中心線的夾角
β在垂直方向上，水口側(cè)出孔5的中心線與水平線的夾角
L水口上部2的下沿線7到水口下部3下端的長度，為50-300mm
具體實施例方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明的帶有捕獲夾雜物功能的新型浸入式水口 1，它由上下兩部分組成，水口上部2為具有常規(guī)功能的浸入式水口；水口下部3為比常規(guī)浸入式水口長出的部分，為夾雜物捕獲裝置；水口上部2和水口下部3緊密相連。使用時，將新型浸入式水口插入到結晶器4內(nèi)的鋼水中，結晶器4內(nèi)的鋼水在結晶器電磁攪拌的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，鋼水中的夾雜物則會向中心聚積，與水口下部3夾雜物捕獲裝置碰撞，并被其所所捕獲，黏附在夾雜物捕獲裝置的表面，由此起到有效去鋼水中除夾雜物的作用。在反應過程中，鋼水中的夾雜物聚集在水口下部(3)的表面靠的是電磁攪拌對鋼水作用產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)，使得鋼水中的夾雜物向結晶器中心聚集，多個側(cè)出孔的水口可以增加這種旋轉(zhuǎn)效果。鋼水中的氧化鋁、氧化硅等夾雜很容易被堿性氧化物如氧化鈣吸附，形成氧化鈣和氧化鋁、氧化鈣和氧化硅的復合夾雜。水口表面涂以氧化鈣涂層是為了提高水口對氧化鋁、氧化硅等夾雜的吸附能力。但氧化鈣涂層本身并不消耗。隨著氧化鋁、氧化硅等夾雜在水口表面覆集的增多，這些夾雜物也就會在水口表面覆集的氧化鋁、氧化硅上面繼續(xù)覆集。新型浸入式水口 1的水口上部2和水口下部3可以是一個整體式(見圖幻，也可以是兩者連接的組合式(見圖3或4)；兩者的材質(zhì)可以相同，也可以不同。當新型浸入式水口 1的上、下兩部分采用兩者連接的組合式時，水口上部2與水口下部3的連接方式可以采用固定連接，如壓制成形或澆鑄成形(見圖3)，也可以采用非固定連接，如螺紋連接(見圖4)。為了提高水口下部3夾雜物捕獲裝置的捕獲夾雜物的能力，水口下部3可以做成不同的形狀，如水口下部3可以做成與水口上部2相同的柱狀(見圖1)，也可以做成上大下小的臺狀(見圖6)；水口下部3的底部還可以做成空心結構8(見圖4)。水口下部3的外表面9可以做成光滑的，也可以做成帶凸起的塊狀(見圖幻或溝槽狀(見圖6)。新型浸入式水口下部3長度L，即水口上部2的下沿線7到水口下部3下端的長度，為50-300mm。有效延長水口下部3的長度，其目的就是在電磁攪拌有效作用區(qū)域內(nèi)，提高鋼水中向中心聚積的夾雜物與水口下部3夾雜物捕獲裝置的碰撞機會?，F(xiàn)有的一些浸入式水口由于采用垂直向下的鋼水出孔時，會將鋼水中向中心聚積的夾雜物打散，因此，本新型浸入式水口其鋼水出孔都布置在水口的側(cè)壁上。水口側(cè)出孔5 為兩個或兩個以上(見圖7)。在俯視方向上，水口側(cè)出孔5的中心線與水口的中心線成值為0-35°的夾角a。選擇一定的角度a，是為了讓從水口側(cè)出孔5流出與電磁攪拌造成的鋼水旋轉(zhuǎn)方向一致，并提高電磁攪拌的作用效果。在垂直方向上，水口側(cè)出孔5的中心線可以與水平線成值為0-30°的夾角β (見圖3)。β角的設定，是為了提高鋼水對結晶器保護渣的融化能力，同時還要防止卷渣的產(chǎn)生。新型浸入式水口 1的水口側(cè)出孔5的下沿到水口上部2的下沿線7的距離h為 20-80mm。水口上部2的材料可以是鋁-碳質(zhì)、鋁-鋯-碳質(zhì)、鎂-碳質(zhì)、鋁-鈣質(zhì)、熔融石英質(zhì)等；水口下部3的材質(zhì)可以采用與水口上部2的相同材質(zhì)，也可以采用氧化鋯、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅等，或是它們兩種或多種的組合。為了提高新型浸入式水口捕獲夾雜物的能力，可以在水口下部3的外表面可以涂以厚度為l_3mm、材質(zhì)為氧化鈣、或者是氧化鈣加氧化鎂、或者是氧化鈣加氧化硅的涂層。為了提高新型浸入式水口的使用壽命，可以在水口的外部在與鋼和渣接觸的渣線部分鑲套鋯質(zhì)、鋯碳質(zhì)的防侵蝕環(huán)。
權利要求
1.一種捕獲連鑄夾雜物的方法，其特征在于使用一個具有捕獲連鑄夾雜物功能的新型浸入式水口(1)，該浸入式水口由上下兩部分組成水口上部( 有水口側(cè)出孔(5)，具有常規(guī)鋼水導流功能；水口上部( 增加一個緊密相連的水口下部(3)，該水口下部C3)具有捕獲夾雜物功能，使得旋轉(zhuǎn)鋼水中的夾雜物被水口下部C3)捕獲并聚集在水口下部(3)的外表面(9)，起到有效去鋼水中除夾雜物的作用。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述浸入式水口中L/h= 2. 5-15，其中h為水口側(cè)出孔(5)的下沿到水口上部(2)的下沿線(7)的距離，L為水口上部⑵的下沿線 (7)到水口下部(3)下端的長度。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于在水口下部(3)的外表面涂覆含氧化鈣的涂層，用于吸附鋼水中的氧化鋁、氧化硅夾雜，形成氧化鈣和氧化鋁、氧化鈣和氧化硅的復合夾雜。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于所述含氧化鈣的涂層為厚度l_3mm、材質(zhì)為氧化鈣、或氧化鈣加氧化鎂、或氧化鈣加氧化硅的涂層。
5.一種帶有捕獲連鑄夾雜物功能的新型浸入式水口(1)，它由上下兩部分組成，其特征在于水口上部(2)有水口側(cè)出孔(5)，具有常規(guī)鋼水導流功能；水口上部(2)增加一個緊密相連的水口下部(3)，該水口下部C3)具有捕獲夾雜物功能，使得旋轉(zhuǎn)鋼水中的夾雜物被水口下部(3)捕獲并聚集在水口下部(3)的外表面(9)，起到有效去鋼水中除夾雜物的作用。
6.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于所述浸入式水口中L/h= 2. 5-15，其中h為水口側(cè)出孔(5)的下沿到水口上部O)的下沿線7的距離，L為水口上部 ⑵的下沿線(7)到水口下部(3)下端的長度。
7.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口上部(2)和水口下部 (3)是一個整體式或兩者連接的組合式；兩者的材質(zhì)為相同或不同。
8.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口上部O)與水口下部 (3)的連接是固定連接或可拆卸連接。
9.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口下部(3)是與水口上部 (2)相同的柱狀或上大下小的臺狀。
10.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口下部(3)的底部是內(nèi)凹的空心結構(S)0
11.如權利要求1所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口下部(3)的外表面(9) 是光滑的或帶凸起的塊狀或溝槽狀。
12.如權利要求6所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于在使用時，浸入式水口 (1)插入鋼水中的深度是保持水口的鋼水側(cè)出孔(5)的上沿到鋼水液面(6)的距離H為 50-150mm, L 為 50-300mm，h 為 20-80mm。
13.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口上部O)中水口側(cè)出孔(5)為兩個或兩個以上；在俯視方向上，水口側(cè)出孔(5)的中心線與水口的中心線成值為0-35°的夾角α ；在垂直方向上，水口側(cè)出孔(5)的中心線與水平線成值為0-30°的夾角 β。
14.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口上部O)的材質(zhì)為鋁-碳質(zhì)、鋁-鋯-碳質(zhì)、鎂-碳質(zhì)、鋁-鈣質(zhì)、熔融石英質(zhì)中的一種。
15.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于水口下部(3)的材質(zhì)是氧化鋯、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、氧化硅等，或是它們兩種或多種的組合。
16.按照權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于在水口下部(3)的外表面涂覆厚度為l_3mm、材質(zhì)為氧化鈣、或氧化鈣加氧化鎂、或氧化鈣加氧化硅的涂層，用于吸附鋼水中的氧化鋁、氧化硅夾雜，形成氧化鈣和氧化鋁、氧化鈣和氧化硅的復合夾雜。
17.如權利要求5所述的新型浸入式水口(1)，其特征在于在與鋼和渣接觸的渣線部分，在水口的外部鑲套鋯質(zhì)、鋯碳質(zhì)的防侵蝕環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬的凝固與連續(xù)鑄造領域，特別涉及一種捕獲連鑄夾雜物的方法及其新型浸入式水口。該帶有捕獲連鑄夾雜物功能的新型浸入式水口(1)，由上下兩部分組成水口上部(2)有水口側(cè)出孔(5)，具有常規(guī)鋼水導流功能；水口上部(2)增加一個緊密相連的水口下部(3)，該水口下部(3)具有捕獲夾雜物功能，使得旋轉(zhuǎn)鋼水中的夾雜物被水口下部(3)捕獲并聚集在水口下部(3)的外表面(9)，起到有效去鋼水中除夾雜物的作用。本發(fā)明的新型浸入式水口使用壽命長，可以有效去除鋼水中的夾雜物，提高鑄坯質(zhì)量，并延長結晶器的使用壽命。
文檔編號B22D11/10GK102151811SQ20111005670
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權日2011年3月9日
發(fā)明者呂曉軍, 吳夜明, 姬秀琴, 席常鎖, 干勇, 張慧, 王明林, 王玫, 陶紅標 申請人:中達連鑄技術國家工程研究中心有限責任公司, 鋼鐵研究總院