一种小方坯高速连铸用浸入式水口
技术领域
本实用新型属于冶金技术领域，涉及到钢铁冶金连铸工艺技术，具体涉及一种小方坯高速连铸用浸入式水口。
背景技术
在连铸生产中，提高拉坯速度可大幅度增加连铸机的生产能力，采用高速连铸技术是提高连铸生产效率和降本增效的重要技术途径，是连铸领域长期追求的目标。目前，国内小方坯弧形连铸机拉坯速度能稳定在4.2m/min以上，最高拉坯速度可达5.07m/min。小方坯连铸生产中，通常采用直通式浸入式水口进行浇注，拉坯速度提高，结晶器内钢液冲击深度增大，不利于钢液中夹杂物的上浮去除，对结晶器内部外弧侧凝固坯壳冲击增强，外弧侧上升回流较内弧侧强，导致钢渣界面温度差异性增大，不利于保护渣的均匀熔化和下渣，使得高速连铸小方坯容易出现夹杂物含量高、脱方和表面裂纹等缺陷。
为防止高拉速带来的铸坯纯净度降低和铸坯缺陷问题，提高铸坯质量，生产中采取了大量的技术手段，这些技术手段在一定程度上改善了高拉速浇注带来的问题，但也存在一些问题。
现有技术中，目前采取的主要技术手段及存在问题包括：
(1)结晶器电磁制动技术。通过在结晶器上部设置电磁制动装置，制动钢液从水口出来的流股，减少钢液冲击深度和钢渣界面的波动，促进结晶器内高温区的上移。该技术主要用在薄板坯连铸和板坯连铸生产中，小方坯连铸生产中没有应用电磁制动技术。
(2)结晶器电磁搅拌技术。结晶器电磁搅拌技术通过驱动钢液旋转流动，可以减小钢液冲击深度。小方坯连铸生产中采用结晶器电磁搅拌技术，随拉坯速度的提高，电磁搅拌强度一定时，水口附近钢渣界面的波动增强，达到一定值时液面出现卷渣现象，造成钢液卷渣，同时生产成本相对较高。
(3)水口结构参数和工艺参数优化技术。通过增大水口出口面积，减小水口浸入深度，可以实现减小钢液冲击深度、降低钢渣界面波动过大的目的。小方坯连铸一般采用直通式水口结构，高拉速条件下，这种优化方式受结晶器内腔尺寸和水口壁厚及强度要求的限制。
(4)弧形浸入式水口技术。公开号为CN206662259U的中国实用型专利公开了一种小方坯结晶器浸入式水口，在水口内腔下部设计为弧形段，提供缓冲，防止径直冲下的钢流直接冲击方坯外弧区域的初生坯壳，保证浇铸质量。但在高拉速连铸条件下，此类水口还不能解决钢液冲击深度过深、夹杂物不易上浮的问题。
(5)多孔水口控流技术。板坯连铸工艺中常采用两侧孔水口结构；大方坯连铸中常采用四孔或五孔水口，四侧孔水口的侧孔尺寸相同，五孔水口的四侧孔尺寸大于水口底部第五孔的尺寸，水口底部设置第五孔的目的是减轻水口底部临近区域的钢液滞留。(a)公开号为CN102764865A的中国发明专利公开了一种高拉速连铸结晶器的浸入式水口，在水口底部设置横直交错的波浪形凹槽，侧孔孔壁设置为高低起伏的波浪形曲面，钢液经侧壁内腔的上开口流入，冲击侧壁内腔底部后反弹，并从侧壁的侧孔中流出，通过内腔底部缓冲钢液的速度，耗散钢液的动能，减轻高拉速时钢液的冲击力度。(b)公开号为CN204413139U的中国实用型专利公开了一种高拉速板坯连铸的浸入式水口，水口本体的底部位置为凹形球面，利用球面底反弹进入水口内的钢液，反弹后的钢液能够与下冲流发生碰撞，耗散钢液的动能，保证流出水口侧孔的钢液流股光滑，降低高拉速时钢液液面的波动。(c)公开号为CN102950275A的中国发明专利公开了一种方圆坯用多孔连铸浸入式水口，在水口侧面设置多个、均匀分布在高于底板上表面且低于或等于凸台上表面的侧壁上的侧孔，底板上表面中心处设置有向内腔凸出的凸台，使结晶器横向保持均匀的温度场和流场，还能减轻钢液对结晶器壁面处初生凝固坯壳的冲击。以上这三类水口设计均没有在底部开孔，不适用于高速连铸小方坯生产工艺条件。(d)公开号为CN108746578A的中国发明专利公开了一种旋转射流的浸入式水口，在水口中心孔底部开有N个螺旋弧面倾斜侧开孔和1个圆台形底孔，其底孔平均尺寸小于水口内腔尺寸。在高通钢量的条件下，此类水口结构也不适用于高速连铸小方坯生产工艺条件。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述问题和不足，本实用新型提供了一种小方坯高速连铸用浸入式水口。在高拉坯速度条件下，本实用新型能够减小浸入式水口直通孔出口处钢液的流速，降低流股的冲击深度，减小钢渣界面钢液温度的差异性，有利于均匀化渣和下渣，促进结晶器内凝固坯壳的均匀生长。
为此，本实用新型采用了以下技术方案：
一种小方坯高速连铸用浸入式水口，包括浸入式水口本体、水口直通孔和小侧孔；所述浸入式水口本体的上方与中间包底部滑动水口相连，下方与结晶器相通；所述水口直通孔贯穿浸入式水口本体的中部，用于钢液通过；所述浸入式水口本体的外侧靠近下部设有渣线，所述小侧孔贯穿浸入式水口本体的侧壁并位于渣线的下方，小侧孔的数量为多个。
优选地，所述小侧孔为扩张型侧孔，靠近浸入式水口本体内腔的侧孔断面尺寸小于靠近浸入式水口本体外侧的侧孔断面尺寸。
优选地，所述小侧孔的中心线与水平方向呈向下的倾角。
进一步地，所述向下的倾角角度为30-60°之间。
优选地，所述小侧孔的平均断面面积之和小于水口直通孔的断面面积。
进一步地，所述小侧孔的平均断面面积之和为水口直通孔断面面积的10-30％。
优选地，所述小侧孔沿浸入式水口本体的周向均匀分布。
进一步地，所述小侧孔的数量为4-8个之间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型提供了一种小方坯高速连铸用浸入式水口，不仅可以降低钢液冲击深度和强度，还有助于改善结晶器初始凝固区域钢液冷却凝固的周向均匀性。
(2)通过多个扩张型小侧孔的分流，使得经过浸入式水口直通孔进入小方坯结晶器内的钢液流速显著降低，钢液冲击深度变浅，对铸坯外弧侧的冲击强度减小。
(3)扩张型小侧孔可以进一步减小出小侧孔钢液的流速，避免了小方坯连铸过程中因为水口外壁与初始凝固坯壳距离过近而产生的强烈冲刷的风险。
(4)小侧孔的出流到达侧面形成上下两股流，下降流与水口底部直通孔内冲击流形成的上升流相互碰撞，耗散其上升湍动能，减轻小方坯弧形连铸机内的外弧侧过强的上升流；小侧孔形成的周向分布相对较均匀的上升流有利于减小钢渣界面流动的差异性，有利于保护渣均匀化渣和下渣，改善结晶器的润滑和传热的均匀性，从而起到提高钢液纯净度、防止脱方和裂纹等缺陷形成的作用。
附图说明
图1是本实用新型实施例一所提供的一种小方坯高速连铸用浸入式水口的结构示意图。
图2是本实用新型实施例一所提供的一种小方坯高速连铸用浸入式水口的A-A剖视图。
图3是本实用新型实施例二所提供的一种小方坯高速连铸用浸入式水口的结构示意图。
图4是本实用新型实施例二所提供的一种小方坯高速连铸用浸入式水口的B-B剖视图。
附图标记说明：1、浸入式水口本体；2、水口直通孔；3、渣线；4、小侧孔。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
一种小方坯高速连铸用浸入式水口，包括浸入式水口本体1、水口直通孔2和小侧孔4；所述浸入式水口本体1的上方与中间包底部滑动水口相连，下方与结晶器相通；所述水口直通孔2贯穿浸入式水口本体1的中部，用于钢液通过；所述浸入式水口本体1的外侧靠近下部设有渣线3，所述小侧孔4贯穿浸入式水口本体1的侧壁并位于渣线3的下方，小侧孔4的数量为多个。
具体地，所述小侧孔4为扩张型侧孔，靠近浸入式水口本体1内腔的侧孔断面尺寸小于靠近浸入式水口本体1外侧的侧孔断面尺寸。
具体地，所述小侧孔4的中心线与水平方向呈向下的倾角。
具体地，所述向下的倾角角度为30-60°之间。
具体地，所述小侧孔4的平均断面面积之和小于水口直通孔2的断面面积。
具体地，所述小侧孔4的平均断面面积之和为水口直通孔2断面面积的10-30％。
具体地，所述小侧孔4沿浸入式水口本体1的周向均匀分布。
具体地，所述小侧孔4的数量为4-8个之间。
实施例一
如图1和图2所示，本实用新型公开了一种小方坯高速连铸用浸入式水口，包括浸入式水口本体1、水口直通孔2、扩张型小侧孔4。小侧孔4以浸入式水口本体1为中心呈环形阵列均匀分布，小侧孔4的个数为4个，水口倾角为450，小侧孔4靠近水口直通孔2侧的断面面积为6mm×8mm，小侧孔4靠近浸入式水口本体1外侧的断面面积为7.2mm×9.6mm，水口直通孔2的直径为35mm。
在拉坯速度为4.0m/min，浸入式水口浸入钢液深度为110mm，铸坯断面尺寸为150mm×150mm的条件下，结晶器内钢液冲击深度由554mm降为445mm，钢渣界面最大温差由5℃降低为3.5℃。
实施例二
如图3和图4所示，本实用新型公开了一种小方坯高速连铸用浸入式水口，包括浸入式水口本体1、水口直通孔2、扩张型小侧孔4。小侧孔4以浸入式水口本体1为中心呈环形阵列均匀分布，小侧孔4的个数为6个，水口倾角为450，小侧孔4靠近水口直通孔2侧的断面面积为6mm×8mm，小侧孔4靠近浸入式水口本体1外侧的断面面积为7.2mm×9.6mm，水口直通孔2的直径为40mm。
在拉坯速度为4.5m/min，浸入式水口浸入钢液深度为110mm，铸坯断面尺寸为150mm×150mm的条件下，结晶器内钢液冲击深度由513mm降为426mm，钢渣界面最大温差由4.1℃降低为2.1℃。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
