一种钢包旋流发生装置
技术领域
本实用新型涉及属于冶金行业中钢液连铸技术领域，具体涉及一种钢包旋流发生装置。
背景技术
随着钢铁冶炼工艺与技术的迅速发展和对钢铁产品的质量要求不断提高，钢铁高效连铸生产工艺的优化越来越受到重视。在钢铁连铸过程中，钢水经由钢包长水口进入中间包，通过中间包的浸入式水口流入结晶器中，再在结晶器中冷却凝固形成铸坯。钢包滑动水口作为连铸过程中控流的关键装置，用于调节钢包到中间包的钢水流量，显著提升了连铸过程中的可操控性。
在实际的连铸生产过程中，由于钢包内液面有5-6 m，因此通过长水口进入中间包的钢液冲击力很大，容易造成中间包液面波动产生钢液卷流，导致钢液被二次氧化。同时钢液中有夹杂物的存在，在流经钢包长水口时，夹杂物容易在长水口的耐火材料表面发生沉积从而产生水口结瘤，进而影响长水口的使用寿命。
目前，在钢包长水口中产生旋流是一种有效的维持中间包内液面稳定，并改善夹杂物运动状态的方法。该方法能够显著地避免中间包内钢液的二次氧化，且能够缓解水口结瘤堵塞，延长水口的使用寿命。现有多种方法用于在长水口中产生旋流，如在长水口中添加导流叶片、设置电磁感应装置等。但导流叶片容易产生破损，叶片寿命这一短板较为明显。电磁感应装置则需要持续消耗电能，且设备成本会大幅增加。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的要解决的技术问题是提供一种更利于在长水口中产生旋转流动的钢包旋流发生装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种钢包旋流发生装置，包括下水口，所述下水口呈圆台状，圆台倾斜角度为α，内部设有下水口中孔以形成钢液流通通道；所述下水口中孔呈圆台状，倾斜角度也为α；由于钢包下水口与长水口上部之间的配合非常重要，因此下水口设置成圆台状能和下水口所连接的长水口上端紧密连接，避免钢液流动导致的大量空气从钢包下水口与长水口之间的接缝处吸入，导致保护浇注的失效；内部倾斜圆台状的下水口中孔可一定程度上提升钢液的湍流强度，有利于将吹氩工艺中吹入的气泡打碎从而强化吹氩效果，此外还可以引导钢液在进入下水口中孔后初步产生旋流；所述下水口的内侧壁上分布有多条导流槽。
作为优选，所述每条导流槽均为圆锥螺旋线形，且圆锥螺旋线的节距、高度与下水口高度一致。所述圆锥螺旋线的母线与其中轴线的夹角为α。圆锥螺旋线形按照以上参数设置的圆锥螺旋线形导流槽可与倾斜角度为α的圆台状下水口及其内部的中孔进行搭配，有较高的结构组合匹配度，避免产生不合理的结构而破坏钢液流动状态。圆锥螺旋线的节距和高度与下水口高度一致，可保证钢液一旦进入下水口中孔后即可受到导流槽的引导，使其流动状态发生改变，在倾斜状下水口中孔的基础上，进一步强化钢液在中孔内的旋转流动。
作为优选，所述α的范围为10° ≤ α ≤ 15°。一方面，所述α过小则倾斜程度不明显，钢液进入下水口后流动变化幅度不大，无法达到强化湍流以及引导钢液初步产生旋流的效果，α过大则会导致下水口出口面积显著减小，使钢液流动受阻；另一方面，考虑到下水口要与长水口进行连接，因此参考工业应用中长水口上部的结构（一般倾斜角为15°）后确定10° ≤ α ≤ 15°为较为优选的范围。
作为优选，所述多条导流槽以下水口的中轴线为轴对称分布。为得到均匀旋转的流场，需要保证从各处流入下水口的钢液都能受到导流槽的导流作用，因此导流槽应以下水口的中轴线为轴对称分布。
作为优选，相邻两条导流槽在下水口的周向上间隔角度为β， 45° ≤ β ≤ 90°，该角度范围对应的导流槽数量为4到8个。由于受到下水口中孔的截面尺寸限制，导流槽的截面也不宜过大，否则会导致下水口出口处钢液流通面积减小。导流槽数量小于4时，会导致下水口中心部分难以产生旋流；而数量高于8时，密集分布的导流槽则会使钢液流通面积显著减小，且导流槽之间距离会变窄，容易发生夹杂物沉积产生堵塞。同时，为了保证旋流效果，导流槽数量减小时，可根据实际情况适当增大导流槽截面积。
相对于现有技术，本实用新型至少具有如下优点：
1、本实用新型提供钢包旋流发生装置，在其内壁上设置多条螺旋形的导流槽，以引导钢液在下水口中产生绕轴线的顺时针或逆时针旋转流动，并继续流入钢包长水口，该旋流发生装置无需额外添加任何设备，即可利用钢液自身在重力作用下流动的动能产生旋转流动。
2、导流槽能够引导钢液经过所述下水口旋转进入长水口中，改变钢液中夹杂物的运动路径，在旋转过程中，由于钢液中夹杂物密度低于钢液密度，夹杂物会在离心力作用下向钢包长水口中心位置聚集，夹杂物间相互碰撞长大的几率显著提高，更利于提升夹杂物在进入中间包后的上浮效率，并可缓解夹杂物在长水口壁面上沉积导致出现的结瘤堵塞问题，延长长水口寿命。同时钢液旋转进入中间包，能够减弱钢液进入中间包的冲击，有利于避免钢液液面波动过大导致的二次氧化，从而提升钢液纯净度。此外在钢包吹氩工艺中，旋转的钢液产生的强湍流能够将吹入的氩气泡打碎，强化气泡对于夹杂物的捕捉和吸附效果。
3、本实用新型提供钢包旋流发生装置，通过设置多条与水口等高的圆锥螺旋线形导流槽来引导钢液的流动从而产生旋流，该装置可通过浇铸成型的方法进行制备，具有圆锥螺旋线形的浇铸模具可以通过三轴数控铣床进行加工，加工精度高，可操作性强。且由于下水口高度一般为100mm左右，模具尺寸也与之相近，因此模具加工和水口制备难度均较低。相比与添加导流叶片和设置电磁感应装置，本实用新型提供的钢包旋流发生装置结构简单，制备难度较低且易于维护和更换，能够高效地在长水口中产生钢液的旋转流动。
附图说明
图1为本实用新型钢包旋流发生装置与现有部分技术装配后的一幅结构剖面示意图。
图2为本实用新型钢包旋流发生装置与现有部分技术装配后的另一幅结构剖面示意图。
图3为本实用新型钢包旋流发生装置的俯视图。
图4为图3中沿A-A线的整体剖面示意图。
图中：1-上水口，2-上滑板，3-下滑板，4-下水口，5-导流槽，6-钢包，7-上水口中孔，8-下水口中孔。
具体实施方式
下面对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型提供的钢包旋流发生装置主要应用于滑动水口装置，滑动水口装置是炼钢生产中必须采用的设备，其作用是将钢水包中的钢水通过滑动水口的大小来调节钢水流量。滑动水口装置属于现有技术，为了方便理解本实用新型结构，现结合现有是滑动水口装置做如下阐述：
参见图1和图2，滑动水口装置一般包括上水口1、与上水口1底部固定连接的上滑板2、与上滑板2连接的下滑板3及与下滑板连接的下水口4，上水口1与钢包6的底部固定在一起，且该上水口的底面与钢包6的底部下表面平齐。上水口1最优形状为圆柱体，内部中空形成竖直方向的第一中孔7。上水口1与上滑板2相连，连接处采用倾斜的面进行啮合连接，上滑板2下方为下滑板3，下滑板3可以沿水平方向进行往复运动，从而控制钢液的流量。上滑板2及下滑板3中间均开有竖直方向上贯穿的内孔，并与上水口1的上水口中孔7相连通。
上水口1、上滑板2、下滑板3及下水口4均为耐火材料制成，内部均有竖直方向贯穿的中孔用以形成钢液流动通道。上水口1位于钢包底部，通过水口座砖来进行固定，上滑板2、下滑板3及下水口4均通过滑板运动机构（滑板运动机构也属于现有技术，此处不在详述，现有技术可参考CN104959590A钢包滑动水口机构或CN201432095Y钢包滑动水口机构）固定于钢包外部底面。所述下滑板3及下水口4相连接但不固定，可于水平方向进行往复运动，以控制钢液流量。
参见图2，图3和图4本实用新型的改进之处在于下水口结构的改变，具体的：下水口4整体呈圆台状，倾斜角度α为10°~15°，具体实施时，α可以是10°、11°、12°、13°、14°或15°。下水口4内部设有下水口中孔8，下水口中孔8呈圆台状，倾斜角度也为α，下水口中孔8与上水口中孔7、上滑板2和下滑板3中间的内孔连通，形成竖直方向上的钢液通道，使用时，下水口中孔8的上孔径与下滑板3上的内孔孔径一致，下水口中孔8的下孔径与钢包长水口孔径一致。
参见图3、图4所示，下水口4的内壁上分布有多条导流槽5，每条导流槽5呈圆锥螺旋线形，并且每条圆锥螺旋线形的导流槽的圆锥螺旋线高度、节距均与下水口4的高度一致。导流槽5以下水口4的中轴线为轴对称分布，相邻两导流槽5在下水口4的周向上间隔角度β为45°~90°，该角度范围对应的导流槽数量为4到8个，即至少有四条螺旋形的导流槽。具体实施时，导流槽数量可以为4，5，6，7或8个。钢液经上水口1、上滑板2和下滑板3垂直流至下水口4，流入下水口4中的螺旋形导流槽5，螺旋形导流槽5引导钢液进入下水口4内部，并改变钢液在其中的运动趋势，使钢液在下水口4中能够实现绕中轴线的旋转流动，并维持旋转流动状态进入钢包长水口。在旋转过程中，由于钢液中夹杂物密度低于钢液密度，夹杂物会在离心力作用下向钢包长水口中心位置聚集，夹杂物间相互碰撞长大的几率显著提高，从而提升夹杂物进入中间包后上浮的效率，提升钢液清洁度，同时能够缓解夹杂物在钢包长水口壁面上沉积导致的水口结瘤堵塞等问题。
钢液经长水口旋转进入中间包后，能够降低钢液进入中间包的冲击深度，防止中间包钢液液面波动导致的二次氧化。此外在钢包吹氩工艺中，旋转产生的强湍流能够将吹入的气泡打碎，并增加气泡与夹杂物碰撞的几率，更有利于气泡对于夹杂物的捕捉和吸附。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
