[发明专利]可抑制CSP薄板坯结晶器液面动态失稳的水口

说明书

技术领域

本发明属于薄板坯连铸技术领域，提供了两种可稳定液面波动和结晶器内部流场的浸入式水口结构，适用于CSP薄板坯高效连铸。

背景技术

结晶器钢液的流动对铸坯质量的影响至关重要。CSP结晶器内腔狭小加上其复杂的漏斗形结构和复杂的水口结构致使其内部流场较传统板坯结晶器内钢液的流动更加复杂。

E.Torres-alonso等人利用1∶1水模型和数学模型对CSP结晶器内的非稳态流动行为进行了研究。研究发现使用双侧孔水口下的CSP结晶器内的流动不稳定，主要体现是液面会出现周期性的波动加剧。(在文献：E.Torres-alonso，R.D.Morales，L.G.Demedices，AlfonsoFlow Dynamics in Thin Slab MoldsDriven by Sustainable Oscillating Jets from the Feeding SEN.ISIJ International，Vol.47(2007)，No.5，pp.679.中记载)

A.Ramos-banderas等人，利用数学模型和1∶2水模型对结晶器宽940mm，厚100mm，水口出口下倾角15°的双侧孔水口下的板坯结晶器内流动行为进行了研究。发现双侧孔水口下流场容易产生偏流现象。(在文献：A.Ramos-banderas，R.Sanchez-perez etc.Mathmatical simulation and physical modeling of unsteadyfluid flows in a water model of a slab mold.Metallurgical and materials transactionsB.2004.6(35)：449.中记载)

笔者利用水模型对目前国内某钢铁公司CSP生产使用的双侧孔水口下结晶器内流场进行了研究。发现，双侧孔水口结构下CSP结晶器内液面不稳定，具有周期性短时间液面运动加剧现象，称之为“液面动态失稳”，如图1所示。液面失稳前，表面流速和液面波动很小，液面不够活跃；液面失稳态时，液面运动又过于活跃，造成周期性剧烈卷渣。

产生液面动态失稳现象的主要原因：CSP结晶器内腔狭小，双侧孔水口下流股冲击深度较深，强大的下流股在结晶器下部形成携带能量的漩涡，两漩涡在射流产生负压区沿射流向上移动并长大，漩涡长大同时其携带的能量也逐渐增加，最后在水口底端的下方在高Reynolds应力作用下，湍动能的迅速耗散导致上回流的迅速增大所致。实验示踪结晶器内流股不稳定，出水口对称的流股在运动过程中其方向发生弯曲，如图2所示。

进一步研究发现，改变水口倾角、浸入深度等工艺参数均不能消除CSP结晶器液面动态失稳现象。

因此，双侧孔水口并不适合CSP连铸及其高效化生产，合理的CSP薄板坯连铸水口结构有待开发。

发明内容

本发明目的在于提供可以消除CSP结晶器液面动态失稳现象，并可获得较稳定的液面波动和内部流场的高效CSP连铸水口结构。

本发明通过水模型和数学模型为依据，并验证其合理性。经过计算和多次实验得以下两种水口结构可以有效抑制CSP结晶器内液面动态失稳现象，并且可获得较合理的液面波动和内部流场。

可抑制CSP薄板坯结晶器液面动态失稳的水口，其特征是采用三孔水口结构和四孔水口结构。

(1)三孔水口结构：如图3～5所示。其中：A，水口倾角；B，底开孔上部直径；B′，底开孔下部直径；C，水口底挡块长度；D，水口总长度；E，水口底端到水口出口上沿高度；F，扩角；G，水口宽度方向扩张角；d1，水口顶端外径；d2，水口顶端内径；d3，上水口外径；R1，出口上壁圆倒角半径；R2，出口挡块倒角半径；I，下水口外壁厚度；J，下水口内壁厚度；K，出口上沿外壁厚度；H1，上水口加厚部分；H2，圆内径部分长度；H3，上水口厚壁部分高度。尺寸范围：A，50～70°；B，φ22～φ30；B′，φ30～φ35；C，75～85mm；D，1045～1060mm；E，132～138mm；E1，80～90；F，9～12°；G，4～5°；d1，φ145～φ155；d2，φ75～φ80；d3，φ118～φ126；R1，14R～18R；R2，15R～20R；I，64～70mm；J，20～28mm；K，78～85mm；H1，125～130mm；H2，315～320mm；H3，25～30mm。