[发明专利]一种防止旋涡产生的滑动水口装置

说明书

技术领域

 本发明有关一种连续铸造技术中的滑动水口结构，特别是指一种连铸中间包或钢包上安装的能防止漩涡产生的滑动水口装置。

背景技术

随着炼钢工艺技术和高效连铸的快速发展，滑动水口系统在现代钢铁冶炼过程中变得越来越重要，已成为冶炼中不可缺少的部分。它是连铸机浇铸过程中钢水的控制装置，能够精确地调节从钢包到连铸中间包的钢水流量，也常用于控制中间包流入结晶器内的钢液流量，使流入和流出的钢水达到平衡，从而使连铸操作更容易控制。滑动水口系统因其可控性好、装卸方便、安全可靠以及能提高炼钢生产效率等优点而得到了迅速发展。现在，在钢包和中间包上国内外普遍使用了滑动水口系统。

在连续浇注时，一般将滑动水口结构垂直安装于钢包或中间包的底部，并通过滑动机构使滑板砖滑动，从而带动钢孔的开闭来调节钢水流量的大小。由于滑动水口上口与钢包或中间包底部相连，并形成直通型钢水通道，因此，在钢包和中间包的浇注末期，随着钢液面的降低，会产生一种重要的流动现象，这就是水口处钢液流出时产生的汇流旋涡。由实践经验也可知道，液体由垂直出口向下流动时，当液面低于某一临界高度时，在出口上方会形成旋涡漏斗，即汇流旋涡。钢液流出过程形成的汇流旋涡，能把液面的覆盖渣和钢中夹杂物卷入钢液内部，甚至卷入空气，增加二次氧化，严重恶化钢的质量。在连续浇注并更换钢包时，经常发生前后钢包连接区的钢坯中夹杂物指标上升，这和汇流旋涡卷渣及二次氧化有密切关系。在中间包浇注终了时，也会产生汇流旋涡，并出现钢渣混卷的现象，致使浇注的尾坯严重降级或判废，降低金属收得率。

时至今日，已有诸多研究工作围绕冶金容器内的汇流旋涡现象而展开。研究表明，影响汇流旋涡的因素有以下几方面：1）静置时间；注入熔池的液体经过一段时间静置后，出现旋涡时间推迟、临界高度下降。2）注入流方向；静置时间较短时，轴向注入时流体形成旋涡的临界高度较低，切向注入临界高度大，静置时间较长时，二者差别不大。3）出流口偏心度；中心流出生成旋涡较早，偏心流出较难形成旋涡。4）出口直径；出口直径增大能显著增加出现旋涡的趋势。5）液面的上升或下降；液面上升时更容易出现旋涡；6）塞棒的形状；用塞棒浇注比用滑动水口浇注时的旋涡临界高度略小，这是因为塞棒增加对切向流动的阻力，但作用有限，旋涡仍将沿塞棒周围产生。7）水口吹气；在水口周围沿轴向引入气体射流，能推迟旋涡的产生。8）水平出流；由于粘滞力的作用，水平出流只在出口中心线所在水平面及上下壁面有较大速度梯度，垂直方向速度梯度小，因此不会产生旋涡。实际上也从未观察到水平出流时出口上方有旋涡现象。

现有技术条件下，针对采用滑动水口结构进行控流的大包和中间包，还很难准确判断滑动水口上方出现汇流旋涡的临界液位。为了防止汇流旋涡造成卷渣，在生产现场往往采取过量余钢的消极措施，在容器内钢液面高于旋涡产生的临界液位时就关闭滑动水口，这样会剩下大量的残余钢水，降低金属收得率。随着自动化检测手段的发展，也可以采用下渣检测的手段，待检测到旋涡卷渣时再关闭水口，但是这样依然会留下不少的残钢，金属收得率不高。目前较好的办法是采用旋涡控制装置从根本上降低汇流旋涡产生的临界高度，推迟旋涡的出现或抑制贯通式漏斗状旋涡的形成，从而减少旋涡卷渣。迄今为止，较为常见的一种办法就是浮游阀法，即在浇注水口上方放一个浮游阀，阀体密度介于钢液和熔渣之间，阀体随液位不断降低，可抑制旋涡的形成和阻止渣子的卷入。当然，也可以在水口上方添加固定装置来抑制旋涡的形成，如中国专利申请公开号为CN 101844223A的发明公开的一种防止中间包产生旋流的结构、中国专利公开号为CN1067597A的发明专利公开的一种防止盛钢桶和中间罐水口出流中卷渣的装置、中国专利公开号为CN201140272和CN201735774U的两个实用新型公开了消除旋涡的装置，其基本原理是都在水口上方或斜上方设置阻挡装置，增加出流口的偏心度，从而抑制汇流旋涡的形成，减少渣子和空气的吸入。但是，包含浮游阀法在内的这些抑制法，都不能完全阻挡住水口正上方钢液的垂直流入，因此抑制汇流旋涡的效果并非十分理想，并且，这些方法都需要在钢液中添加额外的装置，必然会增加耐火材料购买成本和制造成本，同时，这些耐火材料制作的装置在钢液中经过不断的冲刷，还会脱落至钢液中，从而增加钢中的夹杂物含量，降低铸坯纯净度，恶化铸坯质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种能够有效消除浇注容器出口的汇流旋涡、提高铸坯质量的防止旋涡产生的滑动水口装置。