控制连铸容器内的表面驻波和紊流的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的装置包括一个用于连铸金属液的金属液容器系统，它包括：（ａ）一个装有金属液的容器（１），它适于盛装和配送连铸用金属液（２），容器（１）具有一些内表面（８）并且所述金属液形成一个上表面（９）；（ｂ）一个伸到该上表面下的浸入式浇口（３）；（ｃ）一个布置在至少其中一个内表面（８）与浸入式浇口（３）之间的表层流调节件／或潜流调节件（７，１１）。所述表层流调节件和／或潜流调节件（７，１１）用来阻止在金属液（２）上表面（９）内形成波。本发明专利技术也包括提高连铸法质量的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢材连铸领域。
技术介绍
在钢材连铸时，钢水从被称作“中间包”的大型容器内通过浸入式浇口(“SEN”)被注入水冷铜铸结晶器中。钢在开始接触铜铸结晶器壁时就开始凝固，板坯以浇铸速度连续降低。在板坯连铸结晶器中的厚度一般约为9英寸-12英寸，而在薄板坯连铸机中的厚度只有约2英寸-4英寸。板坯通常非常宽，一般为60英寸-72英寸。一层结晶器熔渣保留在金属液自由表面上，它保护热金属不被空气氧化并且在下降板坯与结晶器壁之间提供一层润滑薄膜。一些板坯连铸结晶器液流研究显示，在结晶器中的金属液流对所产生的连铸金属的表面质量和潜层质量有很大影响。离开浸入式浇口的金属液与水平面成一定角度并且冲击窄侧壁。这导致上下环流的形成，它们在附图说明图1的总体流动图形中示出了。上环流在自由表面上产生驻波。驻波高度一般随时间振荡。在自由表面上的振荡驻波和有关紊流被认为是由此方法制造的连铸板坯中的大多数缺陷的主要原因。由于其它物理因素(如滑阀和不均匀的浇口堵塞)和紊流，在结晶器两侧面上的图形不一定是对称的并且可能随时间连续变化。波高度取决于SEN浸没深度，如果浸没不深，则波通常较高。波高度也取决于开口角度和开启面积，因为较小的角度和面积通常造成较高的波峰。表面紊流和驻波可能是影响连铸质量的最重要的因素。波和环流从一侧振荡到另一侧，这对连铸质量造成不利影响。液流因滑阀和优先的浇口阻塞的影响进一步偏斜。偏流增大了带走结晶器熔渣的几率。从水平面向下的较大喷射角有助于通过使冲击点降至结晶器中更低的位置来减小表面紊流和波高度。但是，较低的冲击点造成在结晶器出口处的凝固坯壳比较薄并且本身与拉漏危险有关。另一个问题在于，较深的下环流带着夹杂更深地流动并影响到连铸金属的质量。因此，本专利技术的目的是提供金属连铸的装置及方法，该方法或装置提供了平缓而少紊流的自由表面，从而保证了有效的熔渣流，同时，也允许更有效地去除夹杂并允许降低拉漏危险的潜在可能性。预计能够减小与表面波和紊流有关的连铸坯的表面缺陷和潜层缺陷。虽然与钢材连铸领域有关地进行了描述，但要认识到，在本专利技术的其它应用场合中，可以获得表面波衰减的类似优点和其它优点。本领域的普通技术人员根据本专利技术的公开内容或通过实践本专利技术可以清楚知道这种优势。
技术实现思路
本专利技术包括用于连铸金属液的金属液容器系统和为连铸提供金属液流的方法。本专利技术的装置总的涉及一用于连铸金属液的金属液容器系统，它包括(a)一个装有金属液的容器，它适于盛装并配送连铸用金属液，该容器具有一些内表面并且所述金属液形成一上金属表面；(b)一个伸到该上金属表面下的浸入式浇口；(c)一个布置在这些内表面中的至少一个内表面与该浸入式浇口之间的表层流调节件。可以使用这样一个表层流调节件，即它足够靠近所述金属液上表面以阻止在金属液上表面内形成波。也可以使用这样的潜流调节件，即它可以完全浸没在金属液上表面之下的某个深度上并足够靠近浸入式浇口，从而影响上下环流的流动模式及由此造成的紊流和波动。潜流调节件也有削弱在连铸结晶器内的金属液面上的驻波的作用。表层流调节件或潜流调节件最好位于浸入式浇口的任一侧并且可以在浸入式浇口的任一侧使用一连串的表层流调节件或潜流调节件。(这些)表层流调节件通常伸入金属液中，虽然它们可能适于刚好留在金属液自由表面上以阻止在上金属表面内形成波。(这些)潜流调节件通常位于金属液表面下方以阻止因来自浸入式浇口的金属液流而产生的上下环流。一般，金属液表面要承载一熔渣层。在某些实施例中，至少一部分的表层流调节件或支承件因此可以穿过熔渣层和/或金属液。在其它实施例中，所有潜流调节件可以位于金属液内和熔渣层下。通常，本专利技术不局限于表层流调节件或潜流调节件的任何形状。例如，在一个实施例中，可以如此形成(这些)表层流调节件，即能提供适于穿过熔渣层的较薄部分和适于伸入金属液中的较宽部分。在另一个实施例中，(这些)表层流调节件包括多个适于穿过熔渣层的齿和适于伸入金属液中的较宽部分。而在另一个实施例中，(这些)表层流调节件包括一个自浸入式浇口开始朝内表面渐缩的部分，从而略成梯形。在替换实施例中，(这些)流调节件被浸没在熔渣层下的金属液中，可以使用各种形状来减小由离开浸入式浇口的金属液所造成的紊流和波。在这样一个实施例中，(这些)潜流调节件可以呈多边形、梯形或圆锥形。但要认识到，这些形状只是根据本专利技术合理地阻止紊流和波动并尽可能实用地允许熔渣层在自由金属表面上自由均匀流动的各种几何形状中的例子。同样，也可以成功地利用其它形状来构造表层流调节件或潜流调节件。通过任何适当的机械装置如固定在连铸结晶器上的托架，可以接触到或在功能上接近自由金属面地支承表层流调节件。固定在除连铸结晶器以外的构架上也可以支承表层流调节件。在本专利技术的某些实施例中，(这些)潜流调节件也可以固定在浸入式浇口上。材料和固定草案可以是那些适于处理耐热材料中的任何一种，如耐热陶瓷。表层流调节件或潜流调节件最好不触及结晶器内表面，以避免破坏金属凝固和熔渣流入连铸结晶器中。本专利技术的另一个方面在于，液流调节件或其它紊流和/或波阻尼装置允许浸入式浇口可选择地以一个在水平面高度上或高于水平面的角度(而不是典型按向下角度的流动)引导金属液流。这个特征有助于促进在连铸时更有效地消除夹杂，并且也减小了当从结晶器中出现刚凝固层时因太低且太靠近连铸结晶器下游端地引导热金属液而在所述层中出现高温断裂的危险。本专利技术的铸造金属液用的金属液容器系统也包括(a)一个装有金属液的容器，它适于盛装和配送连铸用金属液，所述容器具有一些内表面并且金属液形成一上表面；(b)一个伸到该金属液上表面之下的浸入式浇口；(c)阻止在金属液上表面内形成波的装置。通过施加机械力(如表层流调节件或潜流调节件或同样的机械安排或装置的形式)、流体力(如反向于自由金属面地引导气体流的形式)或电磁力(如通过使用被用来在工业上控制金属液的电磁执行机构)，可以实现阻止在金属液上表面内形成波的装置。本专利技术也包括一种给连铸提供金属液流的方法，它包括(a)提供一个装金属液的容器，该容器适于盛装并配送连铸用金属液，该容器具有内表面并且所述金属液形成一上表面；(b)在阻止在该金属液的上表面内形成波的同时，在该金属液上表面之下引导金属液流；(c)允许所述金属液离开容器，从而形成一金属连铸件。通过施加上述机械力、流体力或电磁力，可以实现阻止在金属液上表面内形成波。浸入式浇口可以以一个在水平面高度、高于水平面或略低于水平面的角度引导金属液流，不过，该角度最好是略低于水平面(即低于水平面1°-20°)。因此，本专利技术提供了一种减小通常连铸金属法所固有的紊流和波动作用的简单方法。在一个实施例中，一个耐火或其它耐热件(通称被称作“表层流调节件”)被插入或最好是从上面靠近且最好是在浸入式浇口的任一侧接合自由液面。然后，(这些)表层流调节件阻止上环流及因此而形成的波，它依次显著减慢了表面流速，并使自由液面更接近平面。这在图2中示意示出了。在本专利技术的其它实施例中，一耐火件或其它耐热件(通常被称作“表层流调节件”)位于金属液表面下并被设置用来扰乱来自浸入式浇口的金属液的正常环流模式。图9、10示意表示这样的结构。通过使用本专利技术的方法和装置，可以减小甚至几乎消除由自由液本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于连铸金属液的金属液容器系统，它包括：（ａ）一个装有金属液的容器，它适于盛装并配送连铸用金属液，该容器具有一些内表面并且所述金属液形成一上金属表面；（ｂ）一个伸到该上金属表面之下的浸入式浇口；（ｃ）一个布置在这些内表面中的至少 一个内表面与该浸入式浇口之间的并且足够靠近所述金属液上表面以阻止在所述金属液上表面内形成波的表层流调节件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：Y萨海，
申请(专利权)人：俄亥俄州大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]