抑制水口旋涡的方法及无旋涡水口技术

本发明专利技术公开了一种无旋涡水口，涉及一种冶金行业钢水的流出口（即出钢口）。它是在普通水口本体的通道形空腔内增设了内挡板，水口上沿增设了上挡板。内挡板与上挡板均匀或不均匀分布，内挡板与上挡板的数目相同或不相同。本实用新型专利技术的技术方案非常简单，仅仅只增加了上挡板和内挡板，即取得了显著的技术效果。它抑制了钢水的旋涡，使钢水卷渣量小，为精炼提供了条件，提高了钢水质量。本实用新型专利技术的水口适用于钢水借助重力作用从一个容器转移到另一个容器的流出口。它包括转炉的出钢口，钢包的座砖和上水口，中间包的座砖水口等；还适用于有色金属铸造时的容器水口。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种液体流动的流出口，具体来说是冶金行业钢水从一个容器转移到另一个容器的流出口(即出钢口)，尤其是一种能抑制钢水流出过程中所产生旋涡的出钢口。水口是钢铁企业对出钢口的一种俗称。
技术介绍
在现代炼钢厂中，钢水卷渣问题一直是个难以完全解决的问题。钢液从转炉到钢包的出钢末期，由于旋涡的产生，会将钢渣卷入钢水，严重时还可能会卷入空气，造成钢包中渣量大，及钢水回磷、回硫，减少合金的收得率。此外，钢水从钢包到中间包末期以及钢水从中间包到结晶器的末期，钢渣卷入钢水，也会造成钢水夹杂物增加，影响钢水质量。从1970年开始，世界各国冶金工作者都在想办法解决这个问题。国内外普遍采用出钢挡渣的方式来减少下渣量，使用密度介于钢水和钢渣之间的耐火材料挡渣球或挡渣塞，使其在出钢末期堵塞出钢口，使钢渣留在转炉内。现在正在国内推广的气动挡渣法，是在出钢末期，用高压气体向出钢口逆向吹，使钢渣不能下来。在钢包内，在水口外安装下渣监测系统，当钢渣混入钢水时，由于电信号的改变，及时关闭水口，防止卷渣。这些方法的不足之处是，都认为旋涡的存在不可避免，被动地在钢水卷渣量达到一定比例时，停止出钢过程，但这时已经有相当一部分渣进入了下一个容器，而且有很大一部分钢还留在原容器内不能得到利用而被当作废钢。按照设计，为了避免钢渣大量卷入钢水，我国某钢铁企业1996年引进的大型炼钢厂一般要在转炉内留1％的钢水、钢包留0.5％，中间包每个浇次残留10吨，这样算下来，一年大约有8万吨钢水直接变成了废钢。而实际残留的钢水要大于这个数，因卷渣而造成钢中含有大型夹杂物而引起钢坯钢材报废的量就更大。1994年7月《上海金属》第4期介绍了日本川崎的三孔出钢法将出钢口设置为呈等边三角分布的三个，使发生旋涡的能量互相抵消而达到少渣的目的。此法的缺点在于三孔之间距离的确定存在两难的选择，不能过大，过大则相互影响小，不足以抵消旋涡能量；过小，则三孔之间的耐火材料的强度不易达到，所以此法很少被采用。我国技术专利94207245.6介绍了连铸中间包出流口的涡流抑制挡板，其特征是由3-7块长条形耐火材料砌筑在中间包座砖处圆孔周围，以此来降低旋涡的强度。此法的不足之处是，由于座砖大多是渐缩式或锥形口，挡板离旋涡中心很远，所以起到的效果有限，据了解现在没有实际应用。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术的目的是提供一种无旋涡水口以及抑制水口旋涡使之成为无旋涡水口的方法，它能有效地抑制水口旋涡的形成，减少出钢时的下渣量，减少钢水回磷、回硫，提高合金收得率，为钢水精炼提供良好的条件，提高钢水质量。本专利技术的目的是这样实现的依据抑制水口旋涡使之成为无旋涡水口的方法，无旋涡水口与普通水口一样，水口中心有一个通道形空腔，空腔的形状为长筒形，倒圆台形及渐缩形，其特别之处在于在水口本体上设置有内挡板或/和上挡板。设置于通道形内腔上沿的上挡板向上凸出并依放射方向放置，上挡板前端超出上沿位于空腔之上，使它们能阻挡水口上部旋涡的形成，挡板之间形成的空间将大旋涡分散为小旋涡，使其能量相互抵消。设置于水口的通道形内腔中的内挡板向中心凸出并向通道下沿延伸，相邻挡板与它们之间所夹的空腔内壁组成一个半封闭的旋涡区，将内腔分割为若干相互通达的小区，使钢水流过水口时在各小区所产生的旋涡相互干扰，能量相互抵消，从而使整个水口成为无旋涡水口。无旋涡水口上挡板向空腔中心凸出的长度为水口通道空腔上沿半径的0.2～0.8倍，上挡板向上凸出的高度为空腔下沿半径的0.5～4倍，沿放射方向的长度为空腔上沿半径的0.5～5倍；内挡板宽度为空腔长度方向上各横截面半径的0.2～0.8倍，内挡板沿通道方向的长度为空腔下沿半径的0.5倍至与整个水口长度相等；内挡板、上挡板的数目为1至6块。无旋涡水口本体的通道形空腔的横截面形状为圆形或多边形；内挡板的凸出部分形状为上宽下窄的长条形、三角形、渐缩形或宽度一致的长条形、弧形；上挡板的形状为长方形、梯形或类三角形。无旋涡水口的内挡板与上挡板均匀或不均匀分布，内挡板与上挡板的数目相同或不相同，内挡板与上挡板重叠或不重叠放置。本专利技术的技术方案非常简单，仅仅只增加了几块上挡板和内挡板，即取得了显著的技术效果。①抑制出钢过程中的旋涡，使钢水卷渣量少，精炼时所需用合金、炉料减少，成本降低。②由于抑制出钢旋涡，不用顾及钢渣卷入，可以提高出钢量，降低废钢率。③出钢时下渣量少，避免回硫回磷，钢渣卷入钢水中少，减少了钢中的大型夹杂物；由于钢水出水口时切向速度小，减少了钢水吸入空气的量，这些都提高了钢水的纯净度。④由于钢水流出时切向速度小，减轻了对水口的磨损，提高了水口寿命。通过实验观察无旋涡水口与普通水口的下渣情况。实验中以水力模型模拟钢包(模型大小为400×400×400mm)，用膨胀珍珠岩浮于水面模拟钢渣，水位250-300mm。实验结果如下所示实验1，水口上部直径90mm，下部直径20mm，水口高90mm，渐缩式。设置上挡板1块(长方形，高20mm，长50mm)，内挡板3块(宽为空腔沿长度方向各横截面半径的0.5倍，高90mm)。从侧面观察，水位降至20mm时开始下渣，从上面观察，无旋涡。实验2，水口上部直径110mm，下部直径40mm，高度100mm，倒锥形。设置上挡板3块(长方形，高40mm，宽50mm)，内挡板3块，倒三角形，上宽35mm，高100mm。从侧面观察，水位下降至30mm开始下渣，从上面观察，无旋涡。实验3，水口直径40mm，圆筒形，不设置上挡板和内挡板。从侧面观察，水位下降到60-80mm就开始产生旋涡，渣与空气一并吸入。本专利技术的无旋涡水口适用于钢水借助重力作用从一个容器转移到另一个容器的流出口。它包括转炉的出钢口，钢包的座砖和上水口，中间包的座砖、水口等；还适用于有色金属铸造时的容器水口。附图说明附图1是无旋涡水口设置内挡板横截面示意图；附图2是无旋涡水口设置上挡板横截面示意图。附图3是无旋涡水口上挡板与内挡板重叠放置时纵截面示意图，也是图1中A-A位剖面示意图(图1中未显示上挡板)；附图4、5、6是水口旋涡形态及相互影响示意图；附图7是渐缩式水口本体空腔纵截面形状示意图。附图中标记分述如下1——水口本体；2——内挡板；3——上挡板；4——通道形空腔。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。如附图3中所示，无旋涡水口是一个整体，为了叙述的方便将其分为三个部分——水口本体1、内挡板2及上挡板3；水口上挡板3和水口内挡板2的放置位置可以重叠或不重叠，为了图示的方便在图3中选择了它们相互重叠时的情况表示。图1、图2分别显示了内挡板和上挡板在水口横截面中位置的示意。所述上挡板的“类三角形”其实是一种形状比较特殊的梯形(上下底长相差较大，一侧底角接近直角，另一侧为锐角)；所述内挡板的横截面可以是图中所示的长方形，也可以在靠近内腔表面处呈弧形，当此弧形的角度很大时可以形成几个圆相互套叠的类似形状，这些局部形状的变化都不会影响无旋涡水口抑制旋涡的功能。图4、5、6显示了水口旋涡形态及相互影响；其中外实线圆表示水口内腔，内实线圆表示中心旋涡，两实线圆之间的短实线表示挡板的宽度，虚线圆表示边旋涡。旋涡产生的原因是钢水在进入水口时，存在着极大的速度梯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无旋涡水口，水口中心有一个通道形空腔（４），空腔（４）的形状为长筒形，倒圆台形及渐缩形，其特征在于：水口本体（１）设置有内挡板（２）或／和上挡板（３）；设置于通道形空腔（４）内的内挡板（２）向空腔中心凸出并由上沿向下延伸；设置于水口上沿的上挡板（３）向上凸出并沿放射方向排布，上挡板（３）的前端超出上沿位于空腔（４）之上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：万恩同，
申请(专利权)人：万恩同，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]