浸入式喷嘴制造技术

一种可以解决连续铸造中发生的问题、控制铸型内钢水流动、延长喷嘴使用寿命的浸入式喷嘴，设有对喷嘴内的钢水流施加旋转力用的扭转带状零件（１）。该零件适用于直管型或双口型浸入式喷嘴，双口型浸入式喷嘴（１２）采用无底面结构，可解决杂质附在该底面的问题。另外，在这些浸入式喷嘴上，通过将吐出口内壁面做成其纵截面呈圆弧状喇叭口形状，可以进一步提高铸片质量。另外，如果在本发明专利技术的浸入式喷嘴中附加对已被扭转带状零件施加了旋转力的钢水流吹入气体的结构（１５），则捕捉和带走杂质并使之上浮的效果更佳。（*该技术在2018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】
本专利技术涉及钢水连续铸造中使用的浸入式喷嘴。
技术介绍
连续铸造中所用的浸入式喷嘴在进行钢坯连续铸造时，为了避免因喷嘴与铸型壁面的距离短而使吐出的钢水高速地与铸型壁面碰撞，大多使用直管型浸入式喷嘴。另外，在进行板坯连续铸造时，使用在靠铸型短边的一侧有吐出口的双口式喷嘴。在直管型浸入式喷嘴上，钢水主要向正下方吐出，杂质和气泡会深深地进入铸型内，导致混入铸片中或是容易在铸型下部的弯曲部堆积。另外，由于钢水的注入方向主要是下方，故凹凸部的钢水温度降低幅度很大，导致粉末熔化不充分、铸型与凝固壳间的润滑性差、以及铸片表面缺陷。这里所谓凹凸部是指铸型内的钢水和铸型粉末间的界面。另一方面，在双口型浸入式喷嘴上，吐出的钢水到达铸型的短边一侧后倒转向喷嘴方向流动，但当吐出流与倒转流发生冲突时，钢水面会发生剧烈变动，卷入杂质和气泡。另外，即使是这种喷嘴，杂质和气泡也会深深地进入其中，混入铸片中或堆积在铸型下部的弯曲部。在这种喷嘴中，钢水从吐出口的下端部以特别大的流速吐出，而在高速铸造时，由于钢水的最大吐出流速很大，故这类问题尤其显著。另外，也同样存在凹凸部钢水温度降低的问题。针对上述问题，为了控制铸型内的钢水流动，提出利用磁场发生装置进行钢水的电磁搅拌。利用电磁搅拌来控制钢水流动虽然有效，但不能完全适应近来迫切要求的连续铸造的高速化。另外，电磁搅拌装置价格昂贵，而且装置的设置部位处于高温的恶劣环境中，故装置的维护、修理作业也较困难。除此之外，浸入式喷嘴一直存在杂质附着引起喷嘴堵塞的问题。即，由于钢中的非金属杂质逐渐附着、堆积于喷嘴的内壁面，终于导致喷嘴堵塞而不能使用。即使还能使用，有时附着的杂质也会剥落并混入钢水中，导致铸片缺陷。为了对付喷嘴内壁上的杂质，有一种方法是从喷嘴内壁吹入惰性气体，捕捉和带走钢中的杂质，并在铸型内使杂质上浮。但在多道连铸工序中，杂质是渐渐附着于内壁面上，有时会导致喷嘴堵塞，用这个方法还不能完全解决问题。针对以上传统技术存在的问题，要求提供能够适应铸片高质量化和铸造高速化、能防止在铸型内发生导致铸片缺陷的原因、且能防止杂质附在喷嘴内壁面的浸入式喷嘴。专利技术的公开本专利技术人为了得到能够避免上述传统技术的问题的浸入式喷嘴进行了种种研究，产生了对浸入式喷嘴内的钢水施加旋转力的想法，并进行了水模型试验。结果发现，通过对喷嘴内的水流施加旋转力，可以降低最大吐出速度，控制吐出动作，使水从整个吐出口均匀地吐出，并发表了该研究成果(铁と钢Vol.80 No.10 P754-758(1994)，ISIJ(The Iron and Steel Institute of Japan)International Vol.34 No.11 P883-888(1994)〕。在该水模型试验中，是在喷嘴上部设置旋转叶片以对水施加旋转力。所用的旋转叶片是内径与喷嘴内径相同的圆环状圆板，具有12片叶片，该叶片具有使流入喷嘴的水成为旋转流的倾斜角。本专利技术人摸索了各种实际的对钢水施加旋转力的方法。发现用于水模型试验的旋转叶片形状复杂，很难用耐高温钢水流的材料制作，且不能承受钢水流物理性的冲击。另外，曾考虑过利用控制铸型内钢水流动的磁场发生装置来对铸型内的钢水施加旋转力。但在钢水通过浸入式喷嘴的短时间内不能产生与水模型试验结果的吐出动作相同的旋转。结果，本专利技术人想到了能用耐受钢水流的材料制作、形状简单且能施加充分旋转力的扭转带形状。采用这种形状，既便于制作，又能耐受钢水流冲击，而且便于制作后的加工和在喷嘴内的设置。另外还发现，通过适当设定扭转带的形状，可使喷嘴内的钢水流良好地旋转，从而完成了本专利技术。即，本专利技术是设有向喷嘴内的钢水流施加旋转力用的扭转带状零件的浸入式喷嘴。一旦通过扭转带状零件对喷嘴内的钢水流施加旋转力，即可控制铸型内的钢水流动，将杂质和气泡的进入深度控制在较浅的范围内，防止其混入铸片中。另外，还可防止杂质附在喷嘴内壁面上。在本专利技术中，当扭转带状零件的长度L与宽度D之比L/D为0.5～2、扭转角度θ为100度以上时可得到更佳的旋转。扭转带状零件适用于直管型或双口型的浸入式喷嘴。采用本专利技术的直管型浸入式喷嘴，钢水的吐出主要不是向正下方而是向斜下方，可将杂质或气泡的进入深度抑制在较浅的范围内。另外，在钢水的吐出口，如果内壁面的纵截面呈圆弧状的喇叭口形状，则可使钢水适宜地向凹凸部方向流动，且可抑制凹凸部的钢水温度降低。当内壁面的纵截面为曲率半径30～30mm范围的圆弧状喇叭口形状时，效果更加显著。另外，双口型浸入式喷嘴可减轻钢水的最大吐出流速，故可以缓和吐出流与来自铸型短边一侧的倒转流之间的冲突，防止钢水面变动。另外，即使是双口型浸入式喷嘴，通过将到达吐出口的喷嘴内壁面做成纵截面为圆弧状喇叭口形状，可以更加适当地控制铸型内的钢水流动，减轻凹凸部钢水温度的下降幅度。当内壁面的纵截面为曲率半径30～30mm范围的圆弧状喇叭口形状时，该效果更加显著。采用本专利技术时，可将双口型喷嘴上做成无底面的结构，这对防止杂质附着更加有利。本专利技术的又一形态是一种浸入式喷嘴，是在上述各喷嘴上设有对在喷嘴内被施加了旋转力的钢水流吹入气体的结构。采用这种浸入式喷嘴，可大幅度地提高捕捉、带走钢中杂质、并使之在铸型内上浮的效果。对附图的简单说明附图说明图1是扭转带状零件一例的立体图。图2是扭转带状零件的扭转角度θ＝135度的图，其中(a)是俯视图，(b)是侧视图。图3是本专利技术的直管型浸入式喷嘴一例的局部立体图。图4是本专利技术的双口型浸入式喷嘴一例的局部立体图。图5是本专利技术的钢水吐出口内壁面的纵截面呈圆弧状喇叭口形状的浸入式喷嘴一例的剖视图。图6是使用图5的浸入式喷嘴时的钢水流模式图。图7是本专利技术的双口型无底面结构的浸入式喷嘴，表示到达吐出口的内壁面的纵截面呈圆弧状喇叭口形状的浸入式喷嘴一例，其中(a)是立体图，(b)是剖视图。图8是本专利技术设有气体吹入结构的浸入式喷嘴一例的剖视图。图9是使用传统的直管型浸入式喷嘴时的钢水流模式图。实施专利技术的最佳形态以下结合附图详细说明本专利技术。本专利技术最大特征、即对喷嘴内的钢水流施加旋转力用的扭转带状零件1如图1所示。零件1的宽度D取决于喷嘴内径，关于零件1的长度L以及扭转角度θ的设定，只要能得到实现本专利技术的效果所需的钢水流的足够旋转力即可。扭转角度θ是从平面带状起扭转的角度。图2是θ＝135度的例子，其中(a)是俯视图，(b)是侧视图。通过水模型试验调查了扭转带状零件的形状发生变化时旋转流的发生状况。其结果如表1、表2所示。表1是扭转带状零件的宽度D和扭转角度θ不变，而长度L变化的场合，表2则是宽度D、长度L不变，而扭转角度θ变化的场合。其中，表1的No.4与表2的No.10相同。关于最大吐出流速，对吐出口的中心、上部、下部等各部位的流速进行了测量，并以No.1为100的指数来表示各试样的最大流速。另外，在该水模型试验中使用直管型喷嘴。表1 注)No.1不设扭转带状零件。旋转流的发生 ◎管内水均匀地旋转流动。○虽有部分紊流，但基本上是均匀地旋转流动。△几乎没有旋转地流动。吐出角度 水主要吐出的角度。以正下方向为0度。最大吐出流速指数 以No.1为100的指数表示。流速用激光多普勒流速仪测量。表2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浸入式喷嘴，其特征在于，设有对浸入式喷嘴内的钢水流施加旋转力用的扭转带状零件。

【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：丸川雄净，原茂太，横谷真一郎，
申请(专利权)人：丸川雄净，九州耐火炼瓦株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]