本发明涉及用于引导熔融金属例如钢水(molten steel)的水口。更 确切地说，本发明涉及在生产钢的连续铸造工艺中使用的所谓浸入式水 口，有时也被称作铸造水口。本发明还涉及该水口在铸钢时的用途。

　　在钢的连续铸造中，来自钢包的钢水;故倾倒入^皮称作中间包 (timdish)的较大容器中。中间包具有一个或多个出口，钢水经过出口 流到一个或多个相应结晶器(mould)中，在结晶器中钢水冷却并凝固 以形成金属的连续铸造的固体长度。铸造水口或浸入式水口位于中间包 与每个结晶器之间，并引导钢水从中间包经过铸造水口流到结晶器内。 铸造水口一般是细长管道的形式，即，刚性管或管子。

　　这种铸造水口的基本功能如下。首先，在钢水从中间包流动到结晶 器内时，水口用作防止钢水与空气接触，因为空气会造成钢的氧化，这 是不希望的。其次，非常希望水口能以尽可能平緩且非湍流的方式将钢 水引入结晶器内，因为在结晶器中的湍流会造成结晶器中钢水表面上的 熔剂下拽到钢内(被称作夹带)，由此在铸钢中生成杂质。在结晶器 中的湍流也会破坏结晶器侧面上的润滑。结晶器熔剂的功能(除了防止钢 的表面与空气接触之外)之一是润滑结晶器侧面以防止钢附着于其上并 再次凝固。熔剂也有助于防止随后在铸钢中形成表面缺陷。所以为此目 的借助于浸入式水口使湍流最小化也是重要的。另外，湍流可在结晶器 自身上造成应力，有损伤结晶器的风险。而且，在结晶器中的湍流也可 能会造成结晶器中不均匀的热分布，从而造成钢凝固不均匀，以及也造 成所铸造的钢的质量和組成的变动。该后一个问题也涉及浸入式水口的 第三个基本功能，即浸入式水口以均匀方式将钢水？ 1入结晶器内以便形 成均匀的凝聚壳(钢在最靠近结晶器壁的区域中凝固最快)以及铸钢的均 匀的质量及组成。理想的浸入式水口的第四个功能在于减小或消除结晶 器中钢的弯液面中驻波振动的发生。将钢水引入结晶器内 一般会在钢的 表明产生驻波，且在进入结晶器的钢的流动中的任何不规则性或振动可引起驻波的振动。这些振动可能具有与结晶器中的湍流类似的作用，造 成结晶器熔剂夹带进入到正在铸造的钢内，破坏结晶器熔剂对结晶器侧 面的有效润滑，且不利地影响结晶器中的热分布。

　　应了解，设计并制造能尽可能好地执行所有上述功能的浸入式水口 是一项极具挑战性的任务。不仅必须将水口设计和制造成耐受与快速流 动的钢水相关联的力和温度，而且抑制湍流的需要与使结晶器中的钢水 均匀分布的需要相结合造成极为复杂的流体动力学问题。

　　在申请人的国际专利申请WO02/43卯4中，公开了 一种浸入式水口 ， 其具有两个下侧出口，这些下侧出口相对于穿过水口的管道的中心轴线 倾斜。在排出口之间的是限定容器并与分配器一起限定两个下出口的结 构。下出口的相对内侧壁分别向下发散。

　　本发明的目的是提供一种铸造水口 ，与所述上文提及的先有技术 的水口相比，其具有改进的性能。

　　根据本发明的第 一方面，提供一种用于引导熔融金属从容器流动到 结晶器内的水口，该水口包括管道，该管道沿着在使用期间竖直定向的 轴线是细长的，该水口具有至少一个上入口且在其下端具有两个间隔开 的挡板，挡板的相应外壁部分地限定两个下出口，且挡板的相应内壁在 其间限定至少一个出口流动通路的至少一部分、且每个内壁至少部分地 凹入弯曲并布置成使得存在着来自所述一个或多个出口流动通路的会 聚流动。

　　下出口优选地以一定角度相对于所述轴线倾斜，更优选地以小于 90。的角度。

　　优选地，两个挡板都从水口末端的高度延伸。 理想地，挡板的相应外壁凸出地弯曲。

　　适宜地，至少一个流量分配器或分流器安置于所述间隔开的挡板之 间。在一实施例中，提供单个流量分配器，其居中地位于挡板之间，且 流量分配器的相应相对侧是平直的，朝向水口末端相对地发散。有利地， 流量分配器从所迷末端的高度延伸。

　　流量分配器的高度可使得其终止于挡板所延伸的高度下方，但优选 地，如果流量分配器在挡板所延伸到的高度上方延伸是特别有利的。这使得熔融金属以占据全部端口区域的状态离开水口 ，且可提供优于使用 了所述较短流量分配器的布置的15-20%的改进。

　　下，可在其内设有扰动结构(perturbation )。扰动结构可在面对挡板的 流量分配器的一个或两个壁中呈连续竖向通道的形式。或者，扰动结构 可以是不连续的通道、狭槽、陷窝、突起、凹槽、切口，或者是面对挡 板的流量分配器的 一 个或两个壁中的任何不连续结构。在扰动结构是设 置在两个壁中的凹陷结构(诸如切口或狭槽)的情况下，扰动结构可交 会以限定穿过流量分配器的通路或钻孔。

　　利用在这些壁中的相应连续通道，则已发现边界层改变，产生更贴 切地沿着端口形状的流体流动。

　　此外，作为在流量分配器中设置这种扰动结构的替代或补充，扰动 结构可设置在挡板的朝内壁之中的一个或两个壁内，且甚至有可能在挡板 的所述外壁的一个或两个壁中。

　　根据本发明的另 一方面，提供一种用于引导熔融金属从容器流动到 结晶器内的水口，该水口包括管道，该管道沿着在使用期间竖直定向的 轴线是细长的，该水口具有至少一个上入口和至少一个下侧出口，位于 或低于最上方的下侧出口高度处的水口的任何表面中的至少一个表面 中设置有一个或多个扰动结构，这些表面适合于在使用中引导熔融金 属。

　　通过上文，应了解，在提供挡板的情况下，扰动结构可在挡板的内 壁和/或外壁中。在提供流量分配器的情况下，扰动结构可在分配器的相 对侧壁之中的一个或两个壁里。可在不使用挡板的情况下使用分配器， 但在提供了此二者的情况下，分配器可终止于挡板的上高度的上方或下方。

　　扰动结构可设置在下侧出口的壁中或在所有下侧出口中，且在下侧 出口下壁由挡根或分配器的壁限定的情况下，这个下壁可形成为具有扰 动结构。作为下侧出口的所述下壁的补充或替代，下侧出口的上壁可替 代地形成为具有所述扰动结构。

　　扰动结构可如同所述的第一方面的情况，即，其为通道(连续的或不 连续的)、狭槽、凹槽、切口、陷窝、突起或任何其它不连续结构。

　　扰动结构因而可设置在位于或低于水口的最上方侧出口的高度处的任何表面中，即，不包括在所述高度上方的中央流动钻孔中的扰动结构。

　　图1示出根据本发明一实施例的水口 10,该水口包括管道11，管 道沿着在使用中基本上竖直定向的轴线是细长的。水口具有上入口 12、 相对于轴线，以及在轴向大体上位于倾冻牛的下 出口 13、 14之间的下出口 15。

　　水口 IO大体上包括三个区段。水口的上区段6具有基本上呈圆形 截面管的形式，在其最上末端止于入口 12处。在上区段16的下方，中

　　平。在中区段17的下方是下区段18,其包括倾斜出口 13、 14及轴向出 口 15。

　　类似于中区段17,下区段18在所述正交平面中变平并且也向外扩 展。两个挡板19、 20分别形成在水口末端的相对侧，挡板在所迷正交 平面的方向上完全延伸到通道的整个宽度。

　　才艮据将从图1可见的，倾斜出口 13、 14分别限定为介于所迷下区 段18中的水口的扩展侧壁与挡板19、 20的相应外壁21、 22之间。在 图l所示的示例中，这些外壁凸出地向下弯曲至出口 13、 14的相应开口端，从这里挡板的这些外壁为平直的，作为水口的侧壁向下延伸至水 口下末端，在该水口下末端处挡板终止。如从图1中能够准确的看出，挡板形

　　成为拥有相对应内壁23、 24，该内壁23, 24凹入地弯曲，每个内壁从挡 板的下末端向上延伸到其弯曲顶端，在这里挡板的凹入外壁终止。如图 1所示，顶端是圆角状的，但在另一实施例中，这个顶端可形成为尖顶 点，或平坦表面。因而下轴向入口 15限定在挡一反19、 20的相应朝内壁 23、 24之间。

　　在使用中，图1的铸造水口 10布置在中间包与结晶器之间且用作 引导钢水从中间包经过铸造水口流动到结晶器。因而钢进入上入口 12 并向下流经水口的上区段16和中区段17。当钢流到达下区段18时，它 遇到挡板19、 20,最初遇到挡板的上顶端，结果，钢分別通过倾斜出口 13、 14流出，且该流的其余部分从水口的下末端通过限定于挡板19、 20的相应内壁23、 24之间的下轴向出口 15而排出。由于这些内壁如图 l所示凸出地弯曲和布置，因此钢被压缩，使得离开铸造水口并进入 结晶器的钢并不扩散，例如，如果挡板的下内表面相对地会聚，就会发 生这种情况。

　　就每个挡板的精确位置和布置而言，显然需要这些都相同，即，存 在与这个下区段18对称的配置。能够准确的看出在图l所示的实施例中，挡

　　^反内壁的下末端相对于内壁的上末端(即，在所述顶端处的上末端)略樣i 向外间隔开，使得挡板的相应上末端之间的距离小于挡板的下末端之间 的距离，这些距离从挡板的相应内壁测量。然而应了解，影响金属流外 流的更重要的因素是内壁凹入地弯曲的事实。然而应了解，这个凹曲度 无需在每个内壁的整个上延伸使得凹曲度在每种情况下可用于所述壁 的仅一部分。

　　现转至图2,其示意性地示出根据本发明的铸造水口的又一形式的 下区段。然而其非常类似于图l所示的下区段，且共同的部件用与图1 所使用的相同数字来表示。因此，能够准确的看出图2所示的实施例具有与图 1实施例的布置相同的挡板19、 20,且挡板带有相应倾斜出口 13、 14 安置于所述挡板的外壁21、 22之上。实际上，区别于图1所示的下区 段18的唯一变化是位于挡板19、 20之间从水口的下末端的高度向上延 伸的中央流量分配器25。流量分配器25,类似于挡板19、 20,完全在 管道的整个宽度上延伸。流量分配器具有安置于水口末端高度的平坦下表面26,而其基本上平直的相对侧壁27、 28分别向上会聚以形成圆角 形的上顶端29。水口的中心纵向轴线穿过所述流量分配器的中心延伸， 因而所述流量分配器在中央轴向地定位于挡板的相应内壁23、 24的中 间位置。因此，两个相等的大体上轴向出口 30、 31分别形成在流量分 配器的相应相对侧，出口 30限定在挡板内壁23与分配器的侧壁27之 间，而轴向出口 31形成在挡板20的内壁24与流量分配器的侧壁28之 间。

　　与图1所示的布置类似，依靠挡板的凹入弯曲的内壁23、 24,存在 对流动钢的压缩使得通过提供中央分配器，离开轴向出口 30、 31 的流动自身也因此被压缩和会聚。

　　图3示出本发明的再一实施例，这个图与图2所示的实施例非常相 似，仅说明了铸造水口的下区段18。同样，已使用相同的附图标记用于 相同的部件。实际上，与图2所示的布置的唯一的不同涉及挡板配置， 在这里用附图标记19a、 20a来表示挡板。从图3中能够准确的看出，虽然挡板 的相应内壁23a、 24a仍是凹入地弯曲，但它们相对于穿过水口的纵向 中心线有效地更为向后倾斜，使得与上顶端之间距离小于内壁23、 24的相应下末端之间距离的第 一实施例和第二实施例的布置相对比，图 3的实施例是相反的情况，即，内壁23a、 24a的相应上末端之间的距离 大于内壁23a、 24a的相应下末端之间的3巨离。能够准确的看出这是由于下面 这个事实穿过挡板内壁下末端所取得的水口的纵向中心线的平行线相 对于穿过挡板内壁上末端所取得的相应线向内。但可以认为这种布置将 同样提供分别关于图1的第一实施例和图2的第二实施例所提及的益 处。

　　在目前已经描述的实施例中，应注意的是在提供中央流量分配器的 情况下，中央流量分配器从管道的末端向上延伸到比挡板的相应顶端安 置处的高度明显更低的高度。然而在图4所示的实施例中，其在其它方 面与图3所示的实施例相同，但现用附图标记32表示的中央流量分配 器延伸到远高于挡板的相应顶端安置处高度的高度。中央流量分配器32 具有大体上在管道11末端高度处的下平坦基部33和分别平直地向上会 聚的相对侧壁34、 35,这些侧壁在上平坦顶端36处交会。

　　已经发现提供这种中央流量分配器32能控制边界层且通常其可在 挡板顶部上方大约lcm处。这个设计造成钢水以占据全部出口区域的状态离开水口并认为这种设计比图2和图3分别所示的设计有了改进。

　　图5至图7示出用数字37表示的中央流量分配器的另一形式。尽 管最初打算用这个流量分配器37替换流量分配器32,即，其将在铸造 水口中挡板的上高度之上延伸，但其可在需要的情况下替换流量分配器 (诸如流量分配器25 ),流量分配器25仅延伸到挡板的上高度下方的高 度。流量分配器37具有类似于流量分配器32的形式，也具有平坦基部 38和分别相对会聚的侧壁39、 40，这些侧壁的顶部接合处为圆角状的， 如在41处所示，以形成流量分配器的顶端。从图6所示的侧视图可以 看出，在所示出的实施例中，前侧42和后侧43分别从基部38向上发 散使得顶端的宽度大于基部宽度，如图所示。从图7能够准确的看出，中央矩 形通道44、 45形式的4尤动结构分别形成于侧壁39、 40中，这些通道在 分配器的整个高度延伸。通过提供这些通道，改变边界层，使得流体流 动更为贴切地沿着出口的形状。

　　作为在面对挡板的流量分配器的一个或两个侧壁中连续竖向通道 形式的扰动结构的替代，扰动结构可以是不连续的通道、狭槽、凹槽、 切口或在面对挡板的流量分配器的 一 个或两个壁中的任何其它不连续 结构。特别地，扰动结构的截面可能不是如图所示的矩形，且替代地， 例如，扰动结构可能仅仅是凹陷的陷窝。此外，作为在流量分配器中 提供这样的扰动结构的替代或补充，在挡板的朝内壁中的 一个或两个壁 中也可提供扰动结构。就挡板的相应外壁而言，其不必一定是凸出弯曲 的形式，因为其可以是平直的，或实际上为任何其它适当形式。此外， 也有一定的可能在挡板的所述外壁的一个或两个壁中，诸如上文关于流量分配 器37所提及的那些不连续结构可设置在所述壁中。

　　在本发明的所有实施例中，从下端口或多个下端口(出口)产生会聚 流动。利用数学建模，验证出本发明产生会聚外流。特别地，通过检查 结晶器中的迹线，本发明的水口使流体流会聚从而使该流保持集中到结 晶器的较深处直到能注意到回旋流图案。利用先有技术已知的铸造水 口 ，目的是使流扩散，从而等效迹线验证了流体流从下端口的蔓延和扩 散。

　　作为设置成与水口挡板的凹入弯曲的内壁相结合的扰动结构的替 代， 一个或多个起伏凹凸可设置在水口的任何表面中，倘若这个表面位 于或低于最上方的下侧出口高度处，则其适合于在使用中引导熔融金属流经水口 。最上方的下侧出口上方的中央流动钻孔中的表面因而与这个 另一发明方面无关。

　　图8示出备选的(2端口)铸造水口 46形式的下端部，且示出了在四 个引导流动表面中的各种各样的形式的扰动结构，即包括47至50。

　　铸造水口具有一对相反指向的向下倾斜的侧出口 51、 52。水口的内 结构底部形成为部分圆锥形表面，且其顶端53在水口的中心轴线上。 因此，每个出口的上表面由限定中央流动通路的水口壁下端限定且每个 出口的下表面在水口底部由内圆锥形结构的倾斜表面限定。出口 51的 上表面和下表面分别由54、 55表示，而对于出口52,则分别等效地4吏 用数字56、 57表示上表面和下表面。

　　如图8和图9所示，表面54设置有V形凹槽54a的形式的扰动结 构，而表面56设置有凹入陷窝56a。出口 51的下表面在其表面55形成 为具有内基部被整平的V形凹槽55a，而出口 52的表面57形成为具有 半圓形截面的凹槽57a。这些只是扰动结构/不连续结构类型的示例和它 们可应用到的水口流动引导表面的示例。如先前所提到的，提供扰动结 构改变边界层，产生更贴切地沿着端口形状的流体流动。因而改进了端 口利用且通过减小边界条件的影响而使熔融金属流的动能分散在与水 口的外部相对的水口内部。

　　1. 一种用于引导熔融金属从容器流动到结晶器内的水口，所述水口包括管道，所述管道沿着在使用期间竖直定向的轴线是细长的，所述水口具有至少一个上入口且朝向其下端具有两个间隔开的挡板，所述挡板的相应外壁部分地限定两个下出口且所述挡板的相应内壁在其间限定至少一个出口流动通路的至少一部分且每个内壁至少部分地凹入弯曲并布置成使得存在着来自所述一个或多个出口流动通路的会聚流动。

　　2. 根据权利要求1所述的水口，其特征是，所述下出口相对于所述轴线倾斜远离所述至少一个上入口 。

　　3. 根据权利要求1或2所述的水口，其特征是，所述两个挡板都 乂人所述水口的所述下端向上延伸。

　　4. 根据前述权利要求中任一项所述的水口 ，其特征是，所述挡板 的相应外壁至少部分地凸出地弯曲。

　　5. 根据前述权利要求中任一项所述的水口，其特征是，至少一个 流量分配器或分流器安置于所述间隔开的挡板之间。

　　6. 根据权利要求5所述的水口 ，其特征是，提供单个流量分配器， 其居中地位于所述挡板之间，且所述流量分配器的相应相对侧是平直 的，朝向所述水口的下端相互发散。

　　7. 根据权利要求5或6所述的水口 ，其特征是，所迷流量分配器 /人所述水口的所述下端向上延伸。

　　8. 根据权利要求5至7中任一项所述的水口 ，其特征是，所述流 量分配器在所述挡板所延伸到的高度上方向上延伸。

　　9. 根据权利要求5至8中任一项所述的水口 ，其特征是，所述至 少一个流量分配器在其至少一个壁中设置有扰动结构。

　　12. 根据权利要求9所述的水口，其特征是，所述扰动结构是凹 陷结构。

　　13. 根据权利要求12所述的水口 ，其特征是，所述凹陷结构设置 在所述流量分配器的两壁中，所述凹陷结构交会以形成穿过所述流量分 配器的通路。

　　14.根据权利要求12或]3所述的水口 ，其特征是，所述凹陷结构是连续的或不连续的通道、狭槽或切口。

　　15. 依据权利要求14所述的水口，其特征是，所述凹陷结构是沿 着所述流量分配器的相对侧中的每一侧的基本上整个长度定位的竖直 通道。

　　16. 根据前述权利要求中任一项所述的水口 ，其特征是，至少一 个扰动结构设置在所述挡板的朝内壁的至少一个壁中。

　　17. —种用于引导熔融金属从容器流动到结晶器内的水口 ，所述水口包括管道，所述管道沿着在使用期间竖直定向的轴线是细长的，所迷 水口具有至少一个上入口和至少一个下侧出口 ，位于或^f氐于最上方的下侧出口的高度处的水口的任何表面中的至少一个表面中设置有 一种扰 动结构，这些表面适合于在使用中引导熔融金属。

　　19. 依据权利要求17所述的水口，其特征是，所述扰动结构是凹 陷结构。

　　本发明涉及用于引导熔融金属从容器流动到结晶器内的水口。该水口包括管道，该管道沿着在使用期间竖直定向的轴线是细长的。该水口具有至少一个上入口(12)和朝向其下端的两个间隔开的挡板(19，20)，该挡板的相应外壁部分地限定两个下出口(13，14)且挡板的相应内壁在其间限定至少一个出口流动通路(15)的至少一部分。每个挡板内壁至少部分地凹入地弯曲且布置成使得存在着来自所述一个或多个出口流动通路的会聚流动。

　　发明者J·帕拉福克斯-拉莫斯, R·D·莫雷尔斯 申请人:里弗雷克特里知识产权两合公司

　　1. 金属材料表面改性技术 2. 超硬陶瓷材料制备与表面硬化 3. 规整纳米材料制备及应用研究

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