浸入式水口的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种例如在黑色金属熔体和有色金属熔体的连铸中的板坯生产期间特别是用于将金属熔体从第一冶金单元运输到第二冶金单元的用于冶金中的浸入式水口(SEN)。所述SEN在下文中称为水口。
【背景技术】
[0002]就下文描述的这样的浸入式水口(SEN)的设计而言，参考当流体金属的流沿大体上竖直和向下的方向通过所述水口时所述水口的使用位置(铸造位置)。
[0003]从DE 24 42 915 A已知一种通用类型的浸入式水口，并且其用于将金属熔体从中间包(tundish)运输到锭模。
[0004]其总体设计如下:所述水口包括具有中心纵向轴线的管状主体。它可以通过三个部段限定:
a)上部部段，其包括入口开口(进入端口)；
b)中央部段，其包括用于熔体的通道，所述通道从所述进入端口延伸到出口端口。在此范围内，所述通道通过水口壁的内表面周向地定界。此水口壁包括处于相对侧(沿水平方向)处的两个出口开口。形成出口端口的出口开口从水口壁的内表面延伸到水口壁的外表面。出口开口沿中央部段的壁部布置，并且分别相对于水口的中心纵向轴线或通道的竖直部分大体上径向地延伸；
c)下部水口部段，其特征在于，它不包括任何通道和/或出口开口。它是实心的并且由耐火陶瓷材料制成。通常，此底部部段是平坦的(平面的)并且于是与中心纵向水口轴线基本上垂直，或者是弯曲的，例如，在其最下部部分处是凸的(从下方看)。
[0005]在后者情况下，所述底部部段也可以被限定为水口的水平剖面小于水口的相邻上部部分的水平剖面的部分。
[0006]弯曲的底部设计表示水口的所谓“鼻部(nose port1n)”，其在DE 24 42 915 A中限定为水口的处于侧向/径向出口开口的下端之下一定距离处的部分。
[0007]由耐火陶瓷材料制成的上部部段和中央部段二者可以具有圆柱形的形状。取决于其用途，中央部段的至少下部部分以及对应的下部水口部段可以与其它部段一样具有圆柱形的形状或不同地设计成例如具有非圆形的剖面，例如椭圆形、矩形等。此设计尤其是被用于薄板坯的铸造过程中，并且还通过DE 24 42 915 A来代表。
[0008]利用这种类型的水口，金属流经由所述入口开口(入口端口)流动到所述通道中，并且沿径向(侧向)方向(换言之:沿与水口的中心纵向轴线垂直的方向)穿过所述两个出口开口(出口端口)离开所述通道。
[0009]如DE 24 42 915 A中所述，此径向流出可能会引起问题，这是由于金属流在脱离水口的出口端口之后会撞击锭模的相邻的壁，从而引起铸流(strand)的薄凝固外壳的非期望的磨损。
[0010]为了避免这样的冲击磨损，DE 24 42 915 Al公开了一种在相应的出口开口与模的内表面之间的笼状中间屏障系统。虽然因此可避免金属流到模和/或铸流的外壳上的任何直接冲击，但它不能有效地减少金属在离开水口的出口端口时或在此后不久沿其路径到相关联的冶金容器(如模)中的湍流。相反，此系统甚至增加了金属熔体的湍流，从而引起另外的问题以及恪体在模的上部部分(进口部段)中的任意凝固(arbitrarysolidificat1n)。
[0011]为了改进恪体及其凝固的均勾性(homogeneity)，特别是为了避免在铸造期间(金属)铸流的外壳的任意凝固，从实践已知的是，在水口底部下方一定距离处围绕金属流安装电磁搅拌器，所述电磁搅拌器给予铸流一定的角动量(扭转角)。
[0012]此系统基本上合理地工作，但需要相应的安装和投资。在金属流带有相反扭转(opposite twist)地到达搅拌器区域的情况下，可能不会实现真正的优点。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种替代系统，其允许连续金属流(具有恒定的物理特征，如粘性)从一个冶金单元到另一个冶金单元中并且特别是经由水口到后继的锭模中。
[0014]为了克服现有技术的装置的所述缺陷，本发明基于以下考虑:
-用于改进的最重要的因素是熔体在离开水口时和离开水口之后的方向。水口内的熔体流，即沿所述中央通道向下的熔体流，是主要竖直的，直到它到达一个或多个出口开口。熔体流随后被重定向成沿差不多水平的方向(径向于水口的中心纵向轴线)，以穿过出口开口，如上所述，然后，当它进入布置在下部水口部段周围和之下的模的上部部分时和/或之后，它变回到沿主要竖直的方向。
[0015]换言之，熔体流的特征在于两次差不多直角的重定向(偏向)。
[0016]本发明的一个第一和重要的方面在于“软化”金属流中的这些间断处。根据密集的调查和水模型试验，这能够通过使出口端口(出口开口)从水口的(中央)部段延伸到水口的底部或“底部部段”中来实现。
[0017]换言之:沿整个水口的纵向方向将出口端口(一个或多个出口开口)扩大至下部水口部段中，并且向下通到它的底部部段中。
[0018]与DE 24 42 915 A的水口相反，出口开口不依赖于鼻部的形状(平坦/平面的或弯曲的)延伸到水口的底部部段(鼻部)中。新水口设计的底部的特征在于它包括所述至少一个出口开口的下端。
[0019]通过此设计特征，相应的(或每个)出口开口允许金属熔体不仅沿差不多水平的(并且通常是径向的)方向而且也沿竖直的方向流出。
[0020]换言之:如果金属流通过矢量来表征，则它现在提供了相当大的竖直矢量分量Vv(除常规的水平矢量分量Vh之外)。限定金属流的流动方向的竖直矢量分量和水平矢量分量之间的关系(Vv/VH)可以通过出口开口(出口狭缝)沿水口的中央部段和底部部段的相应的长度和宽度来设定。
[0021 ] 将一个或多个出口开口扩大到水口的底部部段中降低了金属流在其从水口到相关联的冶金单元中的路径上的任何重定向的“锐利度”。
[0022]虽然熔体的主体积仍可以经由出口开口的沿中央水口部段的下部部分布置的部分侧向地脱离水口，但一个或多个出口开口的相邻的(延伸的)最下部部分促使熔体流转成竖直向下运动(方向)并且按对应的向下定向和扭转流出。
[0023]已发现在水口的底部部分内的出口开口是熔体流的对应的角动量的原因。
[0024]所述出口开口可以具有各种剖面模式，但优选的一种是狭缝状的模式，所述模式的特征在于，沿竖直方向比沿水平方向具有更长的伸长，其中，关系可以是:>2:1、>3:1、>4:1、>5:1、>6:1、>7:1。
[0025]通常，出口开口的上部部分和下部部分二者的宽度(周向)是大约相同的。
[0026]本发明的第二方面是出口开口的径向/侧向定向。优选相对于与包括中心纵向轴线的平面平行的平面倾斜的狭缝状开口，以在金属流内实现/强加更强的角动量。
[0027]具有>5°、>8°、>12°、>20°、>30°的角度α的倾斜是最合适的，这取决于开口(特别是狭缝)的数量和布置以及取决于中央水口部段的下部部分的总体设计。相对包括水口的中心纵向轴线的平面成5°和45 °之间的角度给予金属流一定的切向流动方向，其中，在10。和30°之间的角度在大多数应用中是优选的。
[0028]取决于所需的角动量，每个开口的相对的竖直边界表面可以是平坦的(平面的)或弯曲的，彼此平行或具有不同的倾角/曲率。
[0029]出口开口的数量是实现修改和改进的流出模式的另一个方面。现有技术的装置的特征为两个相对的出口开口。彼此偏移120°的三个出口开口、优选为同样彼此偏移相同的角度的四个、五个、六个或更多个出口开口，是影