阅读说明：本技术 上水口及中间包 (Upper nozzle and tundish ) 是由 杨时标 方斌祥 刘江波 葛历峰 宋江平 云海 尹明强 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种上水口及中间包,上水口包括具有流入口和流出口的本体,所述流入口和所述流出口之间通过流道相连通,沿流道延伸方向,所述流道通过截面积的变化形成至少一个引流段,沿流道延伸方向,所述引流段的截面积先增大后变小；其中首个引流段的进口与所述本体的流入口连通,末个引流段的出口与所述本体的流出口连通,该方案相对于现有技术,引流段增大上水口内腔空间,改变上水口内钢水的流动状态,尤其是改变钢水沿流道内壁流束的方向性,从而克服水口内壁物质的粘附沉积,有效防止了中间包上水口的结瘤堵塞现象。(The application discloses a water feeding port and a tundish, wherein the water feeding port comprises a body with a flow inlet and a flow outlet, the flow inlet is communicated with the flow outlet through a flow passage, the flow passage forms at least one flow guiding section through the change of sectional area along the extension direction of the flow passage, and the sectional area of the flow guiding section is increased and then reduced along the extension direction of the flow passage; compared with the prior art, the scheme has the advantages that the drainage section increases the inner cavity space of the upper nozzle, changes the flowing state of molten steel in the upper nozzle, particularly changes the direction of the molten steel along the flow beam of the inner wall of the flow channel, thereby overcoming the adhesion and deposition of substances on the inner wall of the nozzle and effectively preventing the clogging phenomenon of the upper nozzle of the tundish.)

上水口及中间包

技术领域

本申请涉及钢铁冶金设备领域，特别是涉及一种上水口及中间包。

背景技术

中间包在连铸过程中盛装钢水，塞棒大部分浸没于钢水中，并垂直立于上水口正上方，二者位于同一轴线上。上水口安装固定在中间包底部，塞棒可轴向垂直移动，棒头与上水口进口之间的空隙形成钢水的通道，钢水经该通道进入上水口内腔，最后经浸入式水口流入结晶器凝固成坯。

上水口作为连铸生产中的关键耐火材料，在防止钢水氧化、分散、调整结晶器内钢水流型，促进夹杂物上浮及防止保护渣卷入方面起着重要的作用，但是在浇铸低碳铝镇静钢和含钛钢、高氧钢、高锰钢、钙处理钢等钢种时经常会因钢液中的非金属夹杂物沉积在水口内壁而发生堵塞。钢水中Al₂O₃等夹杂物多以固体状态存在，钢水在中间包底部向上水口内孔注流时，由于截面积缩小，钢水流速度变快，局部夹杂物浓度增加，夹杂物极容易碰撞长大，长大颗粒粘附在粗糙水口内壁，形成夹杂物的聚集、堵塞。

目前，上水口采用吹氩的方式克服上水口堵塞，通过在上水口中孔周壁使用弥散透气材料提供多孔结构的方式进行吹氩，也有采用狭缝、导孔等透气方式吹氩的。但无论何种方式引入氩气，都需要对供气流量、气泡直径、气泡分布状态进行严格的设计和控制，存在大氩气泡导致结晶器卷渣、液面波动强烈、氩气致铸坯气泡、针眼等缺陷，同时还会消耗大量的氩气。

发明内容

本申请提供的一种上水口及中间包，用于解决现有技术中上水口结瘤堵塞的技术问题。

本申请提供一种中间包的上水口，包括具有流入口和流出口的本体，所述流入口和所述流出口之间通过流道相连通，沿流道延伸方向，所述流道通过截面积的变化形成至少一个引流段，沿流道延伸方向所述引流段的截面积先增大后变小；

其中首个引流段的进口与所述本体的流入口连通，末个引流段的出口与所述本体的流出口连通。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，截面积的变化方式为内径的增减，或周向上的局部区域沿流道径向凸凹变化。

可选的，所述首个引流段的进口与所述本体的流入口的连通方式为直接对接或间接对接，其中间接对接的方式为通过收口段和/或第一等径延伸段连通。

可选的，所述引流段的内壁或所述第一等径延伸段的内壁沿流道的周向设置有多个凸起，该凸起用以增加流体的湍流。

可选的，所述末个引流段的出口与所述本体的流出口的连通方式为直接对接或间接对接，其中间接对接的方式为通过扩口段和/或第二等径延伸段连通。

可选的，相邻两引流段之间的连通方式为直接对接或通过第三等径延伸段连通。

可选的，沿流道延伸方向，所述引流段的截面积最大处的外圆直径为D1，所述引流段的进口内径为D2，所述引流段的出口的内径D3，且D1为D2的1.1～2倍，D1为D3的1.1～2倍。

可选的，沿流道延伸方向，所述流道的长度为L1，所述引流段的长度为L2，且L1为L2的1～7倍，L2为D1的0.3～3倍。

可选的，所述上水口还包括设置于所述本体的吹氩透气装置，所述吹氩透气装置位于所述流入口处和/或所述流出口处。

本申请还提供如下技术方案：

中间包，包括熔池以及设置于所述熔池底部的上水口，所述上水口如以上任意一项所述的上水口。

本申请的一种上水口及中间包，引流段增大上水口内腔空间，改变上水口内钢水的流动状态，尤其是改变钢水沿流道内壁流束的方向性，从而克服水口内壁物质的粘附沉积。

附图说明

图1为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图；

图2为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图；

图3为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图；

图4为上水口的局部结构示意图；

图5为上水口的局部结构示意图；

图6为上水口的局部结构示意图；

图7为上水口的局部结构示意图；

图8为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图；

图9为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图；

图10为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图；

图11为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图；

图12为本申请提供的一实施例的上水口的结构示意图。

图中附图标记说明如下：

100、上水口；101、本体；102、流道的延伸方向；10、流入口；11、收口段；12、第一等径延伸段；20、流出口；21、扩口段；22、第二等径延伸段；30、流道；40、引流段；41、第三等径延伸段；42、凹槽；43、连续条带；44、首个引流段；45、末个引流段；50、吹氩透气装置。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

其中一实施例中，如图1至图12所示，一种中间包，包括熔池以及设置于熔池内的上水口100，熔池内的钢流由上水口100分配进入结晶器。

上水口100包括具有流入口10和流出口20的本体101，流入口10和流出口20之间通过流道30相连通，沿流道30延伸方向，流道30通过截面积的变化形成至少一个引流段40，沿流道30延伸方向引流段40的截面积先增大后变小；

其中首个引流段44的进口与本体101的流入口10连通，末个引流段45的出口与本体101的流出口20连通。

连铸工艺稳态操作塞棒时，引流段40将致使流道30中心钢流的速度高于流道30周侧，侧边钢流会形成湍流或处于层流-湍流转变状态，这种流态将造成钢水对流道30内壁各个方向的冲刷，流道30内壁也将对钢流产生一定的剪切应力以削弱流动；而在层流状态，钢流中的粒子运动是沿着流道30内壁有序向前运动。因此流道30的内壁就不易附着颗粒物(非金属夹杂或者金属氧化物淀析物，如氧化铝等)。

首个引流段44的进口通过流入口10开放于熔池底部，并通过流入口10形成缩径，引流段40内将形成负压区。根据虹吸原理，引流段40的流入口10突然收缩及引流段40内负压区的形成，将会使内部钢液受到一定的虹吸作用力，如果该作用力足够大，足以克服钢液的重力及下冲力，则会导致钢液回吸，尤其是沿着流道30向上部回流，从而形成对流道30的内壁冲洗效应，即使有附着物也很难进一步沉积造成堵塞。同时，流道30内壁因湍流而形成的剪切应力也有力地促进了粘附颗粒的冲刷作用。

引流段40增大上水口100内腔空间，改变上水口100内钢水的流动状态，尤其是改变钢水沿流道30内壁流束的方向性，从而克服水口内壁物质的粘附沉积。

引流段40的出口沿流道30径向内敛回收，收缩的目的是向流道30中心集束钢流以与下部控流通道孔径匹配。经过引流段40出口的钢流突然受到束缚，一部分钢液会沿流道30侧壁自然反冲回流，这样沿流道30内壁各种方向的钢液流束就会交错混流，就能够对试图粘附沉积或已经粘附沉积在流道30内壁的颗粒物形成持续的、不同方向的冲刷和剪切作用，从而大大降低甚至完全杜绝了上水口100堵塞现象。

流道的延伸方向102(图1中X方向)为：流道30内的钢流流动的方向，也可以为流入口10至流出口20的方向。流道30的径向垂直于流道的延伸方向102。

其中，当引流段40为一个时，首个引流段44与末个引流段45为同一个引流段40，引流段40的进口与本体101的流入口10连通，引流段40的出口与本体101的流出口20连通。

引流段40为多个时，引流段40进口导引钢流向流道30中心集中，进入到引流段40内的钢流则向外侧扩散，多个引流段40的联合作用致使流道30内钢液对称流动，破坏原来的层流促成广泛的湍流流束，尤其是沿流道30内壁的流束。

引流段40的形状在本实施方式中不进行限定，可以为纺锤形(含橄榄形、水滴形、梨形等多种近似构型)、圆形、椭圆形，甚至锥形、多边形等各种形状，引流段40的形状根据实际需要进行调整，在此不再进行阐述。当然，各引流段40的形状可以相同可以不相同。

上述引流段40的形状：可以为沿流道30延伸方向的截面形状，也可以为流道30径向方向的截面形状。

为了进一步防止上水口100结瘤堵塞，流道30的表面设置有防堵塞材料层。

在另一实施例中，如图1所示，截面积的变化方式为内径的增减。

沿流道30延伸方向，引流段40的截面呈圆形，截面积的变化方式为内径的增减。当然，在其它实施方式中，沿流道30延伸方向，引流段40的截面呈椭圆形等形状时，此处的内径的增减可以为引流段40沿流道30延伸方向的截面外圆内径或内圆内径的增减。

在另一实施例中，如图2及图3所示，截面积的变化方式为周向上的局部区域沿流道30径向凸凹变化。

具体地，本体101沿流道30延伸方向周向布置的多个凹槽42，各凹槽42开放于流道30，相邻的凹槽42之间形成连续条带43，各凹槽42均开放于流道30，通过凹槽42构成引流段40，同样能够改变注流流态的目的。该结构一定程度上弱化了缩径的作用，但保留了上水口100足够的结构强度，尤其是对于较小或壁面设计较薄的上水口100比较适用。

为了增大引流段40的腔体，连续条带43朝向流道30的一侧呈曲面设置。

沿流道30的轴向方向，凹槽42的深度依次变大再依次变小。凹槽42的深度为沿流道30的径向的长度。

凹槽42的尺寸以及连续条带43的尺寸可视本体101大小及流道30孔径尺寸灵活设计，满足即能实现上述设计效果又能保持上水口100足够的机械强度不致穿漏的原则。同样的，凹槽42的数量根据本体101大小及流道30孔径尺寸进行调整，在此不在进行阐述。

优选地，凹槽42的数量为3～6个。

进一步地，如图3所示，沿流道30的轴向方向，凹槽42底部宽度依次变小再依次变大。

在另一实施例中，如图4所示，首个引流段44的进口与本体101的流入口10的连通方式为直接对接。

由于本体101的强度有限，此时首个引流段44的进口与流入口10的连接处很容易损毁，在实际的应用中往往不会采用此种连接方式。

在另一实施例中，如图1及图5所示，首个引流段44的进口与本体101的流入口10的连通方式为直接对接或间接对接，其中间接对接的方式为通过收口段11和/或第一等径延伸段12连通。

收口段11可以理解的是，沿流道的延伸方向102，收口段11的截面变化逐渐减小。

在本实施方式中，沿流道的延伸方向102，收口段11的截面呈圆形，收口段11由流入口10逐渐缩径直至与首个引流段44的进口相对接。收口段11的内径确定要考虑到与塞棒棒头的配合(如果控流系统使用塞棒的话)以产生适宜的流量及流型。

当然，在其它实施方式中，收口段11沿流道的延伸方向102的截面形状也可以是多边形、椭圆形等，在实际应用中，主要是通过流入口10的形状进行调整收口段11沿流道的延伸方向102的截面形状，在此不再进行阐述。

第一等径延伸段12可以理解的是，沿流道的延伸方向102，第一等径延伸的截面面积变化相等。

同样地，在本实施方式中，沿流道的延伸方向102，第一等径延伸段12的截面呈圆形。当然，在其它实施方式中，第一等径延伸段12沿流道的延伸方向102的截面形状也可以是多边形、椭圆形等，在实际应用中，主要是通过流入口10的形状进行调整第一等径延伸段12沿流道的延伸方向102的截面形状，在此不再进行阐述。

在另一实施例中，引流段45的内壁或第一等径延伸段12的内壁沿流道30的周向设置有多个凸起，该凸起用以增加流体的湍流，用以降低夹杂物粘附在收口段11的内壁。

流入口10或收口段11与塞棒相配合形成供钢水流动的间隙，为了避免凸起影响该间隙及塞棒关闭严实，凸起的位置会避让该间隙。

具体地，该凸起位于塞棒与上水口100配合的下方，优选地设置在引流段45内。

优选地，凸起的外表面为球冠面。

在另一实施例中，如图6所示，末个引流段45的出口与本体101的流出口20的连通方式为直接对接。

末个引流段45的出口与首个引流段44的进口的口径可以相同，也可以相异。此时末个引流段45的出口内径大小除考虑到浇注流量需要外，还要同时兼顾与其下部控流系统流钢通道的孔径配合，最好达到口径一致或略小，以防止注流对其下部控件形成较大的冲刷侵蚀作用。

由于本体101的强度有限，此时首个末个引流段45的出口与流出口20的连接处很容易损毁，在实际的应用中往往不会采用此种连接方式。

在另一实施例中，如图1及图7所示，末个引流段45的出口与本体101的流出口20的连通方式为间接对接，其中间接对接的方式为通过扩口段21和/或第二等径延伸段22连通。

扩口段21可以理解的是，沿流道的延伸方向102，扩口段21的截面变化逐渐增大。此时扩口段21朝向引流段40一端的内径与首个引流段44的进口的口径可以相同，也可以相异。

扩口段21背向引流段40一端的内径口径大小除考虑到浇注流量需要外，还要同时兼顾与其下部控流系统流钢通道的孔径配合，最好达到口径一致或略小，以防止注流对其下部控件形成较大的冲刷侵蚀作用。

在本实施方式中，沿流道的延伸方向102，扩口段21的截面呈圆形，扩口段21由末个引流段45的出口逐渐扩径直至与流出口20相对接。当然，在其它实施方式中，收口段11沿流道的延伸方向102的截面形状也可以是多边形、椭圆形等，在实际应用中，主要是通过流入口10的形状进行调整收口段11沿流道的延伸方向102的截面形状，在此不再进行阐述。

第二等径延伸段22可以理解的是，沿流道的延伸方向102，第二等径延伸的截面面积变化相等。此时，第二等径延伸段22的内径大小与首个引流段44的进口的口径可以相同，也可以相异。

第二等径延伸段22的内径大小除考虑到浇注流量需要外，还要同时兼顾与其下部控流系统流钢通道的孔径配合，最好达到口径一致或略小，以防止注流对其下部控件形成较大的冲刷侵蚀作用。

同样地，在本实施方式中，沿流道的延伸方向102，第二等径延伸段22的截面呈圆形。当然，在其它实施方式中，第二等径延伸段22沿流道的延伸方向102的截面形状也可以是多边形、椭圆形等，在实际应用中，主要是通过流入口10的形状进行调整第二等径延伸段22沿流道的延伸方向102的截面形状，在此不再进行阐述。

在另一实施例中，如图8及图9所示，相邻两引流段40之间的连通方式为直接对接或通过第三等径延伸段41连通。

第三等径延伸段41可以理解的是，沿流道的延伸方向102，第三等径延伸的截面面积变化相等。

同样地，在本实施方式中，沿流道的延伸方向102，第三等径延伸段41的截面呈圆形。当然，在其它实施方式中，第三等径延伸段41沿流道的延伸方向102的截面形状也可以是多边形、椭圆形等，在实际应用中，主要是通过引流段40的出口与入口的形状进行调整第三等径延伸段41沿流道的延伸方向102的截面形状，在此不在进行阐述。

在另一实施例中，为了保持上水口100足够的壁厚，以防止使用中强度不足而断裂。沿流道30延伸方向，引流段40的截面积最大处的外圆直径为D1，引流段40的进口内径为D2，引流段40的出口的内径D3，且D1为D2的1.1～2倍，D1为D3的1.1～2倍。

优选地，D1为D2的1.2～1.8倍，D1为D3的1.2～1.8倍。

最优选的，D1为D2的1.5倍，D1为D3的1.5倍。

在另一实施例中，沿流道30延伸方向，流道30的长度为L1，引流段40的长度为L2，且L1为L2的1～7倍，L2为D1的0.3～3倍。

优选地，L1为L2的1.5～6倍，L2为D1的0.5～2.5倍。

在本实施方式中，引流段40的数量为1个或2～4个，当然，在其它实施方式中，引流段40的数量可以根据上水口100的长度进行布置，在此不再进行阐述。

在另一实施例中，如图10至图12所示，为了进一步防止上水口100的流道30结瘤堵塞，上水口100还包括设置于本体101的吹氩透气装置50，吹氩透气装置50位于流入口10处和/或流出口20处。当然，为了避免大氩气泡导致结晶器卷渣、液面波动强烈、氩气致铸坯针眼等缺陷，吹氩透气装置50也可以不设置。

优选地，吹氩透气装置50采用导孔吹氩方式。

其中，图10为吹氩透气装置50位于流入口10处。具体地，吹氩透气装置50的吹氩通道的出气口周向设置于流道30的内壁，并开放于流道30。当首个引流段44的进口与本体101的流入口10的连通方式为直接对接时，吹氩通道的出气口位于首个引流段44的顶部；当首个引流段44的进口与本体101的流入口10的连通方式为间接对接时，吹氩通道的出气口位于收口段11和/或第一等径延伸段12。

其中，图11为吹氩透气装置50位于流出口20处。具体地，吹氩透气装置50的吹氩通道的出气口周向设置于流道30的内壁，并开放于流道30。当末个引流段45的出口与本体101的流出口20的连通方式为直接对接时，吹氩通道的出气口位于末个引流段45的底部；当末个引流段45的进口与本体101的流出口20的连通方式为间接对接时，吹氩通道的出气口位于扩口段21和/或第二等径延伸段22。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。