專利名稱：無旋渦水口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體流動(dòng)的流出口，具體來說是冶金行業(yè)鋼水從一個(gè)容器轉(zhuǎn)移到另一個(gè)容器的流出口(即出鋼口)，尤其是一種能抑制鋼水流出過程中所產(chǎn)生旋渦的出鋼口。水口是鋼鐵企業(yè)對(duì)出鋼口的一種俗稱。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代煉鋼廠中，鋼水卷渣問題一直是個(gè)難以完全解決的問題。鋼液從轉(zhuǎn)爐到鋼包的出鋼末期，由于旋渦的產(chǎn)生，會(huì)將鋼渣卷入鋼水，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)卷入空氣，造成鋼包中渣量大，及鋼水回磷、回硫，減少合金的收得率。此外，鋼水從鋼包到中間包末期以及鋼水從中間包到結(jié)晶器的末期，鋼渣卷入鋼水，也會(huì)造成鋼水夾雜物增加，影響鋼水質(zhì)量。
從1970年開始，世界各國冶金工作者都在想辦法解決這個(gè)問題。國內(nèi)外普遍采用出鋼擋渣的方式來減少下渣量，使用密度介于鋼水和鋼渣之間的耐火材料擋渣球或擋渣塞，使其在出鋼末期堵塞出鋼口，使鋼渣留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)?，F(xiàn)在正在國內(nèi)推廣的氣動(dòng)擋渣法，是在出鋼末期，用高壓氣體向出鋼口逆向吹，使鋼渣不能下來。在鋼包內(nèi)，在水口外安裝下渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)鋼渣混入鋼水時(shí)，由于電信號(hào)的改變，及時(shí)關(guān)閉水口，防止卷渣。這些方法的不足之處是，都認(rèn)為旋渦的存在不可避免，被動(dòng)地在鋼水卷渣量達(dá)到一定比例時(shí)，停止出鋼過程，但這時(shí)已經(jīng)有相當(dāng)一部分渣進(jìn)入了下一個(gè)容器，而且有很大一部分鋼還留在原容器內(nèi)不能得到利用而被當(dāng)作廢鋼。按照設(shè)計(jì)，為了避免鋼渣大量卷入鋼水，我國某鋼鐵企業(yè)1996年引進(jìn)的大型煉鋼廠一般要在轉(zhuǎn)爐內(nèi)留1％的鋼水、鋼包留0.5％，中間包每個(gè)澆次殘留10噸，這樣算下來，一年大約有8萬噸鋼水直接變成了廢鋼。而實(shí)際殘留的鋼水要大于這個(gè)數(shù)，因卷渣而造成鋼中含有大型夾雜物而引起鋼坯鋼材報(bào)廢的量就更大。
1994年7月《上海金屬》第4期介紹了日本川崎的三孔出鋼法將出鋼口設(shè)置為呈等邊三角分布的三個(gè)，使發(fā)生旋渦的能量互相抵消而達(dá)到少渣的目的。此法的缺點(diǎn)在于三孔之間距離的確定存在兩難的選擇，不能過大，過大則相互影響小，不足以抵消旋渦能量；過小，則三孔之間的耐火材料的強(qiáng)度不易達(dá)到，所以此法很少被采用。我國實(shí)用新型專利94207245.6介紹了連鑄中間包出流口的渦流抑制擋板，其特征是由3-7塊長(zhǎng)條形耐火材料砌筑在中間包座磚處圓孔周圍，以此來降低旋渦的強(qiáng)度。此法的不足之處是，由于座磚大多是漸縮式或錐形口，擋板離旋渦中心很遠(yuǎn)，所以起到的效果有限，據(jù)了解現(xiàn)在沒有實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種無旋渦水口以及抑制水口旋渦使之成為無旋渦水口的方法，它能有效地抑制水口旋渦的形成，減少出鋼時(shí)的下渣量，減少鋼水回磷、回硫，提高合金收得率，為鋼水精煉提供良好的條件，提高鋼水質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的依據(jù)抑制水口旋渦使之成為無旋渦水口的方法，無旋渦水口與普通水口一樣，水口中心有一個(gè)通道形空腔，空腔的形狀為長(zhǎng)筒形，倒圓臺(tái)形及漸縮形，其特別之處在于在水口本體上設(shè)置有內(nèi)擋板或/和上擋板。設(shè)置于通道形內(nèi)腔上沿的上擋板向上凸出并依放射方向放置，上擋板前端超出上沿位于空腔之上，使它們能阻擋水口上部旋渦的形成，擋板之間形成的空間將大旋渦分散為小旋渦，使其能量相互抵消。設(shè)置于水口的通道形內(nèi)腔中的內(nèi)擋板向中心凸出并向通道下沿延伸，相鄰擋板與它們之間所夾的空腔內(nèi)壁組成一個(gè)半封閉的旋渦區(qū)，將內(nèi)腔分割為若干相互通達(dá)的小區(qū)，使鋼水流過水口時(shí)在各小區(qū)所產(chǎn)生的旋渦相互干擾，能量相互抵消，從而使整個(gè)水口成為無旋渦水口。
無旋渦水口上擋板向空腔中心凸出的長(zhǎng)度為水口通道空腔上沿半徑的0.2～0.8倍，上擋板向上凸出的高度為空腔下沿半徑的0.5～4倍，沿放射方向的長(zhǎng)度為空腔上沿半徑的0.5～5倍；內(nèi)擋板寬度為空腔長(zhǎng)度方向上各橫截面半徑的0.2～0.8倍，內(nèi)擋板沿通道方向的長(zhǎng)度為空腔下沿半徑的0.5倍至與整個(gè)水口長(zhǎng)度相等；內(nèi)擋板、上擋板的數(shù)目為1至6塊。
無旋渦水口本體的通道形空腔的橫截面形狀為圓形或多邊形；內(nèi)擋板的凸出部分形狀為上寬下窄的長(zhǎng)條形、三角形、漸縮形或?qū)挾纫恢碌拈L(zhǎng)條形、弧形；上擋板的形狀為長(zhǎng)方形、梯形或類三角形。
無旋渦水口的內(nèi)擋板與上擋板均勻或不均勻分布，內(nèi)擋板與上擋板的數(shù)目相同或不相同，內(nèi)擋板與上擋板重疊或不重疊放置。
本發(fā)明的技術(shù)方案非常簡(jiǎn)單，僅僅只增加了幾塊上擋板和內(nèi)擋板，即取得了顯著的技術(shù)效果。①抑制出鋼過程中的旋渦，使鋼水卷渣量少，精煉時(shí)所需用合金、爐料減少，成本降低。②由于抑制出鋼旋渦，不用顧及鋼渣卷入，可以提高出鋼量，降低廢鋼率。③出鋼時(shí)下渣量少，避免回硫回磷，鋼渣卷入鋼水中少，減少了鋼中的大型夾雜物；由于鋼水出水口時(shí)切向速度小，減少了鋼水吸入空氣的量，這些都提高了鋼水的純凈度。④由于鋼水流出時(shí)切向速度小，減輕了對(duì)水口的磨損，提高了水口壽命。
通過實(shí)驗(yàn)觀察無旋渦水口與普通水口的下渣情況。實(shí)驗(yàn)中以水力模型模擬鋼包(模型大小為400×400×400mm)，用膨脹珍珠巖浮于水面模擬鋼渣，水位250-300mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下所示實(shí)驗(yàn)1，水口上部直徑90mm，下部直徑20mm，水口高90mm，漸縮式。設(shè)置上擋板1塊(長(zhǎng)方形，高20mm，長(zhǎng)50mm)，內(nèi)擋板3塊(寬為空腔沿長(zhǎng)度方向各橫截面半徑的0.5倍，高90mm)。從側(cè)面觀察，水位降至20mm時(shí)開始下渣，從上面觀察，無旋渦。
實(shí)驗(yàn)2，水口上部直徑110mm，下部直徑40mm，高度100mm，倒錐形。設(shè)置上擋板3塊(長(zhǎng)方形，高40mm，寬50mm)，內(nèi)擋板3塊，倒三角形，上寬35mm，高100mm。從側(cè)面觀察，水位下降至30mm開始下渣，從上面觀察，無旋渦。
實(shí)驗(yàn)3，水口直徑40mm，圓筒形，不設(shè)置上擋板和內(nèi)擋板。從側(cè)面觀察，水位下降到60-80mm就開始產(chǎn)生旋渦，渣與空氣一并吸入。
本發(fā)明的無旋渦水口適用于鋼水借助重力作用從一個(gè)容器轉(zhuǎn)移到另一個(gè)容器的流出口。它包括轉(zhuǎn)爐的出鋼口，鋼包的座磚和上水口，中間包的座磚、水口等；還適用于有色金屬鑄造時(shí)的容器水口。


附圖1是無旋渦水口設(shè)置內(nèi)擋板橫截面示意圖；附圖2是無旋渦水口設(shè)置上擋板橫截面示意圖。
附圖3是無旋渦水口上擋板與內(nèi)擋板重疊放置時(shí)縱截面示意圖，也是圖1中A-A位剖面示意圖(圖1中未顯示上擋板)；附圖4、5、6是水口旋渦形態(tài)及相互影響示意圖；附圖7是漸縮式水口本體空腔縱截面形狀示意圖。
附圖中標(biāo)記分述如下1——水口本體；2——內(nèi)擋板；3——上擋板；4——通道形空腔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如附圖3中所示，無旋渦水口是一個(gè)整體，為了敘述的方便將其分為三個(gè)部分——水口本體1、內(nèi)擋板2及上擋板3；水口上擋板3和水口內(nèi)擋板2的放置位置可以重疊或不重疊，為了圖示的方便在圖3中選擇了它們相互重疊時(shí)的情況表示。圖1、圖2分別顯示了內(nèi)擋板和上擋板在水口橫截面中位置的示意。所述上擋板的“類三角形”其實(shí)是一種形狀比較特殊的梯形(上下底長(zhǎng)相差較大，一側(cè)底角接近直角，另一側(cè)為銳角)；所述內(nèi)擋板的橫截面可以是圖中所示的長(zhǎng)方形，也可以在靠近內(nèi)腔表面處呈弧形，當(dāng)此弧形的角度很大時(shí)可以形成幾個(gè)圓相互套疊的類似形狀，這些局部形狀的變化都不會(huì)影響無旋渦水口抑制旋渦的功能。圖4、5、6顯示了水口旋渦形態(tài)及相互影響；其中外實(shí)線圓表示水口內(nèi)腔，內(nèi)實(shí)線圓表示中心旋渦，兩實(shí)線圓之間的短實(shí)線表示擋板的寬度，虛線圓表示邊旋渦。旋渦產(chǎn)生的原因是鋼水在進(jìn)入水口時(shí)，存在著極大的速度梯度，從而在入口處上下產(chǎn)生旋渦，所以設(shè)置上擋板和內(nèi)擋板可以阻擋鋼水質(zhì)點(diǎn)的螺旋式下降。用擋板把水口分成幾部分，相鄰擋板的頂部與它們所夾的弧組成一個(gè)旋渦區(qū)間，可稱之為邊旋渦；所有擋板的頂部也組成一個(gè)旋渦區(qū)間，可稱之為中心旋渦。如圖4所示，當(dāng)擋板的寬度小時(shí)(即如圖中兩實(shí)線圓之間的距離小時(shí))，邊旋渦和中心旋渦的半徑都比較大，互相交叉，旋渦可以向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，旋渦之間的能量沒有互相抵消。事實(shí)上，此時(shí)只有一個(gè)中心旋渦，只不過比沒有擋板時(shí)和旋渦直徑小而已。圖5所示，當(dāng)擋板過寬時(shí)，邊旋渦小，中心旋渦也小，邊旋渦之間互不干擾，旋渦能量抵消得很小。事實(shí)上，中間無旋渦，只存在邊旋渦。此例由于擋板過寬，鋼水的流動(dòng)阻力大。圖6所示為擋板的寬度約為水口半徑的二分之一，此時(shí)，邊旋渦與中心旋渦一樣大，也互相交叉，能量抵消最大，在這種情況下，基本上可以做到無旋渦。圖7為漸縮形水口形狀示意。
權(quán)利要求
1.一種無旋渦水口，水口中心有一個(gè)通道形空腔(4)，空腔(4)的形狀為長(zhǎng)筒形，倒圓臺(tái)形及漸縮形，其特征在于水口本體(1)設(shè)置有內(nèi)擋板(2)或/和上擋板(3)；設(shè)置于通道形空腔(4)內(nèi)的內(nèi)擋板(2)向空腔中心凸出并由上沿向下延伸；設(shè)置于水口上沿的上擋板(3)向上凸出并沿放射方向排布，上擋板(3)的前端超出上沿位于空腔(4)之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無旋渦水口，其特征在于內(nèi)擋板(2)向中心凸出的寬度為水口通道空腔(4)長(zhǎng)度方向上各橫截面半徑的0.2～0.8倍；內(nèi)擋板(2)沿通道方向的長(zhǎng)度為空腔(4)下沿半徑的0.5倍至與整個(gè)水口長(zhǎng)度相等；上擋板(3)向上凸出的高度為空腔(4)下沿半徑的0.5～4倍，沿放射方向的長(zhǎng)度為空腔(4)上沿半徑的0.5～5倍，其超出水口上沿向空腔中心凸出的長(zhǎng)度為空腔上沿半徑的0.2～0.8倍；內(nèi)擋板(2)、上擋板(3)的數(shù)目為1至6塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無旋渦水口，其特征在于水口本體(1)的通道形空腔(4)的橫截面形狀為圓形或多邊形；內(nèi)擋板(2)與上擋板(3)均勻或不均勻分布，內(nèi)擋板(2)與上擋板(3)的數(shù)目相同或不相同，內(nèi)擋板(2)與上擋板(3)重疊或不重疊放置。
4.一種抑制水口旋渦使之成為無旋渦水口的方法，其特征在于在水口本體(1)上設(shè)置有內(nèi)擋板(2)或/和上擋板(3)；在通道形內(nèi)腔(4)上沿設(shè)置1至6塊向上凸出依放射方向放置的上擋板(3)，其前端超出上沿位于空腔(4)之上，使它們能阻擋水口上部旋渦的形成，擋板之間形成的空間將大旋渦分散為小旋渦，使其能量相互抵消；在水口的通道形內(nèi)腔(4)中設(shè)置1至6塊向中心凸出并向通道下沿延伸的內(nèi)擋板(2)，相鄰擋板與它們之間所夾的空腔內(nèi)壁組成一個(gè)半封閉的旋渦區(qū)，將內(nèi)腔分割為若干相互通達(dá)的小區(qū)，使鋼水流過水口時(shí)在各小區(qū)所產(chǎn)生的旋渦相互干擾，能量相互抵消，從而使整個(gè)水口成為無旋渦水口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于內(nèi)擋板(2)和上擋板(3)的尺寸優(yōu)選值內(nèi)擋板(2)向中心凸出的寬度為水口通道空腔(4)長(zhǎng)度方向上各橫截面半徑的0.2～0.8倍；內(nèi)擋板(2)沿通道方向的長(zhǎng)度為空腔(4)下沿半徑的0.5倍至整個(gè)水口長(zhǎng)度；上擋板(3)向上凸出的高度為空腔(4)下沿半徑的0.5～4倍，沿放射方向的長(zhǎng)度為空腔(4)上沿半徑的0.5～5倍，其超出水口上沿向空腔中心凸出的長(zhǎng)度為空腔上沿半徑的0.2～0.8倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于水口本體(1)的通道形空腔(4)的橫截面形狀設(shè)計(jì)為圓形或多邊形；內(nèi)擋板(2)與上擋板(3)均勻或不均勻分布，內(nèi)擋板(2)與上擋板(3)的數(shù)目相同或不相同，內(nèi)擋板(2)與上擋板(3)重疊或不重疊放置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無旋渦水口，涉及一種冶金行業(yè)鋼水的流出口(即出鋼口)。它是在普通水口本體的通道形空腔內(nèi)增設(shè)了內(nèi)擋板，水口上沿增設(shè)了上擋板。內(nèi)擋板與上擋板均勻或不均勻分布，內(nèi)擋板與上擋板的數(shù)目相同或不相同。本實(shí)用新型的技術(shù)方案非常簡(jiǎn)單，僅僅只增加了上擋板和內(nèi)擋板，即取得了顯著的技術(shù)效果。它抑制了鋼水的旋渦，使鋼水卷渣量小，為精煉提供了條件，提高了鋼水質(zhì)量。本實(shí)用新型的水口適用于鋼水借助重力作用從一個(gè)容器轉(zhuǎn)移到另一個(gè)容器的流出口。它包括轉(zhuǎn)爐的出鋼口，鋼包的座磚和上水口，中間包的座磚水口等；還適用于有色金屬鑄造時(shí)的容器水口。
文檔編號(hào)B22D11/10GK1481955SQ0213905
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者萬恩同 申請(qǐng)人:萬恩同