在连铸结晶器内,结晶器壁面的冷却一方面会使凝固壳成长,一方面会使气泡和非金属夹杂物通过钢水表面排出。连铸操作的根本性难题就是既要使钢水在结晶器壁面被冷却的同时,又要使钢水表面温度保持在高温。因此控制浸入式水口流出的钢水流,并使钢水在结晶器内形成最佳的流动是非常重要的。作为控制结晶器内钢水流动的技术,广泛采用的是利用电磁力的电磁闸和电磁搅拌技术。但是,利用电磁力控制结晶器内钢水流动时,难以对作为控制对象的钢水流进行观测,不得不通过推测进行控制,因此控制精度受到限制。也就是说,为控制结晶器内钢水的流动,重要的是要使作为控制源头的浸入式水口流出的钢水流保持稳定,控制结晶器内的钢水在没有施加电磁力状态下的流动变化。
日本住友金属工业公司开发了利用位置能(中间包突出部分)使钢水产生涡流的技术。研究结果表明,浸入式水口内产生的涡流对流出钢水的均匀流动和稳定流动具有很好的作用。但是,为充分利用涡流的特性。必须根据水口内形成涡流流下的钢水的流动特性,将流出孔做成最佳形状。结果开发了水口内装有旋转叶片使钢水流形成涡流流出的浸入式水口,即涡流浸入式水口,它不依靠电磁力的控制就能使结晶器内的钢水形成稳定的流动,不仅有效地提高了板坯质量,而且提高了板坯的生产率。
涡流浸入式水口的特征是流出的钢水流在水口内旋转流的旋转方向上呈水平角度扩展,因此可以说如果不缩小流出孔宽度,抑制流出钢水流的扩展,结晶器内的钢水流动就会出现停滞现象。通过全尺寸水模型实验,对适用于涡流浸入式水口特性的流出孔的设计进行了研究。结果得出以下结论:
(1)如果涡流浸入式水口流出孔宽度设计成与水口内径相同,流出的钢水流在水平面内会向旋转方向呈大的扩展,结晶器内的钢水流动出现大的衰减。
(2)如果将涡流浸入式水口流出孔宽度设计成比水口内径小70%,可以避免因流出钢水流的扩展而产生衰减的现象。(青山)
