连铸机扇形段喷嘴的设计方法

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2024-04-30 13:24:27

权利要求书： 1.一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，该连铸机包括连铸辊，连铸辊由三节辊节通过轴承座A和轴承座B连接为整体；每根连铸辊对应一排喷嘴；

喷嘴包括固定喷嘴和变动喷嘴；

改变变动喷嘴的喷射角，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座A的内侧，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座B的内侧；

所述变动喷嘴的喷射角为θ，θ＝α+β；

其中，喷嘴的中心向连铸辊内侧所在平面做垂线，该垂线即为分割线，喷嘴左侧射流与连铸辊内侧所在平面形成的射流线A与分割线之间的夹角为α，喷嘴右侧射流与连铸辊内侧所在平面形成的射流线B与分割线之间的夹角β。

2.如权利要求1所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，α＝arctan(a/h)，β＝arctan(b/h)；

其中，a为射流线A与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；

b为射流线B与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；

h为分割线的长度。

3.如权利要求1所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，根据变动喷嘴的位置，对α和/或β进行调整。

4.如权利要求1?3任一项所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，40°≤α≤

70°、40°≤β≤70°。

5.如权利要求1所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述固定喷嘴和变动喷嘴均安装在喷枪上，喷枪安装均布在喷淋集管上，一根连铸辊对应一根喷淋集管。

6.如权利要求5所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述固定喷嘴和变动喷嘴与喷枪螺纹连接。

7.如权利要求5所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述固定喷嘴为对称型扇形喷嘴，变动喷嘴为非对称型扇形喷嘴。

8.如权利要求1所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，所述连铸机为直弧形连铸机；该连铸机的二次冷却段包括弧形段和水平段，在弧形段内，喷淋集管上安装有八个喷枪；在水平段内，喷淋集管上螺接有四个喷枪。

9.如权利要求8所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，在弧形段1?2段中，六个喷枪上螺接固定喷嘴，两个喷枪上螺接变动喷嘴；冷却时，改变轴承座A左侧的变动喷嘴和轴承座B左侧的变动喷嘴；

其中，固定喷嘴的喷射角度γ1＝90°；轴承座A左侧的变动喷嘴的喷射角为θ1；轴承座B左侧的变动喷嘴的喷射角分别为θ2；

h1＝115mm，b1＝163.75mm，b2＝163.75mm，α1＝45°，α2＝45°；

θ1＝45°+β1＝45°+arctan(b1/h1)＝45°+arctan(163.75/115)≈45°+55°＝100°，θ2＝45°+β2＝45°+arctan(b2/h1)＝45°+arctan(163.75/115)≈45°+55°＝100°。

10.如权利要求8所述的连铸机扇形段喷嘴的设计方法，其特征在于，在水平段时，轴承座A左侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座A，轴承座B右侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座B，改变位于轴承座A和轴承座B之间的变动喷嘴，固定喷嘴的喷射角度γ＝95°；变动喷嘴的喷射角分别为θ3，h2＝230mm，a3＝319.5mm，b3＝

263.5mm；

θ3＝α3+β3＝arctan(319.5/230)+arctan(263.5/230)≈105°。

说明书：一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法技术领域[0001] 本发明涉及连铸机技术领域，具体涉及一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法。背景技术[0002] 连铸机应用在铸坯成型中，成型的铸坯表面冷却主要有两个途径，一是依靠喷射在其表面的二次冷却水进行冷却，二是与铸坯接触的连铸辊与铸坯接触传热以带走铸坯的

热量；这两个冷却途径缺一不可，共同实现对铸坯冷却。

[0003] 目前的连铸机连铸辊为芯轴辊，三节辊设计，在连铸辊上设有四个轴承座，其中两个轴承座分别位于连铸辊的两端，另外两个轴承座将三节辊节连接为连铸辊；铸坯在连铸

辊上前进时，对应轴承座的表面由于没有与辊节接触，导致铸坯的断面温度不均匀，在铸坯

出扇形段后表面存在亮带；这种温度的不均匀性不仅造成后期轧制过程中的表面质量缺陷

和宽度方向的性能波动，而且会影响连铸辊的使用寿命。

[0004] 目前的二次冷却水喷嘴沿连铸辊的轴向等间距设置，使冷却水均匀的喷覆在铸坯表面，然而，由于连铸辊的辊节为非等长设计，使得喷嘴喷射在连铸辊中部的两个轴承座上

的水量存在差异，进而导致铸坯表面的亮带差异越来越大，严重时影响铸坯质量。因此，通

过改善喷嘴以提高铸坯断面的温度均匀性具有重要意义。

发明内容[0005] 针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，具体为一种通过改变α和/或β的角度，使两个变动喷嘴的射流同时覆盖轴承座A、两个变动喷

嘴的射流同时覆盖轴承座B的设计方法。使用设计方法设计的喷嘴，使同时有两股射流覆盖

轴承座A两股射流覆盖轴承座B，弥补铸坯在轴承座A和轴承座B处接触传热与铸坯与辊节接

触传热的差异，提高铸坯断面温度均匀性，有效避免了铸坯表面的亮带产生，提高铸坯的质

量。

[0006] 本发明的技术方案如下：[0007] 一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，该连铸机包括连铸辊，连铸辊由三节辊节通过轴承座A和轴承座B连接为整体；每根连铸辊对应一排喷嘴；

[0008] 喷嘴包括固定喷嘴和变动喷嘴；[0009] 改变变动喷嘴的喷射角，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座A的内侧，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座B的内侧；

[0010] 所述变动喷嘴的喷射角为θ，θ＝α+β；[0011] 其中，喷嘴的中心向连铸辊内侧所在平面做垂线，该垂线即为分割线，喷嘴左侧射流与连铸辊内侧所在平面形成的射流线A与分割线之间的夹角为α，喷嘴右侧射流与连铸辊

内侧所在平面形成的射流线B与分割线之间的夹角β；

[0012] 由于连铸辊的三节辊节长度不一，使得轴承座A和轴承座B的位置随着辊节的长度变化而产生位置变化；

[0013] 为降低轴承座A和轴承座B位置处铸坯的热传递与辊节位置处铸坯的热量传递差异，对变动喷嘴的α和/或β的角度进行改变，使得同时有两部分射流覆盖在轴承座A上，同时

有两部分射流覆盖在轴承座B上，以弥补铸坯接触传热不均匀，提高离开二次冷却段的铸坯

断面温度均匀性，避免铸坯表面产生亮带，提高铸坯品质。

[0014] 本申请中，连铸辊内侧所在平面指铸坯在两层连铸辊中间运动时，连铸辊贴近铸坯的侧面。

[0015] 优选的，α＝arctan(a/h)，β＝arctan(b/h)；[0016] 其中，a为射流线A与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；[0017] b为射流线B与连铸辊的连接点和分割线与连铸辊的连接点之间的距离；[0018] h为分割线的长度。[0019] 优选的，根据变动喷嘴的位置，对α和/或β进行调整，使同时有两个喷嘴覆盖轴承座A，同时有两个喷嘴覆盖轴承座B。

[0020] 优选的，40°≤α≤70°、40°≤β≤70°。[0021] 优选的，所述固定喷嘴和变动喷嘴均安装在喷枪上，喷枪安装均布在喷淋集管上，一根连铸辊对应一根喷淋集管。

[0022] 优选的，所述固定喷嘴和变动喷嘴与喷枪螺纹连接，便于根据需求对喷嘴进行更换和维护。

[0023] 优选的，所述固定喷嘴为对称型扇形喷嘴，变动喷嘴为非对称型扇形喷嘴，可均匀的对铸坯表面进行喷射降温。

[0024] 优选的，所述连铸机为直弧形连铸机；该连铸机的二次冷却段包括弧形段和水平段，在弧形段内，喷淋集管上安装有八个喷枪；在水平段内，喷淋集管上螺接有四个喷枪。

[0025] 优选的，在弧形段1?2段中，六个喷枪上螺接固定喷嘴，两个喷枪上螺接变动喷嘴；冷却时，改变轴承座A左侧的变动喷嘴和轴承座B左侧的变动喷嘴；

[0026] 其中，固定喷嘴的喷射角度γ1＝90°；轴承座A左侧的变动喷嘴的喷射角为θ1；轴承座B左侧的变动喷嘴的喷射角分别为θ2；

[0027] h1＝115mm，b1＝163.75mm，b2＝163.75mm，α1＝45°，α2＝45°；[0028] θ1＝45°+β1＝45°+arctan(b1/h1)＝45°+arctan(163.75/115)≈45°+55°[0029] ＝100°，[0030] θ2＝45°+β2＝45°+arctan(b2/h1)＝45°+arctan(163.75/115)≈45°+55°[0031] ＝100°。[0032] 优选的，在水平段时，轴承座A左侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座A，轴承座B右侧的喷嘴为固定喷嘴且固定喷嘴的喷射范围覆盖轴承座B，改变位于轴

承座A和轴承座B之间的变动喷嘴，固定喷嘴的喷射角度γ＝95°；变动喷嘴的喷射角分别为

θ3，h2＝230mm，a3＝319.5mm，b3＝263.5mm；

[0033] θ3＝α3+β3＝arctan(319.5/230)+arctan(263.5/230)≈105°。[0034] 相对于现有技术，本发明的有益效果在于：通过设置变动喷嘴，并根据变动喷嘴的位置对变动喷嘴的喷射角进行设置，使得在二次冷却过程中，同时有两个喷嘴的喷射范围

覆盖在轴承座A上、两个喷嘴的喷射范围覆盖在轴承座B上，弥补铸坯在轴承座A和轴承座B

位置处无接触传热的缺陷，弥补铸坯断面的热量差异，使铸坯断面温度均匀，避免产生亮

带，提高铸坯出二次冷却段后的质量。

附图说明[0035] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而

言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0036] 图1为实施例1直弧形连铸机弧形段的喷嘴设计示意图。[0037] 图2为实施例2直弧形连铸机水平段的喷嘴设计示意图。[0038] 图中，1?连铸辊，2?轴承座A，3?轴承座B，4?喷淋集管，501?固定喷嘴，502?变动喷嘴，6?喷枪，7?铸坯，8?分割线，9?射流线A，10?射流线B。

具体实施方式[0039] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅

是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范

围。

[0040] 在以下的实施例中，变动喷嘴502的喷射角为θ，θ＝α+β；[0041] 其中，喷嘴的中心向连铸辊1内侧所在平面做垂线，该垂线即为分割线8，喷嘴左侧射流与连铸辊1内侧所在平面形成的射流线A9与分割线8之间的夹角为α，喷嘴右侧射流与

连铸辊1内侧所在平面形成的射流线B10与分割线8之间的夹角β。

[0042] α＝arctan(a/h)，β＝arctan(b/h)；[0043] 其中，a为射流线A9与连铸辊1的连接点和分割线8与连铸辊1的连接点之间的距离；

[0044] b为射流线B10与连铸辊1的连接点和分割线8与连铸辊1的连接点之间的距离；[0045] h为分割线8的长度。[0046] 本申请中，连铸辊1内侧所在平面指铸坯7在两层连铸辊1中间运动时，连铸辊1贴近铸坯7的侧面。

[0047] 实施例1：(弧形段1?2段中的一根连铸辊1为例)[0048] 一种连铸机扇形段喷嘴的设计方法，该连铸机为直弧形连铸机，连铸机包括连铸辊1，连铸辊1由三节辊节通过轴承座A2和轴承座B3连接为整体；每根连铸辊1对应一根喷淋

集管4；喷嘴均螺接在喷枪6上，喷枪6安装均布在喷淋集管4上，使得每根连铸辊1对应一排

喷嘴；

[0049] 喷嘴包括固定喷嘴501和变动喷嘴502；[0050] 固定喷嘴501为对称型扇形喷嘴，变动喷嘴502为扇形喷嘴，可均匀的对铸坯7表面进行喷射降温；

[0051] 改变变动喷嘴502的喷射角，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座A2的内侧，使两个喷嘴的射流同时覆盖轴承座B3的内侧；

[0052] 如图1所示，在直弧形连铸机的弧形段内，喷淋集管4上安装有八个喷枪6，六个喷枪6上螺接固定喷嘴501，两个喷枪6上螺接变动喷嘴502；冷却时，位于轴承座A2左侧的变动

喷嘴502和位于轴承座A2右侧的固定喷嘴501同时对轴承座A2的内侧喷淋；位于轴承座B3右

侧的固定喷嘴501和位于轴承座B3左侧的变动喷嘴502同时对轴承座B3的内侧喷淋；

[0053] 其中，固定喷嘴501的喷射角度γ＝90°；轴承座A2左侧的变动喷嘴502的喷射角为θ1；轴承座B3左侧的变动喷嘴502的喷射角分别为θ2；

[0054] 其中，位于轴承座A2左侧的变动喷嘴502只需要改变β1即可对轴承座A2的内侧喷射覆盖；

[0055] 位于轴承座B3左侧的变动喷嘴502只需要改变β2即可对轴承座B3的内侧喷射覆盖；

[0056] 因此，α1＝45°，α2＝45°，[0057] h1＝115mm，b1＝163.75mm，b2＝163.75mm，α1＝45°，α2＝45°；[0058] θ1＝45°+β1＝45°+arctan(b1/h1)＝45°+arctan(163.75/115)≈45°+55°[0059] ＝100°，[0060] θ2＝45°+β2＝45°+arctan(b2/h1)＝45°+arctan(163.75/115)≈45°+55°[0061] ＝100°。[0062] 由于连铸辊1的三节辊节长度不一，使得轴承座A2和轴承座B3的位置随着辊节的长度变化而产生位置变化；

[0063] 为降低轴承座A2和轴承座B3位置处铸坯7的热传递与辊节位置处铸坯7的热量传递差异，对变动喷嘴502的α和/或β的角度进行改变，使得同时有两部分射流覆盖在轴承座

A2上，同时有两部分射流覆盖在轴承座B3上，以弥补铸坯7接触传热不均匀，提高离开二次

冷却段的铸坯7断面温度均匀性，避免铸坯7表面产生亮带，提高铸坯7品质。

[0064] 实施例2：(水平段的一根连铸辊为例)[0065] 在实施例1的基础上，如图2所示，在直弧形连铸机的水平段内，喷淋集管4上螺接有四个喷枪6，三个喷枪6上螺接固定喷嘴501，一个喷枪6上螺接变动喷嘴502，轴承座A2左

侧的喷嘴为固定喷嘴501且固定喷嘴501的喷射范围覆盖轴承座A2，轴承座B3右侧的喷嘴为

固定喷嘴501且固定喷嘴501的喷射范围覆盖轴承座B3；

[0066] 其中，固定喷嘴501的喷射角度γ2＝95°；改变位于轴承座A2和轴承座B3之间的变动喷嘴502，变动喷嘴502的喷射角分别为θ3，需要对α和β同时改变，才能实现变动喷嘴502

既覆盖轴承座A2的内侧，又能覆盖轴承座B3的内侧；

[0067] h2＝230mm，a3＝319.5mm，b3＝263.5mm；[0068] θ3＝α3+β3＝arctan(319.5/230)+arctan(263.5/230)≈105°。[0069] 通过以上的实施例1和实施例2可以看出，根据实际的连铸辊1和喷淋集管4上的喷枪6位置，确定对需要进行喷射角改变的喷嘴，根据实际情况对α和/或β进行改变即可，在达

到同时有两个喷嘴的喷射范围覆盖轴承座A、有两个喷嘴的喷射范围覆盖轴承座B即可。

[0070] 使用本发明的方法对喷嘴的喷射角改变，可以有效弥补轴承座在对铸坯无接触传热的缺陷，使铸坯断面的温度均匀，提高铸坯质量。

[0071] 尽管通过参考优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例

进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本

技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本

发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。