无旋涡水口
专利汇可以提供无旋涡水口专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种无 旋涡 水 口，涉及一种 冶金 行业 钢 水的流出口(即出钢口)。它是在普通水口本体的通道形空腔内增设了内 挡板 ，水口上沿增设了上挡板。内挡板与上挡板均匀或不均匀分布，内挡板与上挡板的数目相同或不相同。本实用新型的技术方案非常简单，仅仅只增加了上挡板和内挡板，即取得了显著的技术效果。它抑制了 钢水 的旋涡，使钢水卷渣量小，为精炼提供了条件，提高了钢水 质量 。本实用新型的水口适用于钢水借助重 力 作用从一个容器转移到另一个容器的流出口。它包括转炉的出钢口，钢包的座砖和上水口， 中间包 的座砖水口等；还适用于有色金属 铸造 时的容器水口。，下面是无旋涡水口专利的具体信息内容。
1、一种无旋涡水口，水口中心有一个通道形空腔(4)，空腔(4) 的形状为长筒形，倒圆台形及渐缩形，其特征在于：水口本体(1) 设置有内挡板(2)或/和上挡板(3)；设置于通道形空腔(4)内的 内挡板(2)向空腔中心凸出并由上沿向下延伸；设置于水口上沿的 上挡板(3)向上凸出并沿放射方向排布，上挡板(3)的前端超出上 沿位于空腔(4)之上。
2、根据权利要求1所述的无旋涡水口，其特征在于：内挡板(2) 向中心凸出的宽度为水口通道空腔(4)长度方向上各横截面半径的 0.2～0.8倍；内挡板(2)沿通道方向的长度为空腔(4)下沿半径的 0.5倍至与整个水口长度相等；上挡板(3)向上凸出的高度为空腔(4) 下沿半径的0.5～4倍，沿放射方向的长度为空腔(4)上沿半径的0.5～5 倍，其超出水口上沿向空腔中心凸出的长度为空腔上沿半径的0.2～0.8 倍；内挡板(2)、上挡板(3)的数目为1至6块。
3、根据权利要求1或2所述的无旋涡水口，其特征在于：水口 本体(1)的通道形空腔(4)的横截面形状为圆形或多边形；内挡板 (2)与上挡板(3)均匀或不均匀分布，内挡板(2)与上挡板(3) 的数目相同或不相同，内挡板(2)与上挡板(3)重叠或不重叠放置。
4、一种抑制水口旋涡使之成为无旋涡水口的方法，其特征在于： 在水口本体(1)上设置有内挡板(2)或/和上挡板(3)；在通道形 内腔(4)上沿设置1至6块向上凸出依放射方向放置的上挡板(3)， 其前端超出上沿位于空腔(4)之上，使它们能阻挡水口上部旋涡的 形成，挡板之间形成的空间将大旋涡分散为小旋涡，使其能量相互抵 消；在水口的通道形内腔(4)中设置1至6块向中心凸出并向通道 下沿延伸的内挡板(2)，相邻挡板与它们之间所夹的空腔内壁组成一 个半封闭的旋涡区，将内腔分割为若干相互通达的小区，使钢水流过 水口时在各小区所产生的旋涡相互干扰，能量相互抵消，从而使整个 水口成为无旋涡水口。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：内挡板(2)和上 挡板(3)的尺寸优选值：内挡板(2)向中心凸出的宽度为水口通道 空腔(4)长度方向上各横截面半径的0.2～0.8倍；内挡板(2)沿通 道方向的长度为空腔(4)下沿半径的0.5倍至整个水口长度；上挡 板(3)向上凸出的高度为空腔(4)下沿半径的0.5～4倍，沿放射方 向的长度为空腔(4)上沿半径的0.5～5倍，其超出水口上沿向空腔 中心凸出的长度为空腔上沿半径的0.2～0.8倍。
6、根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：水口本体(1) 的通道形空腔(4)的横截面形状设计为圆形或多边形；内挡板(2) 与上挡板(3)均匀或不均匀分布，内挡板(2)与上挡板(3)的数 目相同或不相同，内挡板(2)与上挡板(3)重叠或不重叠放置。
技术领域
本发明涉及一种液体流动的流出口，具体来说是冶金行业钢水从 一个容器转移到另一个容器的流出口(即出钢口)，尤其是一种能抑 制钢水流出过程中所产生旋涡的出钢口。水口是钢铁企业对出钢口的 一种俗称。
背景技术
在现代炼钢厂中，钢水卷渣问题一直是个难以完全解决的问题。 钢液从转炉到钢包的出钢末期，由于旋涡的产生，会将钢渣卷入钢水， 严重时还可能会卷入空气，造成钢包中渣量大，及钢水回磷、回硫， 减少合金的收得率。此外，钢水从钢包到中间包末期以及钢水从中间 包到结晶器的末期，钢渣卷入钢水，也会造成钢水夹杂物增加，影响 钢水质量。
从1970年开始，世界各国冶金工作者都在想办法解决这个问题。 国内外普遍采用出钢挡渣的方式来减少下渣量，使用密度介于钢水和 钢渣之间的耐火材料挡渣球或挡渣塞，使其在出钢末期堵塞出钢口， 使钢渣留在转炉内。现在正在国内推广的气动挡渣法，是在出钢末期， 用高压气体向出钢口逆向吹，使钢渣不能下来。在钢包内，在水口外 安装下渣监测系统，当钢渣混入钢水时，由于电信号的改变，及时关 闭水口，防止卷渣。这些方法的不足之处是，都认为旋涡的存在不可 避免，被动地在钢水卷渣量达到一定比例时，停止出钢过程，但这时 已经有相当一部分渣进入了下一个容器，而且有很大一部分钢还留在 原容器内不能得到利用而被当作废钢。按照设计，为了避免钢渣大量 卷入钢水，我国某钢铁企业1996年引进的大型炼钢厂一般要在转炉 内留1％的钢水、钢包留0.5％，中间包每个浇次残留10吨，这样算 下来，一年大约有8万吨钢水直接变成了废钢。而实际残留的钢水要 大于这个数，因卷渣而造成钢中含有大型夹杂物而引起钢坯钢材报废 的量就更大。
1994年7月《上海金属》第4期介绍了日本川崎的三孔出钢法： 将出钢口设置为呈等边三角分布的三个，使发生旋涡的能量互相抵消 而达到少渣的目的。此法的缺点在于三孔之间距离的确定存在两难的 选择，不能过大，过大则相互影响小，不足以抵消旋涡能量；过小， 则三孔之间的耐火材料的强度不易达到，所以此法很少被采用。我国 实用新型专利94207245.6介绍了连铸中间包出流口的涡流抑制挡板， 其特征是由3-7块长条形耐火材料砌筑在中间包座砖处圆孔周围， 以此来降低旋涡的强度。此法的不足之处是，由于座砖大多是渐缩式 或锥形口，挡板离旋涡中心很远，所以起到的效果有限，据了解现在 没有实际应用。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种无旋涡水口 以及抑制水口旋涡使之成为无旋涡水口的方法，它能有效地抑制水口 旋涡的形成，减少出钢时的下渣量，减少钢水回磷、回硫，提高合金 收得率，为钢水精炼提供良好的条件，提高钢水质量。
本发明的目的是这样实现的：依据抑制水口旋涡使之成为无旋涡 水口的方法，无旋涡水口与普通水口一样，水口中心有一个通道形空 腔，空腔的形状为长筒形，倒圆台形及渐缩形，其特别之处在于在水 口本体上设置有内挡板或/和上挡板。设置于通道形内腔上沿的上挡 板向上凸出并依放射方向放置，上挡板前端超出上沿位于空腔之上， 使它们能阻挡水口上部旋涡的形成，挡板之间形成的空间将大旋涡分 散为小旋涡，使其能量相互抵消。设置于水口的通道形内腔中的内挡 板向中心凸出并向通道下沿延伸，相邻挡板与它们之间所夹的空腔内 壁组成一个半封闭的旋涡区，将内腔分割为若干相互通达的小区，使 钢水流过水口时在各小区所产生的旋涡相互干扰，能量相互抵消，从 而使整个水口成为无旋涡水口。
无旋涡水口上挡板向空腔中心凸出的长度为水口通道空腔上沿 半径的0.2～0.8倍，上挡板向上凸出的高度为空腔下沿半径的0.5～4 倍，沿放射方向的长度为空腔上沿半径的0.5～5倍；内挡板宽度为空 腔长度方向上各横截面半径的0.2～0.8倍，内挡板沿通道方向的长度 为空腔下沿半径的0.5倍至与整个水口长度相等；内挡板、上挡板的 数目为1至6块。
无旋涡水口本体的通道形空腔的横截面形状为圆形或多边形；内 挡板的凸出部分形状为上宽下窄的长条形、三角形、渐缩形或宽度一 致的长条形、弧形；上挡板的形状为长方形、梯形或类三角形。
无旋涡水口的内挡板与上挡板均匀或不均匀分布，内挡板与上挡 板的数目相同或不相同，内挡板与上挡板重叠或不重叠放置。
本发明的技术方案非常简单，仅仅只增加了几块上挡板和内挡 板，即取得了显著的技术效果。①抑制出钢过程中的旋涡，使钢水卷 渣量少，精炼时所需用合金、炉料减少，成本降低。②由于抑制出钢 旋涡，不用顾及钢渣卷入，可以提高出钢量，降低废钢率。③出钢时 下渣量少，避免回硫回磷，钢渣卷入钢水中少，减少了钢中的大型夹 杂物；由于钢水出水口时切向速度小，减少了钢水吸入空气的量，这 些都提高了钢水的纯净度。④由于钢水流出时切向速度小，减轻了对 水口的磨损，提高了水口寿命。
通过实验观察无旋涡水口与普通水口的下渣情况。实验中以水力 模型模拟钢包(模型大小为400×400×400mm)，用膨胀珍珠岩浮于 水面模拟钢渣，水位250-300mm。实验结果如下所示：
实验1，水口上部直径90mm，下部直径20mm，水口高90mm， 渐缩式。设置上挡板1块(长方形，高20mm，长50mm)，内挡板 3块(宽为空腔沿长度方向各横截面半径的0.5倍，高90mm)。从侧 面观察，水位降至20mm时开始下渣，从上面观察，无旋涡。
实验2，水口上部直径110mm，下部直径40mm，高度100mm， 倒锥形。设置上挡板3块(长方形，高40mm，宽50mm)，内挡板 3块，倒三角形，上宽35mm，高100mm。从侧面观察，水位下降 至30mm开始下渣，从上面观察，无旋涡。
实验3，水口直径40mm，圆筒形，不设置上挡板和内挡板。 从侧面观察，水位下降到60-80mm就开始产生旋涡，渣与空气一并 吸入。
本发明的无旋涡水口适用于钢水借助重力作用从一个容器转移 到另一个容器的流出口。它包括转炉的出钢口，钢包的座砖和上水口， 中间包的座砖、水口等；还适用于有色金属铸造时的容器水口。
附图说明
附图1是无旋涡水口设置内挡板横截面示意图；
附图2是无旋涡水口设置上挡板横截面示意图。
附图3是无旋涡水口上挡板与内挡板重叠放置时纵截面示意图， 也是图1中A-A位剖面示意图(图1中未显示上挡板)；
附图4、5、6是水口旋涡形态及相互影响示意图；
附图7是渐缩式水口本体空腔纵截面形状示意图。
附图中标记分述如下：1——水口本体；2——内挡板；3——上 挡板；4——通道形空腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。如 附图3中所示，无旋涡水口是一个整体，为了叙述的方便将其分为三 个部分——水口本体1、内挡板2及上挡板3；水口上挡板3和水口 内挡板2的放置位置可以重叠或不重叠，为了图示的方便在图3中选 择了它们相互重叠时的情况表示。图1、图2分别显示了内挡板和上 挡板在水口横截面中位置的示意。所述上挡板的“类三角形”其实是 一种形状比较特殊的梯形(上下底长相差较大，一侧底角接近直角， 另一侧为锐角)；所述内挡板的横截面可以是图中所示的长方形，也 可以在靠近内腔表面处呈弧形，当此弧形的角度很大时可以形成几个 圆相互套叠的类似形状，这些局部形状的变化都不会影响无旋涡水口 抑制旋涡的功能。图4、5、6显示了水口旋涡形态及相互影响；其中 外实线圆表示水口内腔，内实线圆表示中心旋涡，两实线圆之间的短 实线表示挡板的宽度，虚线圆表示边旋涡。旋涡产生的原因是钢水在 进入水口时，存在着极大的速度梯度，从而在入口处上下产生旋涡， 所以设置上挡板和内挡板可以阻挡钢水质点的螺旋式下降。用挡板把 水口分成几部分，相邻挡板的顶部与它们所夹的弧组成一个旋涡区 间，可称之为边旋涡；所有挡板的顶部也组成一个旋涡区间，可称之 为中心旋涡。如图4所示，当挡板的宽度小时(即如图中两实线圆之 间的距离小时)，边旋涡和中心旋涡的半径都比较大，互相交叉，旋 涡可以向同一个方向旋转，旋涡之间的能量没有互相抵消。事实上， 此时只有一个中心旋涡，只不过比没有挡板时和旋涡直径小而已。图 5所示，当挡板过宽时，边旋涡小，中心旋涡也小，边旋涡之间互不 干扰，旋涡能量抵消得很小。事实上，中间无旋涡，只存在边旋涡。 此例由于挡板过宽，钢水的流动阻力大。图6所示为挡板的宽度约为 水口半径的二分之一，此时，边旋涡与中心旋涡一样大，也互相交叉， 能量抵消最大，在这种情况下，基本上可以做到无旋涡。图7为渐缩 形水口形状示意。
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