连铸结晶器是连铸机的关键部件之一，它的形状与尺寸，直接关系到浸入式水口和塞棒的设计。在连铸耐火材料生产厂，在设计浸入式水口和塞棒时，往往要根据连铸结晶器的形状、大小和长度，确定浸入式水口插入结晶器部分的直径和长度；确定出钢口的数量、形状和尺寸。还要根据结晶器振幅大小、渣线层厚度和双渣线操作位置确定浸入式水口的渣线位置和长度。
为了控制浸入式水口进入结晶器的钢水流量，还要确定浸入式水口的碗部（水口窝）形状和与其匹配的塞棒棒头。最后还要根据钢厂连铸浇注的钢种、钢水处理的方式和连浇时间，确定浸入式水口和塞棒的材质。
浸入式水口的设计
1 浸入式水口碗部
浸入式水口碗部，如图1，A和B所示。浸入式水口头部的外部形状有两种形式：图1-A为圆锥体；图1-B为圆柱体与圆锥体的组合。
为了叙述方便：命名φA为水口圆锥体或圆柱体上口面外径，即浸入式水口头部的外形尺寸，φB为碗部的开口度，φC为碗部圆弧与水口流钢中孔相切处的直径，该直线称为喉线，φD为水口圆锥体终端外径，R为水口碗部圆弧半径，h为圆锥体高度，h1为喉线深度，h2为水口碗部圆柱体高度，h为水口圆柱体与圆锥体的总高度。
图1 浸入式水口示意图
对于大多数连铸耐火材料厂而言，要运用水力学模型和复杂的数学计算来设计浸入式水口，是一件非常困难的事。因此，在浸入式水口的设计过程中，使用实践经验很重要，也很有效。
作者认为浸入式水口碗部的基本尺寸，源于水口流钢中孔的直径，一切从它开始。首先要根据钢厂钢包的实际容量、中间包容量和流数、连浇炉数和单炉浇注时间等诸多因素，确定水口流钢中孔的直径φC。在国内，大圆坯和板坯连铸所用的浸入式水口流钢中孔的直径φC，大多在50～85mm之间，其他类型为50～30mm，小方坯连铸则更小。
浸入式水口的喉线深度h1，无论流钢中孔的直径φC值在什麽范围，除小方坯连铸外，其喉线深度一般均在40～60mm之间。确定了水口的喉线深度，也就确定了浸入式水口碗部上口的基准面。
浸入式水口碗部圆弧半径R，据统计半径R值大多数落在40～70mm范围内，其中以半径R值等于50mm的为主。水口碗部的圆弧与水口碗部上口的基准面，可以相切或相割。在平面图上显示出两个切点或割点，即碗部的开口度φB。在国内，浸入式水口碗部的开口度φB值一般在90～140mm之间，大多数为115mm或125mm。而浸入式水口头部的外形尺寸φA等于碗部的开口度φB加上（20～45mm），即：φA＝φB＋（20～45mm）。具体应加多少为好，待整个浸入式水口设计完后，平衡而定，否则会出现头重脚轻的现象。
在浸入式水口喉线深度h1值不变的条件下，水口碗部的开口度φB值，随着水口碗部圆弧半径R增大而减少；在水口碗部的开口度φB值保持不变的情况下，水口喉线深度h1值随水口碗部圆弧半径R扩大而增加。
浸入式水口圆锥体终端，也就是水口头部的下口，其外径为φD。
通常φD值等于水口流钢中孔的直径φC加上（40～75mm），即：
φD＝φC＋（40～75mm）。由此可以推定，水口头部的下口的壁厚为（40～75mm）/2，即壁厚为20～37.5mm。在一般情况下此值应不小于25mm为好。但此处的壁厚，最终还要和浸入式水口插入结晶器部分的水口壁厚，协调一致。
关于浸入式水口头部的高度，如图1-A所示，圆锥体高度h值一般在150～260mm之间；而在图1-B中，水口圆柱体与圆锥体的总高度h值在140～300mm范围内，其中圆柱体高度h2值落在20～80mm圈内，而大多数取值为30～50mm。
2 浸入式水口尾部设计
所谓浸入式水口尾部，即浸入式水口插入结晶器的部分。该部分的外形尺寸完全取决于结晶器窄面的大小，如图2所示。目前，在国内，与浸入式水口配套使用的结晶器主要有：
图2 水口尾部在结晶器中的位置
1）小方坯连铸用结晶器，尺寸为120方～150方；
2）大方坯、矩形坯连铸用结晶器，尺寸在160～380mm之间；
3）圆坯连铸用结晶器，尺寸为φ150mm～φ310mm；
4）板坯连铸用结晶器，窄面尺寸在140mm～300mm之间。
在设计浸入式水口尾部时，要考虑到水口尾部插入结晶器后，要给结晶器窄面预留足够的空间，以保证在结晶器中的保护渣有良好的流动性，并不会在结晶器窄面产生结壳和搭桥现象。一般来说，在结 晶器窄面各预留30mm～40mm即可。
由此可见，可大致确定浸入式水口尾部的外径为：
水口尾部的外径＝〔结晶器窄面尺寸〕－2×（30～40mm）
问题到此并未结束，还要根据水口尾部的壁厚和水口流钢中孔的直径尺寸，修正水口尾部的外径尺寸。水口尾部的壁厚可用下式表示：
水口尾部壁厚＝〔水口尾部外径－流钢中孔直径〕÷2
目前国内浸入式水口尾部的壁厚一般在17～30mm之间，建议选择20～25mm为好。在次基础上可以修正水口尾部的外径，即：
修正后水口尾部外径＝〔流钢中孔直径〕＋2×（20～25mm）
在结晶器尺寸允许的条件下，水口尾部外径还可以适当增大一些。这对延长水口的使用寿命，有一定的作用。
3 浸入式水口出钢口的设计
目前在钢厂，使用的浸入式水口的出钢口类型，主要有以下几种，如图3所示：图中A为直通孔型，主要用于小断面结晶器。在通常情况下，出钢口的内径要比水口流钢中孔直径φC小5mm左右。图中B和C分别为带有长方形和圆形侧孔的出钢口。根据以往的经验，两个侧孔的截面积应稍大于或等于两倍水口流钢中孔的截面积。这样钢流稳定，扩径速度缓慢。对于侧孔的倾角，有水平方向的、向上倾的和向下倾的，倾角在15～30度。目前向下倾15度的较多。水口侧孔底部的厚度，一般控制在25～40mm之间。