專利名稱：防止中間包內(nèi)產(chǎn)生旋渦的控流結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋼的連續(xù)鑄造技術領域，更確切的講，涉及連鑄中間包內(nèi)控制鋼液流動的結(jié)構(gòu)裝置。
背景技術：
在連鑄工藝流程中，中間包作為一種冶金反應器，上結(jié)轉(zhuǎn)運鋼包，下連結(jié)晶器，起著承上啟下的重要功能，是澆注過程由間歇式操作轉(zhuǎn)化為連續(xù)式操作的銜接點?，F(xiàn)場澆注時，液態(tài)鋼水首先從鋼包通過長水口(也稱為保護套管)注入中間包內(nèi)，再通過中間包出水口分配到下面的結(jié)晶器，并在后續(xù)過程中逐漸冷卻成凝固坯殼。作為鋼的冶煉過程中的最后一個耐火材料容器，中間包對鋼的產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，在整個連鑄過程中具有舉 足輕重的作用。一般認為，中間包的冶金作用可以概括為以下幾方面1)連澆作用；在多爐連續(xù)澆注時，中間包存儲的鋼液可以在轉(zhuǎn)換鋼包時起到銜接的作用。2)分流作用；對于多流連鑄機，可以在中間包底部安裝多個水口對鋼液進行分流，實現(xiàn)多流同時澆注。3)減壓和穩(wěn)壓作用；與直接采用鋼包澆注相比，中間包液位高度較低，可以減小鋼水靜壓力，從而減輕鋼水對初生坯殼的沖刷。4)凈化鋼液；通過在中間包內(nèi)部安裝控流裝置或過濾器等方法，去除鋼水中的夾雜物，提高鋼水純凈度。5)調(diào)節(jié)鋼水溫度和成分；通過在中間包內(nèi)添加合金或加熱等技術，使鋼水的成分合理、溫度穩(wěn)定且均勻。從結(jié)構(gòu)形狀上看，連鑄中間包是一個上大下小、內(nèi)襯以耐火材料堆砌而成、外部有鋼殼支撐的鋼液過渡容器。中間包里面包含入口區(qū)和出口區(qū)，入口區(qū)是鋼包內(nèi)鋼液通過長水口澆注的區(qū)域，也稱為注流區(qū)；出口區(qū)是中間包底部鋼液流出的區(qū)域，中間包底部可以有一個或者多個出口，出口處一般安裝了浸入式水口來向結(jié)晶器內(nèi)輸送鋼液，以保證鋼液不被空氣二次氧化，浸入式水口上沿的四周鋪墊了由強度較高的耐火材料制作的座磚，同時，要在浸入式水口的正上空安裝塞棒或者在浸入式水口上面設置滑板來控制中間包向結(jié)晶器內(nèi)輸送鋼液的流量。由于浸入式水口的上口是與中間包底部相連的直筒型通道，因此，在中間包內(nèi)鋼液澆注時，會產(chǎn)生一種重要的流動現(xiàn)象，這就是水口處鋼液流出時產(chǎn)生的匯流旋渦。由經(jīng)驗可知，液體由垂直出口向下流動時，當液面低于某一臨界高度時，在出口上方會形成旋渦漏斗，這就是匯流旋渦。鋼液流出過程形成的匯流旋渦，能把中間包液面的覆蓋渣和鋼中夾雜物卷入鋼液內(nèi)部，甚至卷入空氣，增加二次氧化，嚴重惡化鋼的質(zhì)量。在連續(xù)澆注并更換鋼包時，經(jīng)常發(fā)生前后鋼包連接區(qū)的鋼坯中夾雜物指標上升，這和匯流旋渦卷渣及二次氧化有密切關系。在中間包澆注終了時，中間包內(nèi)也會產(chǎn)生匯流旋渦，并出現(xiàn)鋼渣混卷的現(xiàn)象，致使?jié)沧⒌奈才鲊乐亟导壔蚺袕U，降低金屬收得率。目前，針對中間包內(nèi)的匯流旋渦已開展的諸多的研究，研究表明，影響中間包內(nèi)匯流旋渦的因素主要包含以下幾個方面1)靜置時間；注入熔池的液體經(jīng)過一段時間靜置后，出現(xiàn)旋渦時間推遲、臨界高度下降。2)注入流方向；靜置時間較短時，軸向注入時流體形成旋渦的臨界高度較低，切向注入臨界高度大，靜置時間較長時，二者差別不大。3)出流口偏心度；中心流出生成旋渦較早，偏心流出較難形成旋渦。4)出口直徑；出口直徑增大能顯著增加出現(xiàn)旋渦的趨勢。5)液面的上升或下降；液面上升時更容易出現(xiàn)旋渦；6)塞棒的形狀；用塞棒澆注比用滑動水口澆注時的旋渦臨界高度略小，這是因為塞棒增加對切向流動的阻力，但作用有限，旋渦仍將沿塞棒周圍產(chǎn)生。7)水口吹氣；在水口周圍沿軸向引入氣體射流，能推遲旋渦的產(chǎn)生。8)水平出流；由于粘滯力的作用，水平出流只在出口中心線所在水平面及上下壁面有較大速度梯度，垂直方向速度梯度小，因此不會產(chǎn)生旋渦。實際上也從未觀察到水平出流時出口上方有旋渦現(xiàn)象。實際澆注過程中，為了防止旋渦產(chǎn)生卷渣，通常要保持較高的液面高度，當液位下降至旋渦產(chǎn)生的臨界高度時，即關閉水口，這樣會使?jié)沧⒔K了的中間包內(nèi)殘留大量的鋼液，降低金屬收得率，增大生產(chǎn)成本。另一種比較常用的方法是采用旋渦控制裝置來減輕或抑制匯流旋渦的產(chǎn)生，如采用旋轉(zhuǎn)閥和旋轉(zhuǎn)管閥來代替原有的塞棒或滑動水口系統(tǒng)進行控流，使鋼液從管道的側(cè)面進入水口，但是這種設備制作較為復雜，消耗的耐火材料較多，現(xiàn)場很少使用。公開號為CN 101844223A的發(fā)明專利公開了一種防止中間包產(chǎn)生旋流的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的原理與浮游閥法類似，都是在水口上方加一裝置阻擋從垂直方向往下流的 鋼液，迫使鋼液從側(cè)面流入水口，但是添加的裝置占用了塞棒的位置，明顯不適用于常見的塞棒控流系統(tǒng)。公開號為CN201140272和CN201735774U的兩個實用新型公開了兩種消除旋渦的裝置，其原理基本相同，均是在水口上沿的側(cè)面安裝耐火材料制作的擋塊，以此改變鋼液流場，消除水口附近的旋渦，但是這種裝置對垂直方向流體的阻擋作用較小，消除旋渦的效果并不理想。公開號為CN1067597A的發(fā)明專利公開了一種防止盛鋼桶和中間罐水口出流中卷渣的裝置，其原理是在原有塞棒塞頭上方的圓柱體上加一圓臺，并以此組合體構(gòu)成異形擋渣頭，主要適用于塞棒控制系統(tǒng)，但是，正常澆注時，塞棒通常要提起來，所述異形擋渣頭離水口出口距離較遠，對旋渦的抑制作用比較有限，同時，這樣會增加水口出流流股對底部的卷吸，使底部脫落的耐火材料和吸附的夾雜物進入結(jié)晶器中，惡化澆注鑄坯的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術下連鑄中間包內(nèi)控流結(jié)構(gòu)的上述不足，提供一種防止中間包內(nèi)產(chǎn)生旋渦的控流結(jié)構(gòu)，可以明顯消除中間包出口的匯流旋渦，減少中間包內(nèi)覆蓋渣、夾雜物以及空氣的卷吸，強化鑄坯質(zhì)量，提高金屬收得率。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術解決方案
一種防止中間包內(nèi)產(chǎn)生旋渦的控流結(jié)構(gòu)，主要包括中間包內(nèi)襯、底部耐火座磚、浸入式水口和水口上方能夠上下移動的塞棒，中間包內(nèi)襯分為四周壁面和底面,浸入式水口豎直設置在底面中心且水口四周通過底部耐火座磚與底面相連；其特征在于塞棒下端呈倒圓錐形管狀空心漏斗；漏斗中間空心部分能夠向下將浸入式水口出口罩在其中并不與浸入式水口接觸；與漏斗下沿相對應，底部耐火座磚上設置一個圓形凹槽，凹槽上方槽口寬度大于漏斗的下沿管體壁面厚度，凹槽底面寬度小于漏斗下沿管體壁面厚度；漏斗下沿能夠伸入凹槽中，并與凹槽的兩側(cè)壁密封接觸。按上述技術方案，所述塞棒上部為實心圓柱體，實心圓柱體下端為空心漏斗，漏斗下沿為圓柱形管體。
按上述技術方案，所述凹槽深度方向兩側(cè)壁為對向斜面，凹槽橫截面呈等腰梯形。按上述技術方案，所述浸入式水口為中空的長圓柱體，其上沿壁面是圓環(huán)形平面；浸入式水口上沿高于四周鋪墊的底部耐火座磚的上平面，座磚上平面低于中間包底部的上平面；座磚的上平面與中間包底部的上平面之間以具有傾斜角度的斜面相連。按上述技術方案，所述座磚鋪墊的形狀為長方形或圓形，并以水口為中心。按上述技術方案，所述中間包底面內(nèi)襯底面下表面與座磚下表面平齊。按上述技術方案，所述塞棒、浸入式水口和座磚分別由不同的耐火材料靜壓成形。按上述技術方案，所述中間包內(nèi)襯是由耐火材料堆砌而成?，F(xiàn)場澆注時，鋼液從中間包底部的浸入式水口流入下游的結(jié)晶器內(nèi)，并通過水口 上方塞棒向下運動的行程來控制鋼液的流量。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下有益效果
I采用本控流結(jié)構(gòu)時，塞棒下端結(jié)構(gòu)能夠充分阻止垂直方向的鋼液被水口吸入，迫使鋼液從水平方向進入水口，可以非常有效的抑制水口出口上方的匯流旋渦，防止液面覆蓋渣和空氣的卷入，改善鑄坯質(zhì)量，并提高澆注末期的金屬收得率。2通過對傳統(tǒng)中間包底部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，伸出的水口上沿可以阻止中間包底部吸附沉積的夾雜物和脫落的耐火材料被水口吸入，從而提高鋼液純凈度，減少鑄坯中有害夾雜。3本控流結(jié)構(gòu)的設計較為簡單，制作方便，成本較低，適用性和可操作性較強。


圖I是本發(fā)明的中間包控流結(jié)構(gòu)正視 圖2是本發(fā)明的中間包控流結(jié)構(gòu)俯視 圖3是控流結(jié)構(gòu)的局部放大圖(漏斗中間空置部分將下面的浸入式水口出口罩住時)；附圖中標號如下，I一中間包內(nèi)襯，2—壁面，3—底面，4一座磚，5—凹槽，6—浸入式水口，7—塞棒，8一倒置漏斗。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖I 3和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。如圖I 3所示，本發(fā)明涉及的中間包控流結(jié)構(gòu)主要由中間包內(nèi)襯I、底部耐火座磚4、浸入式水口 6和改進的塞棒7組成，中間包內(nèi)襯I又分為四周壁面2和底面3，底面3中心的出口處安裝了浸入式水口 6，浸入式水口 6為中空的圓柱體，其四周鋪墊了耐火座磚4，座磚4可以鋪墊成長方形或者圓形，并以浸入式水口 6為中心，座磚4上加工了一個圓形的凹槽5，如圖I和3所示，凹槽5截面為上口寬、底面窄、兩側(cè)側(cè)壁對向向內(nèi)并均與水平方向呈30° 75°夾角斜面的梯形，凹槽5的深度范圍為5 50mm。浸入式水口 6的正上方設置了塞棒7，塞棒7上部分為實心圓柱體，下端為倒置的空心漏斗8，倒置空心漏斗8的上半部分是與塞棒7上部分的實心圓柱連接在一起的倒圓錐形管，下沿為圓柱形管，管壁厚范圍為15 40mm,高度為50 200mm。空心漏斗8下端的圓柱形管可以將浸入式水口6的上沿罩住，空心漏斗8下端內(nèi)徑比浸入式水口上沿的外徑大20 100mm。塞棒7向下運行時，倒置的空心漏斗8的管壁可以伸入座磚4的凹槽5內(nèi)，凹槽5的上口比空心漏斗8的下沿管壁外壁面寬2 10mm，凹槽5的底面比空心漏斗8的下沿外壁面窄2 10mm，以保證空心漏斗8向下伸入凹槽5之后可以碰到傾斜的壁面而實現(xiàn)良好的密封。所述浸入式水口 6與座磚4之間如有縫隙，則以耐火材料填充壓實，浸入式水口 6上沿比四周的座磚4高5 50mm，這樣可以使中間包底層吸附的夾雜或脫落的耐火材料被浸入式水口 6出口的流股吸入時受到凸出的水口上端壁面的阻擋，減少進入下游的夾雜物數(shù)量。所述座磚4的高度低于中間包底面3，其高度差為5 50mm，座磚4與底面3之間以傾斜角為20° 60°的斜面相連。所述浸入式水口 6的上沿高度不高于中間包底面3的高度，這樣可以減少最終鋼液的殘余量，提高金屬的收得率。所述中間包內(nèi)襯I由耐火材料堆砌而成，所述座磚4、浸入式水口 6和塞棒7都是由不同的耐火材料靜壓成形，這些結(jié)構(gòu)和部件已經(jīng)在現(xiàn)場進行了大量的應用，并且效果良好。現(xiàn)場澆注時，鋼液由于受重力作用向浸入式水口 6的出口流動，塞棒7上的倒置空心漏斗8位于浸入式水口 6的上方，阻礙了垂直方向鋼液的向下流動，迫使鋼液從空心漏斗8下方的水平方向流入浸入式水口 6內(nèi)(如圖I箭頭所示)，從而有效阻止了匯流旋渦的產(chǎn)生；澆注拉速降低時，可以降低塞棒7的高度，使空心漏斗8罩住浸入式水口 6，這樣可以減少鋼液流量，并且不可能產(chǎn)生匯流旋渦；當澆注終了時，進一步降低塞棒7的高度，使空心 漏斗8伸入座磚4的凹槽5內(nèi)，直至與壁面接觸，以阻斷鋼液流動通道，在此過程中，可以抑制匯流旋渦的形成，使中間包內(nèi)鋼液澆注完畢，提高金屬收得率，同時，可以阻礙中間包底部夾雜物的流入，改善鑄坯質(zhì)量。以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化，如對工藝參數(shù)或裝置做出的變動和改良仍屬本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種防止中間包內(nèi)產(chǎn)生旋渦的控流結(jié)構(gòu)，主要包括中間包內(nèi)襯、底部耐火座磚、浸入式水口和水口上方能夠上下移動的塞棒，中間包內(nèi)襯分為四周壁面和底面，浸入式水口豎直設置在底面中心且水口四周通過底部耐火座磚與底面相連；其特征在于塞棒下端呈倒圓錐形管狀空心漏斗；漏斗中間空心部分能夠向下將浸入式水口出口罩在其中并不與浸入式水口接觸；與漏斗下沿相對應，底部耐火座磚上設置一個圓形凹槽，凹槽上方槽口寬度大于漏斗的下沿管體壁面厚度，凹槽底面寬度小于漏斗下沿管體壁面厚度；漏斗下沿能夠伸入凹槽中，并與凹槽的兩側(cè)壁密封接觸。
2.根據(jù)權利要求I所述的控流結(jié)構(gòu)，其特征在于所述塞棒上部為實心圓柱體，實心圓柱體下端為空心漏斗，漏斗下沿為圓柱形管體。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的控流結(jié)構(gòu)，其特征在于所述凹槽深度方向兩側(cè)壁為對向斜面，凹槽橫截面呈等腰梯形。
4.根據(jù)權利要求3所述的控流結(jié)構(gòu)，其特征在于所述浸入式水口為中空的長圓柱體，其上沿壁面是圓環(huán)形平面；浸入式水口上沿高于四周鋪墊的底部耐火座磚的上平面，座磚上平面低于中間包底部的上平面；座磚的上平面與中間包底部的上平面之間以具有傾斜角度的斜面相連。
5.根據(jù)權利要求I或2或4所述的控流結(jié)構(gòu)，其特征在于所述座磚鋪墊的形狀為長方形或圓形，并以水口為中心。
6.根據(jù)權利要求5所述的控流結(jié)構(gòu)，其特征在于所述中間包底面內(nèi)襯底面下表面與座磚下表面平齊。
7.根據(jù)權利要求I或2或4或6所述的控流結(jié)構(gòu)，其特征在于所述塞棒、浸入式水口和座磚分別由不同的耐火材料靜壓成形。
8.根據(jù)權利要求7所述的控流結(jié)構(gòu)，其特征在于所述中間包內(nèi)襯是由耐火材料堆砌。
全文摘要
本發(fā)明涉及防止中間包內(nèi)產(chǎn)生旋渦的控流結(jié)構(gòu)，主要包括中間包內(nèi)襯、底部耐火座磚、浸入式水口和塞棒，中間包內(nèi)襯分為四周壁面和底面，浸入式水口豎直設置在底面中心上且水口四周通過底部耐火座磚與底面相連；塞棒下端呈倒圓錐形管狀空心漏斗；漏斗中間空心部分能夠向下將浸入式水口出口罩在其中并不與浸入式水口接觸；與漏斗下沿相對應，底部耐火座磚上設置一個圓形凹槽，凹槽上方槽口寬度大于漏斗的圓柱形管體壁面厚度，凹槽底面寬度小于于漏斗的圓柱形管體壁面厚度；塞棒上的空心漏斗能夠伸入凹槽中，并與凹槽的兩側(cè)壁密封接觸?？擅黠@消除中間包出口的匯流旋渦，減少中間包內(nèi)覆蓋渣、夾雜物以及空氣的卷吸，強化鑄坯質(zhì)量，提高金屬收得率。
文檔編號B22D11/10GK102825229SQ20121030324
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月24日 優(yōu)先權日2012年8月24日
發(fā)明者徐海倫, 馬春武, 幸偉, 徐永斌, 邵遠敬, 葉理德 申請人:中冶南方工程技術有限公司