專利名稱：帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液體金屬的連鑄技術(shù)，特別涉及煉鋼連鑄中間包技術(shù)。
背景技術(shù)：
鋼中的非金屬夾雜物對(duì)鋼的熱加工性能和使用性能有嚴(yán)重影響，特別是那些大顆粒(＞10μm)夾雜。為了生產(chǎn)潔凈鋼，人們?cè)阡撘旱闹苽溥^程中通過一些冶金手段控制鋼液中的氧、硫含量，及氧化物和硫化物夾雜的數(shù)量和組成。不過，鋼液凝固后，在鋼坯上仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)一些大型的非金屬夾雜(＞10μm)。雖然有時(shí)這些大顆粒夾雜數(shù)量可能不多，但是這將是致命的，特別是對(duì)一些高純凈度的鋼，如鍋爐用鋼、石油和天然氣用鋼和汽車用鋼等。
在煉鋼過程中，連鑄中間包上連鋼包(存放已精煉完畢的合格鋼液)，下接結(jié)晶器(與其后的二次冷卻，將鋼液凝固為合格鑄坯)。連鑄中間包除了接受鋼包中高溫金屬液體，并將其流入結(jié)晶器外，還擔(dān)任著促使鋼液的溫度和成分均勻和鋼中非金屬夾雜物上浮的功能。然而，由于鋼液的沖刷會(huì)使鋼液中產(chǎn)生新的夾雜物，鋼包帶來(lái)的非金屬夾雜物，以及鋼液二次氧化、鋼包渣的卷入等，特別是在非穩(wěn)態(tài)澆鑄(連鑄開澆、換鋼包前后和澆鑄結(jié)束)，連鑄中間包過程會(huì)污染鋼液，影響鋼的質(zhì)量。
中國(guó)專利號(hào)03230562.1公開的“金屬液體非金屬夾雜物清潔器”，該清潔器有兩部分組成，一是圓柱體金屬液體旋轉(zhuǎn)攪拌區(qū)，二是矩形金屬液體混均澆注區(qū)。在旋轉(zhuǎn)攪拌區(qū)內(nèi)金屬液體在外加電磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由于金屬與非金屬夾雜物密度差異，金屬液體作水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，密度較低的非金屬夾雜物就向旋轉(zhuǎn)中心移動(dòng)，在金屬液體的旋轉(zhuǎn)中心處發(fā)生相互碰撞，聚集長(zhǎng)大，上浮排出鋼液。經(jīng)夾雜物清潔處理后的金屬液體流入矩形金屬液體混合澆注區(qū)，在澆注區(qū)內(nèi)得到充分混合后，從澆注區(qū)的另一端流出，進(jìn)入結(jié)晶器。
但是，上述結(jié)構(gòu)的中間包存在如下問題1)由于除預(yù)制塊外，中間包采用粉狀耐材整體打結(jié)方式砌筑，原結(jié)構(gòu)的沒有錐度的圓柱體攪拌區(qū)設(shè)計(jì)不宜脫模。
2)原結(jié)構(gòu)上沒有考慮攪拌區(qū)的鋼液是以切線發(fā)向流入澆注區(qū)的流動(dòng)特征，攪拌區(qū)與澆注區(qū)之間的鋼液直通道，由于阻擋了鋼液的流動(dòng)，故比較容易被鋼液侵蝕。
3)原結(jié)構(gòu)上沒有考慮到澆注區(qū)內(nèi)鋼液流動(dòng)狀的非對(duì)稱性，對(duì)稱的澆注區(qū)擋墻不能有效的控制鋼液的流動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種連鑄離心旋轉(zhuǎn)中間包，可以使中間包的精煉區(qū)徹底擋住了鋼包渣流入混合澆注區(qū)，緩沖和穩(wěn)定了混合澆注區(qū)鋼流速度、使連鑄中間包鋼液的流動(dòng)易于控制，并杜絕鋼包渣對(duì)連鑄坯的污染，大大降低了非穩(wěn)態(tài)澆鑄過程對(duì)鋼質(zhì)量的危害。
本實(shí)用新型通過對(duì)連鑄電磁攪拌離心中間包系統(tǒng)的水力學(xué)模型和大量工業(yè)試驗(yàn)研究，創(chuàng)造了一種新型的離心旋轉(zhuǎn)中間包技術(shù)。其結(jié)合了鋼包冶金和中間包冶金技術(shù)，即在原來(lái)傳統(tǒng)的中間包一側(cè)接上帶有電磁攪拌的圓桶型鋼液精煉區(qū)，經(jīng)精煉的鋼液通過底部通道流入矩型鋼液混合澆注區(qū)。本實(shí)用新型利用電磁場(chǎng)向離心旋轉(zhuǎn)中間包的精煉區(qū)的鋼液施加一個(gè)切向力，使鋼液水平旋轉(zhuǎn)。利用鋼液中的鋼液與非金屬夾雜物密度上的差異而產(chǎn)生的不同離心力，使密度較低的非金屬夾雜物就會(huì)向旋轉(zhuǎn)軸方向聚集，并發(fā)生相互碰撞，長(zhǎng)大后排出鋼液，被覆蓋在鋼液面上的爐渣吸收。在強(qiáng)大的離心攪拌作用下，鋼中的大顆粒夾雜物(≥10μm)，無(wú)論是鋼液的脫氧產(chǎn)物，還是爐渣和耐材等外來(lái)夾雜，均得以基本清除。流入混均澆注區(qū)的清潔鋼液在澆注區(qū)內(nèi)得到充分混合后，從澆注區(qū)的另一端流出，進(jìn)入結(jié)晶器。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其包括，中間包本體，其為一腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由一隔離墻分隔成第一、二腔室，隔離墻底部設(shè)有一通道使兩腔室相連通，鋼包通過下水口連通第一腔室；第二腔室通過浸入式水口連通結(jié)晶器；電磁攪拌器，其為圓弧形結(jié)構(gòu)，設(shè)置于中間包本體第一腔室外側(cè)壁；所述的通道與隔離墻成角度α；第一腔室上大下小，側(cè)壁有錐度，錐度為2～10°，以便于中間包切筑時(shí)的脫模。
進(jìn)一步，第一腔室和第二腔室之間用預(yù)制的擋墻隔開，擋墻的第一腔室側(cè)是一上下有錐度的半圓，而擋墻的第二腔室側(cè)是平板結(jié)構(gòu)，擋墻的底部設(shè)由通道；隔離墻中部上沿的厚度為50-200mm。
所述的通道與隔離墻成角度α小于45°。
所述的通道的截面積是鋼包下水口截面積的2-8倍。
所述的通道的形狀為矩形、方形、圓形或橢圓形。
第一腔室底部安裝圓型、表面呈弧型的耐鋼液沖擊填塊，沖擊塊的直徑是第一腔室底部?jī)?nèi)直徑D的1/2-3/4，該沖擊填塊一方面能承受鋼包鋼液對(duì)精煉區(qū)底部耐材的沖刷，另一方面引導(dǎo)新進(jìn)入精煉區(qū)的鋼液向上作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而不直接流入到鋼液混均澆注區(qū)。
通道的上邊沿低于安裝在精煉區(qū)中部的沖擊填塊，以防止從鋼包流入鋼液未經(jīng)離心攪拌處理直接進(jìn)入混均澆注區(qū)。
所述第二腔室內(nèi)設(shè)置有擋墻，其相對(duì)于通道的一側(cè)面為一斜面，與隔離墻壁成一角度β，角度β小于20°。
所述的擋墻的長(zhǎng)度為第二腔室底部寬度W的1/2-3/4；高度為中間包正常鋼液高度H的1/3-2/3；其距離隔離墻L為30-80mm；所述的擋墻正對(duì)鋼液流入面的傾角γ為小于30°，以控制鋼液在混均澆注區(qū)的流動(dòng)，保證鋼液成分和溫度的均勻性、促使鋼液中非金屬夾雜物充分上浮，凈化鋼液。
離心旋轉(zhuǎn)連鑄中間包以第一腔室作為鋼液精煉區(qū)，第二腔室鋼液混合澆注區(qū)，精煉過的鋼液通過底部通道流入矩型鋼液混合澆注區(qū)，并在該混合區(qū)的另一側(cè)流出，進(jìn)入結(jié)晶器。由于擋墻被置于對(duì)應(yīng)于鋼液流入的混均澆注區(qū)一側(cè)，其相對(duì)于通道的一側(cè)面為一斜面，使從通道流入的經(jīng)離心攪拌處理的鋼液以與混均澆注區(qū)隔離擋墻成一定角度的方向流入混合澆注區(qū)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1)能有效地鋼液中的大顆粒夾雜物(≥10μm)，無(wú)論是鋼液的脫氧產(chǎn)物，還是爐渣和耐材等外來(lái)夾雜，均得以基本清除。
2)離心中間包砌筑簡(jiǎn)單，使用壽命不低于相同質(zhì)量耐材的中間包。
3)攪拌區(qū)中鋼液的攪拌速度可以簡(jiǎn)單地通過電流頻率調(diào)節(jié)。
4)澆注區(qū)的鋼液的攪拌強(qiáng)度可以通過在電流強(qiáng)度調(diào)節(jié)，當(dāng)中間包液面降低時(shí)，可以適當(dāng)降低電流強(qiáng)度。
5)電磁攪拌區(qū)是脫卸式的。


圖1為本實(shí)用新型離心旋轉(zhuǎn)中間包的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為本實(shí)用新型電磁攪拌器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的俯視圖。
具體實(shí)施方案參見圖1、圖2，本實(shí)用新型的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其包括，中間包本體1，其為一腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由一隔離墻2分隔成第一腔室101、第二腔室102，隔離墻2底部設(shè)有一通道21使兩腔室101、102相連通，鋼包通過下水口連通第一腔室101；第二腔室102通過浸入式水口連通結(jié)晶器；電磁攪拌器3，其為圓弧形結(jié)構(gòu)，設(shè)置于中間包本體1第一腔室101外側(cè)壁；所述的通道21與隔離墻2成角度α，角度α小于45°，其角度方向與鋼液水平旋轉(zhuǎn)方向一致，以避免底部鋼液流股對(duì)通道壁的沖刷；第一腔室101上大下小，側(cè)壁有錐度，錐度為2～10°；所述的通道21的截面積是鋼包下水口截面積的2-8倍；所述的通道21的形狀為矩形、方形、圓形或橢圓形。中間包本體104為流渣槽，第一腔室鋼液上部的爐渣可以通過流渣槽流出。中間包105為耐火材料，由粉狀打結(jié)料和涂層等組成。
第一腔室101底部安裝圓型、表面呈弧型的耐鋼液沖擊填塊4，沖擊填塊4的直徑是第一腔室101底部?jī)?nèi)直徑D的1/2-3/4，該沖擊填塊4一方面能承受鋼包鋼液對(duì)精煉區(qū)底部耐材的沖刷，另一方面引導(dǎo)新進(jìn)入精煉區(qū)的鋼液向上作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而不直接流入到鋼液混均澆注區(qū)。
通道21的上邊沿低于安裝在精煉區(qū)中部的沖擊填塊4，以防止從鋼包流入鋼液未經(jīng)離心攪拌處理直接進(jìn)入混均澆注區(qū)。
所述第二腔室102內(nèi)設(shè)置有擋墻5，其相對(duì)于通道21的一側(cè)面為一斜面51，與隔離墻2壁成一角度β，角度β小于20°。
所述的擋墻5的長(zhǎng)度為第二腔室102底部寬度W的1/2-3/4；高度為中間包正常鋼液高度H的1/3-2/3；其距離隔離墻2的距離L為30-80mm；所述的擋墻5正對(duì)鋼液流入面的傾角γ為小于30°，以控制鋼液在混均澆注區(qū)的流動(dòng)，保證鋼液成分和溫度的均勻性、促使鋼液中非金屬夾雜物充分上浮，凈化鋼液。
離心旋轉(zhuǎn)連鑄中間包本體1以第一腔室101作為鋼液精煉區(qū)，第二腔室102鋼液混合澆注區(qū)，精煉過的鋼液通過底部通道流入矩型鋼液混合澆注區(qū)，并在該混合區(qū)的另一側(cè)流出，進(jìn)入結(jié)晶器。
本實(shí)用新型的第一腔室101鋼液精煉區(qū)具有電磁攪拌功能，在精煉區(qū)的一側(cè)裝置了半弧型的電磁攪拌器3，使鋼液作水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電磁攪拌器輸入電流強(qiáng)度0～1200安培，頻率2～14赫茲。攪拌器高度低于圓桶型鋼液精煉區(qū)，上下各有兩個(gè)固定樁與中間包本體1第一腔室101外殼用螺拴連接，攪拌器是可卸式的。冷卻水從攪拌器一側(cè)下部輸入，另一側(cè)上部輸出。攪拌器的外殼用不銹鋼組成，相應(yīng)的，安裝電磁攪拌器一側(cè)的中間包外殼用不銹鋼材料制作。
參見圖3、圖4，電磁攪拌器3外型為是半弧型，通過接線盒31與外界電性連接，進(jìn)水管32位于電磁攪拌器3底部，出水管33位于電磁攪拌器3上部。攪拌區(qū)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)集中在內(nèi)弧側(cè)，最大限度的提高電磁攪拌效率和盡可能低的電磁向外泄漏。
電磁攪拌器需要水冷，以免內(nèi)部絕緣線圈和鐵芯發(fā)熱。電磁攪拌器是外置可卸式的，電磁攪拌器可以直接安置在與中間包相連的底部法蘭座上，并用上下螺拴連接。為了防止?jié)茶T過程鋼液和爐渣對(duì)電磁攪拌器的損壞，中間包上沿外側(cè)設(shè)置一法蘭圈，遮住電磁攪拌器。
本實(shí)用新型所述的電磁攪拌器可以固定式地安裝在精煉區(qū)的一側(cè)。
本實(shí)用新型中間包本體1第一腔室101上部安裝爐渣槽104，精煉區(qū)內(nèi)鋼液上部的爐渣可以通過爐渣槽流出，以便流出成分不符合精煉要求的爐渣，添加新的渣料，提高精煉效果。
攪拌器既可以設(shè)計(jì)成外置可卸的，也可以設(shè)計(jì)成嵌裝在精煉區(qū)耐火材料外側(cè)固定式的。一個(gè)可卸式的攪拌器可以用于不同的中間包，但功率利用系數(shù)低于固定式的攪拌器。
鋼液從鋼包，通過長(zhǎng)水口流入中間包電磁攪拌精煉區(qū)的中部，長(zhǎng)水口插入精煉區(qū)鋼液，以防鋼液的二次氧化和吸氮。流入的鋼液在精煉區(qū)經(jīng)過離心攪拌處理，大顆粒(≥10μm)的鋼中非金屬夾雜物被排除出鋼液進(jìn)入鋼液上面的爐渣內(nèi)，清潔的鋼液通過精煉區(qū)下部的通道流入中間包的混均澆注區(qū)。由于流入的鋼液具有較大的動(dòng)能，能帶動(dòng)混均澆注區(qū)中的鋼液流動(dòng)，以獲得鋼液成分和溫度的均勻。本實(shí)用新型的中間包擋墻設(shè)計(jì)，并配合合適的擋板、隔墻和堰壩等，可以控制鋼液的流動(dòng)，不產(chǎn)生卷渣，不存在明顯的鋼液旋流和滯流區(qū)，延長(zhǎng)鋼液在中間包的停留時(shí)間，進(jìn)一步排除鋼中非金屬夾雜物。
本實(shí)用新型所述的離心旋轉(zhuǎn)中間包，在以上發(fā)明基礎(chǔ)上還可以在混均澆注區(qū)設(shè)置擋板、隔墻和堰壩等，以進(jìn)一步控制鋼液的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生卷渣，不存在明顯的鋼液旋流和滯流，延長(zhǎng)鋼液在中間包的停留時(shí)間。
權(quán)利要求1.帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，設(shè)置于鋼包與結(jié)晶器之間，其包括，中間包本體，其為一腔體結(jié)構(gòu)，其一端為圓弧形，腔體內(nèi)部由一隔離墻分隔成第一、二腔室，隔離墻底部設(shè)有一通道使兩腔室相連通；鋼包通過下水口連通第一腔室；第二腔室通過浸入式水口連通結(jié)晶器；電磁攪拌器，其為圓弧形結(jié)構(gòu)，設(shè)置于中間包本體第一腔室外側(cè)壁；其特征是，所述的通道與隔離墻成角度α；第一腔室上大下小，側(cè)壁有錐度；第二腔室內(nèi)設(shè)置有擋墻。
2.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，第一腔室和第二腔室之間用預(yù)制的隔離墻隔開，隔離墻的第一腔室側(cè)是一上下有錐度的半圓，而隔離墻的第二腔室側(cè)是平板結(jié)構(gòu)，隔離墻中部上沿的厚度為50-200mm。
3.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述的通道與隔離墻成角度α小于45°。
4.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述的通道的截面積是鋼包下水口截面積的2-8倍。
5.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述的通道的形狀為矩形、方形、圓形或橢圓形。
6.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述的錐度為2～10°。
7.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，第一腔室底部安裝圓型、表面呈弧型的耐鋼液沖擊填塊，沖擊塊的直徑是第一腔室底部?jī)?nèi)直徑D的1/2-3/4。
8.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，通道的上邊沿低于安裝在精煉區(qū)中部的沖擊填塊。
9.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述第二腔室內(nèi)設(shè)置有擋墻，其相對(duì)于通道的一側(cè)面為一斜面，與隔離墻壁成一角度β。
10.如權(quán)利要求8所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述的角度β小于20°。
11.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述的擋墻的長(zhǎng)度為第二個(gè)腔室底部寬度W的1/2-3/4；高度為中間包正常鋼液高度H的1/3-2/3；其距離隔離墻L為30-80mm。
12.如權(quán)利要求1所述的帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其特征是，所述的擋墻正對(duì)鋼液流入面的傾角γ為小于30°。
專利摘要帶離心旋轉(zhuǎn)的連鑄中間包，其包括，中間包本體，其為一腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由一隔離墻分隔成第一、二腔室，隔離墻底部設(shè)有一通道使兩腔室相連通，鋼包通過下水口連通第一腔室；第二腔室通過浸入式水口連通結(jié)晶器；電磁攪拌器，其為圓弧形結(jié)構(gòu)，設(shè)置于中間包本體第一腔室外側(cè)壁；所述的通道與隔離墻成角度α；第一腔室上大下小，側(cè)壁有錐度；第二腔室內(nèi)設(shè)置有擋墻，置于腔壁一側(cè)，其相對(duì)于通道的一側(cè)面為一斜面，與隔離墻壁成一角度β。本實(shí)用新型結(jié)合了鋼包冶金和中間包冶金技術(shù)，利用電磁場(chǎng)使鋼液水平旋轉(zhuǎn)，使密度較低的非金屬夾雜物聚集，長(zhǎng)大后排出鋼液，被覆蓋在鋼液面上的爐渣吸收。
文檔編號(hào)B22D41/00GK2841198SQ20052004703
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日
發(fā)明者張曉兵, 張昧茗 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司