CN103406504A

CN103406504A - 一种钢锭模冒口保温装置

Info

Publication number: CN103406504A
Application number: CN2013102991220A
Authority: CN
Inventors: 沈明钢; 张瑞天; 张恒毅; 张振山; 杨冬彬; 敖广武; 李晓冬
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明提供了一种钢锭模冒口保温装置，旨在通过抑制冒口侧壁的传热，减少铸锭冒口的侧向散热，以实现顺序凝固，提高钢锭收得率和铸锭质量。该保温装置包括：重质绝热材料层、中空气室、隔板、轻质绝热材料层和加强筋，本发明可显著降低传热量，显著提高保温冒口的侧壁保温性能。与实芯耐热材料相比，可减少侧壁辐射传热量50%以上，达到改善冒口的补缩效果，减少冒容比，提高铸锭质量的目的。

Description

一种钢锭模冒口保温装置

技术领域

本发明涉及炼钢生产中模铸装置，特别是一种钢锭模冒口保温装置。

背景技术

钢锭由于凝固收缩产生缩孔和缩松等缺陷，通常在钢锭上部设置保温冒口，由保温冒口内的钢液对钢锭本体补缩，以减少钢锭本体的缩松等缺陷。但钢锭凝固收缩产生的缩孔存在保温冒口内，同时，钢锭凝固过程上浮的夹杂也存在保温冒口内，保温冒口部分的钢锭质量不能满足产品要求，通常作为不合格品切掉，影响钢锭收得率。如何在保证钢锭本体质量的前提下，减少保温冒口容积，即减少钢锭冒口切头率，提高钢锭收得率和质量，是铸锭工艺的关键技术之一。保温冒口容积主要与保温冒口的保温条件有关，即与保温冒口的上部和侧壁的保温有关。通常上部保温采用加入保温剂和发热剂，侧壁保温在保温冒口锭模内嵌入绝热板。钢锭上部空间容积较大，可加入适量的保温剂和发热剂，来满足钢锭保温的要求。侧壁嵌入绝热板的空间容积较小，绝热板的厚度受到限制，影响了侧壁的保温效果。如何提高保温冒口的侧壁保温效果，是减少冒容比、提高钢锭收得率和质量的关键技术。

中国专利授权公告号:CN 202571181U，公开了“一种中空冒口套”。中空冒口套的外壁和内壁之间为相对密闭的空气层，冒口内部的热量传递到外壁表面的过程中，经过空气段的传热会明显受阻，内、外壁的温度梯度有明显增加，因此减慢了冒口内部的热量散发，增强了冒口的保温性能。该实用新型专利由于空气对流传热量随空气段长度增加而增加，限制了空气段的长度，影响了保温效果，理论计算和实验结果均表明一个空气段所增加的保温效果非常有限；只能采用抗侵蚀高强度的重质绝热材料，而重质绝热材料保温效果低于轻质绝热材料，保温效果低于内壁重质绝热材料、外壁轻质绝热材料的复合材料结构；由于空气段强度低，限制了中空冒口套的尺寸，因此仅适用于小型铸件。

发明内容

本发明提供了一种钢锭模冒口保温装置，旨在通过抑制冒口侧壁的传热，减少铸锭冒口的侧向散热，以实现顺序凝固，提高钢锭收得率和铸锭质量。

一种钢锭模冒口保温装置，放置于钢锭模之上，铸铁冒口之内，其特征是该保温装置包括：轻质绝热材料层、中空气室、隔板、重质绝热材料层和加强筋，轻质绝热材料层和重质绝热材料层复合在一起，两层中间距离5～30mm，形成中空气室，构成中空绝热板，重质绝热材料层接触钢水在绝热板内侧，轻质绝热材料层在绝热板外侧。为提高绝热板强度，中空气室内壁设加强筋，加强筋宽度为20～40mm。在中空气室垂直水平方向、平行设1～3个隔板，将中空气室分为2～4层，隔板厚度0.2～2mm。每块中空绝热板制成矩形、梯形或扇形，中空绝热板组合在一起，形成方台形状或圆台形状的保温冒口。

本发明的显著有益效果通过以下分析可充分体现：

传热为热传导、对流、热辐射三种方式，在绝热板的内部设置中空气室，并在中空气室内插入低黑度隔板，可显著提高绝热板的保温性能。中空气室厚度越厚越有利于减少辐射传热量，但增加对流传热量，合理设置中空气室的厚度抑制对流传热量。由于空气的导温系数很小，与辐射传热相比可忽略，合适厚度的中空气室主要以辐射传热为主。辐射传热式如下：

式中q-单位时间通过单位面积的热量，W/m²；

ε-黑度，0.75；

σ-斯忒藩-玻耳兹曼常数（辐射常数），σ=5.67×10-8W/(m².K⁴)

Ta-耐火材料内壁外表面的温度，K；

Ts-耐火材料壁内表面的温度，K。

当插入n个低黑度隔板时，辐射传热式如下：

q = ϵσ (T_{a}^{4} - T_{1}^{4}) = ϵσ (T_{1}^{4} - T_{2}^{4}) = \cdot \cdot \cdot = ϵσ (T_{n}^{4} - T_{s}^{4});

式中q-单位时间通过单位面积的热量，W/m²；

ε-黑度，0.75；

σ-斯忒藩-玻耳兹曼常数（辐射常数），σ=5.67×10-8W/(m².K⁴)

T_a-耐火材料内壁外表面的温度，K；

T₁、T₂、…、T_n-低黑度隔板的温度，K；

T_s-耐火材料壁内表面的温度，K。

由上式可见，传热量q随插入低黑度隔板数n的增加和黑度的降低而减少。当插入一个低黑度隔板，传热式为：

q = ϵσ (T_{a}^{4} - T_{1}^{4}) = ϵσ (T_{1}^{4} - T_{s}^{4}),

没插入低黑度隔板时:

q = ϵσ (T_{a}^{4} - T_{s}^{4}),

而T_a＜T₁＜T_s。由上可见，假设中空气室内壁温度T₁和中空气室外壁温度T₂与没插入低黑度隔板时相同，则传热量q由于插入低黑度隔板而显著降低，实验与计算分析与没插入低黑度隔板时相比辐射传热量可降低50%以上。由上分析在绝热板中空气室内插入低黑度隔板，可显著降低传热量，显著提高保温冒口的侧壁保温性能。本发明与实芯耐热材料相比，可减少侧壁辐射传热量50%以上，达到改善冒口的补缩效果，减少冒容比，提高铸锭质量的目的。

附图说明

图1是一种钢锭模冒口保温装置的中空绝热板俯视剖面图示意图。

图2是一种钢锭模冒口保温装置的中空绝热板主视剖面图示意图。

图3是一种钢锭模冒口保温装置的中空绝热板侧视剖面图示意图。

图4是多个中空绝热板组合成一个中空保温冒口示意图。

图5中空保温冒口安装在钢锭模上示意图。

图中：1.重质绝热材料层；2.中空气室；3.隔板；4.轻质绝热材料；5.加强筋；6、7、8、9中空绝热板；10.中空保温冒口；11.铸铁冒口；12.钢锭模。

具体实施方式

下面结合附图用实施例更加详细描述本发明，但是并不限定本发明权利要求的保护范围。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种钢锭模冒口保温装置，由中空保温冒口10构成，放置于钢锭模12之上，铸铁冒口11之内，其特征是该保温装置包括：重质绝热材料层1、中空气室2、隔板3、轻质绝热材料层4和加强筋5，轻质绝热材料层4和重质绝热材料层1复合在一起，两层中间距离5～30mm，形成中空气室2，构成中空绝热板，重质绝热材料层1接触钢水在绝热板内侧，轻质绝热材料层4在绝热板外侧。中空气室2内壁设加强筋5，加强筋宽度为20～40mm。在中空气室2垂直于水平面方向、平行设1～3个隔板3，将中空气室2分为2～4层，隔板3为厚度0.2～2mm的表面低黑度的隔板。中空绝热板制成梯形，四块中空绝热板组合在一起，形成方台形状的中空保温冒口10。

Claims

1.一种钢锭模冒口保温装置，放置于钢锭模之上，铸铁冒口之内，其特征是该保温装置包括：重质绝热材料层、中空气室、隔板、轻质绝热材料层和加强筋，轻质绝热材料层和重质绝热材料层复合在一起，两层中间距离5～30mm，形成中空气室，构成中空绝热板，重质绝热材料层接触钢水在绝热板内侧，轻质绝热材料层在绝热板外侧，为提高绝热板强度，中空气室内壁设加强筋，加强筋宽度为20～40mm，在中空气室垂直水平面方向、平行设1～3个隔板，将中空气室分为2～4层，隔板厚度0.2～2mm，每块中空绝热板制成矩形或梯形，中空绝热板组合在一起，形成方台形状或圆台形状的保温冒口。