CN104084546B - 多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的设备 - Google Patents
多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的设备 Download PDFInfo
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Abstract
多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的设备，属于真空铸锭领域。能解决现有真空铸锭时大气造成的二次氧化和耐火材料污染钢水及塞杆塞头易断等缺陷。其特征：包壳底与真空盖上加高了的上下法兰内装有滑动水口及其机构和能分别使上导流管和小真空盖坐在下导流管上的换位器。坐首包抽真空后开水口钢流经上下导流管时，钢流大量放气被喷淋成雨滴状落入模内浇完关水口。换位器升起旋来小真空盖压紧在下导流管上对真空室内密封，对小真空室内破真空后吊走空包换坐新包，再对小真空室内抽真空后，升起旋来上导流管坐在下导流管上开水口第二包开始浇注，浇完后以此类推，吊走空包换坐下个钢包...末包浇完关水口破真空向冒口加入发热保温剂。
Description
技术领域
本发明属于真空铸锭技术领域
技术背景
现有真空铸锭技术的设备和工艺看似简单实用，但其中最大的缺点是：
1.大气中倒包时，钢水流股紧密接触大气吸收大气中氧、氮和水分中氢和氧，使钢水中增加[H]含量并形成金属氧化物和氮化物，钢水流股由中间包中进行真空浇注时，钢水中增加的[H]可以大量放出，而氧化物和氮化物十分稳定，不易分解，以较大颗粒有害夹杂物状态残留在钢中，另外，中间包衬塞杆袖砖和塞头砖因钢水的机械冲刷和化学侵蚀也会给钢水带来较大颗粒的有害的非金属夹杂物。
2.塞杆袖砖厚度有限，塞头冲刷太快，尤其多包钢水依次倒包时使浇注总时间倍增，很容易造成塞杆熔断和塞头脱落的重大事故。
3.为了减少倒包时“二次氧化”和耐火材料污染钢水，以及塞杆、赛头造成的重大事故的缺陷，特意限制了每包钢水倒包时间，现一般130吨左右的滑动水口钢包的允许浇注时间在60分钟左右，而真空浇注时，向中间包大气倒包时，每包倒包时间限制在20-30分钟左右，这样就在多包真空浇注一支大钢锭时造成很多困难，现在各大重机厂因年需大型铸锻件数量有限，不能建多台百吨级高功率电弧炉，对需要每半小时内供应一包精炼钢水的组织调度工作要求极高。
另外，现有技术使用大吨位铸锭天车长时间吊着钢包在固定位置上进行大气中倒包作业，对整个浇注跨其它天车正常工作也有影响，即使现有双层天车也不能完全克服上述缺点。
发明内容：
(一).设备组成和附图标记，[]内是本发明申请文件中的简称。
1--盛有精炼后钢水的滑动水口钢水包[钢包]。
2--钢包(1)壳下部和真空盖上部加高了的水冷法兰A及密封圈[法兰A]。
3--在钢包(1)壳底下部法兰A(2)内安装的可在真空下使用的带开闭机构及吹Ar透气塞的滑动水口[水口]。其开闭机构和液压缸、水冷防热装置、其液压、供Ar、冷却水管线伸出A(2)外通过快速接头接上源头。
在真空室盖上部法兰A(2)内设有和真空室(13)同中心线的以下装置：
4--可升降和180°往返旋转的上部导流管[上导流管]。
其中包括有：上水冷环A，其下表面需加工平整，外侧面设环形吹Ar喷嘴用于上导流管升降和往返旋转时对下导流管(5)上表面进行吹Ar清扫。
还包括有环形上导流管砖及其与上水冷环A焊成一体的耐热钢外壳。
5--[下导流管]
其中包括有：中水冷环，其上、下表面需加工平整，其耐热钢制筒状外壳与中水冷环焊成一体，下导流管(5)内砌有多节环形下导流管砖和绝热材料层。
6--下水冷环和密封圈[下水冷环]。
其中包括有：其上表面需加工平整，装有密封圈用于下导流管(5)和真空浇注室体间密封用，下水冷环(6)与真空盖中心的安装圆孔上部焊接在一起，和下导流管(5)的耐热钢制筒状外壳间留有规定的间隙，便于安装和更换。
7--真空室盖[真空盖]。
8--下导流管(5)的真空密封盖[小真空盖]。
其中包括有：该盖上部设有上水冷环B，其下表面需加工平整，并且镶嵌有密封圈，外侧面上装有多支气动伸出和缩回的多块弧形防热板，保护密封圈在升起和旋转时不被烤坏，还设有对下导流管(5)上表面吹扫用的Ar气喷嘴，小真空盖(8)的中部为下凹一定尺寸的放射状水冷盘和上水冷环B焊成一体，上表面焊多道立筋，保证小真空盖(8)平整不扭曲。
9--由钢包(1)下部的法兰A(2)和真空盖(7)上部的法兰A(2)及密封圈围成的可抽成真空的小真空室[小真空室]。
10--上导流管(4)和小真空盖(8)之间设有水冷联接梁，在联接梁中心点安装带水冷壳的液压换位器[换位器]。将它们联接在一起，实用于升降和180°往返旋转，分别使上导流管(4)和小真空盖(8)与下导流管(5)中心线对正，带动上导流管(4)对正后落下即可，带动小真空盖(8)对正落下后，加压压紧密封圈。
11--钢包(1)吊到真空盖(7)上方后，用来快速对正法兰A(2)的三支定位器[定位器]。
12--真空盖(7)和真空室(13)间法兰C及密封圈[法兰C]。
13--真空浇注室体[真空室]。
14--法兰A(2)外下部侧面装有抽真空阀和连接小真空室(9)与真空盖(7)内部的管线，
打开时用于对小真空室(9)内抽真空，达到67Pa时自动关上[小真空阀]。
15--法兰A(2)外下部侧面装有N2气阀和连接小真空室(9)与N2气源的管线，打开时用于向小真空室(9)内通入定量的N2气后，自动关上[N2气阀]。
16--法兰A(2)外下部侧面装有破真空阀和连接小真空室(9)的管线，打开时自动吸入大气，达到一个大气压时，自动关上，用于小真空室(9)单独破真空，当最后一个钢包(1)浇完后和真空室(13)一起破真空[破真空阀]。
17--真空室(13)中心线上的大钢锭的保温冒[保温冒]。
18--真空室(13)中心线上的大钢锭模[大钢锭模]。
19--真空抽气管道[抽气管道]。
(二).本技术方案的浇注程序
1.准备工作：真空盖车和真空盖(7)在待用工位。
1.1待用时上导流管(4)对正后坐在下导流管(5)上，抽气管道(19)右边的真空阀关闭、小真空阀(14)、N2气阀(15)、破真空阀(16)均为关闭状态。
1.2开浇前规定时间，真空室(13)内下部锭盘上及事故用钢水通道内均要求彻底清理，再用天车分别将模底板、大钢锭模(18)、保温冒(17)对准真空室(13)中心后放下，并对大锭模内异物取出后，用薄钢板盖上，坐真空盖(7)前取走。
1.3准备好的真空盖(7)用真空盖车开来，对正法兰C(12)落下，密封圈被压紧。
钢包(1)出钢吊包前规定时间启动蒸汽喷射泵对真空阀右边的真空系统进行抽真空到真空度67Pa。
1.4钢包(1)吊来时先在渣罐处打开水口(3)放出固体填充料和放少许钢水后关上水 口(3)，并将下滑板上吹Ar透气塞对准上滑板钢流孔中心后送Ar气吹Ar搅拌。
如果水口(3)放不出钢水，立即用氧气管吹氧烧开后，放出少许钢水，关水口(3)并吹Ar搅拌。
2.首个钢包的浇注程序
2.1坐包、抽真空、开浇：
吊首个钢包(1)通过定位器(11)对正法兰A(2)中心后，坐在真空盖(7)上，靠自重压紧，需时间60-90秒，开走天车，开真空阀通过抽气管道(19)对真空室(13)内和小真空室(9)内抽真空，5-6分钟，真空度达到67Pa，打开水口(3)，钢水流股进入真空室，开始大量放出气体使流股喷淋成雨滴状经过上、下导流管后以较大的扩散角淋入大钢锭模(18)内，每包钢水设计的浇注时间为35-45分(以钢包(1)盛有130吨左右钢水取40分为例)。
2.2停浇、换坐小真空盖(8)并压紧、破真空：
首包钢水浇完关水口(3)，用换位器(10)升起旋走上导流管(4)旋来小真空盖(8)对准下导流管(5)中心，用时10～20秒，压紧在下导流管(5)上，用时20秒，目的为下步工序小真空室(9)内破真空时，能保持真空室(13)内密封，并继续不停的抽真空。开N2气阀(15)向小真空室(9)内通入规定量的氮气后，自动关上，用时5秒。
再开破真空阀(16)使小真空室(9)吸入大气破真空，当小真空室内达到一个大气压时，自动关上，用时10-25秒。立即用天车吊走浇完的钢包(1)，用时25秒。
3.第二个钢包的浇注程序
3.1坐包、对小真空室(9)抽真空、换坐上导流管、开浇：
在吊走第一个浇完的钢包(1)的同时，用另一个天车吊来第二个引流后的钢包(1)，通过定位器(11)坐到真空盖(7)中心上，靠自重压紧，用时60-90秒。开小真空阀(14)对小真空室(9)内抽真空，用时20-30秒，真空度达到67Pa时自动关上。用换位器(10)升起，旋走小真空盖(8)和旋来上导流管(4)对正下导流管(5)的中心后落下，用时10-20秒，打开水口(3)开始真空浇注。
3.2停浇、换坐小真空盖并压紧、破真空，吊走空包：
第二个钢包(1)浇完，关水口(3)，用换位器(10)升起旋走上导流管(4)旋来小真空盖(8)对准下导流管(5)中心后落下用10-20秒，并压紧用20秒。开N2气阀(15)，通入定量的N2气，用时5秒自动关上。开破真空阀(16)，吸入大气破真空，用时10-25秒达到一个大气压时，自动关上。立即用天车吊走空包，用时25秒。
4.第三个钢包至到末支前钢包的浇注程序
同第二个钢包的浇注程序相同。
5.末支钢包(1)的浇注程序
5.1坐包、对小真空室(9)抽真空，换坐上导流管(4)、开浇：
在吊走末支前钢包的同时，用另一天车吊来引流后的末支钢包(1)，通过定位器(11)坐到真空盖(7)上，靠自重压紧，用时60～90秒。开小真空阀(14)对小真空室(9)内抽真空，用时20～30秒，真空度达到67Pa时自动关上。用换位器(10)升起旋走小真空盖(8)和旋来上导流管(4)落到下导流管(5)的中心上，用时10～20秒。打开下水口(3)，开始真空浇注。
5.2停浇、破真空，吊走末支浇完钢包(1)，加入保温冒发热剂、保温剂：
当钢水浇到大锭的保温冒处时，关小水口(3)，按保温冒(17)规定注速浇注和补缩，补缩完毕后关水口(3)。停止蒸汽喷射泵工作，关闭真空阀，开氮气阀(15)，通入真空室(13)破真空所需规定的N2气后，自动关上，用时60秒。再开破真空阀(16)，吸入大气最后破真空，真空室(13)内达到一个大气压后，自动关上。吊走最后一支浇完的钢包(1)。
破真空后50秒内，通过真空盖(7)上加料斗向保温冒(17)加入首批发热剂，打开真空盖(7)后3分钟内向保温冒(17)内加入末批发热剂，待发热剂火焰熄灭后，再向保温冒(17)加入定量的碳化稻壳保温剂。并将真空盖车开到指定待用工位处停放。
大钢锭按原规定制度冷却、脱保温冒、脱锭，按有关规定热送锻造加热炉或热处理炉。
(三).需要说明的几个问题
1.多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的质量有无问题
申请人认为间断性真空浇注时对大钢锭的质量没有影响，以第二个钢包真空浇注为例，具体分析如下：
①.第二个引流后的钢包(1)吊到真空盖(7)上方，借用定位器(11)快速使法兰A(2)对中坐下所需时间60-90秒；
②.开小真空阀(14)对小真空室(9)内抽成真空到67Pa，所需时间20-30秒
③.用换位器(10)升起旋走小真空盖(8)和旋来上导流管(4)并落到下导流管(5)用10-20秒，打开水口(3)开始真空浇注；此过程小真空盖(8)经过下导流管(5)上方高温区时间5秒～10秒。(高温区指下导流管内多节环形下导流管砖内径区域)
④.真空浇注时间设定为：130吨钢包40分钟；
⑤.浇完后用换位器(10)升起旋走上导流管(4)和旋来小真空盖(8)落在下导流管(5)上用10-20秒，压紧在下导流管(5)上用20秒；此过程小真空盖(8)经过下导流管(5)上方高温区时间5-10秒。
⑥.开N2气阀向小真空室(9)内通入定量的N2气，所需时间5秒，自动关上；
⑦.再开破真空阀(16)使小真空室(9)内吸入大气到一个大气压时，所需时间10-25秒，自动关上；
⑧.用天车吊走第二个浇完的钢包(1)，所需时间25秒；
合计每个钢包从坐包到吊走空包，总时间约为：
60-90秒+20-30秒+10-20秒+40分+10-20秒+20秒+5秒+10-25秒+25秒＝42分55秒～43分55秒
其中间断浇注时间175秒～235秒＝2.92分～3.925分
在2.92分～3.925分钟内真空室(13)内大钢锭模内钢水在模壁开始形成新的凝固层，其厚度根据现有经验公式式中δ-生成凝固层厚度(公分)；T-自结晶开始到测定的时间(分)；k-凝固系数；根据铸坯的断面形状及冷却强度的不同，k值在2.6-2.9范围内。因为多包浇注的最大钢锭可达700吨，横断面最大尺寸近3米，冷却强度远小于连铸坯和轧制用的几吨小钢锭，因此k值只能按2.6计算(也可能更低)，T按2.92分和3.92分计算：
大钢锭K值如低于2.6时，凝固层厚度会更小些。
间断的2.92～3.92分钟内，大钢锭模内壁钢水最上层生成了4.44～5.15公分凝固层，相对大钢锭断面尺寸，算是薄壳了，重新开浇后40分钟浇入百多吨钢水会部分熔化这个很薄的凝固层，即使不全熔化，也不会影响质量，因为真空状态下钢水和部分凝固层不会被氧化，不会像大气中浇注时即使少许间断时间也会氧化造成钢锭表面形成冷隔或双浇缺陷。
2.关于小真空盖(9)上的压紧力问题
本发明方案中小真空盖(8)是外径82～92cm，高20～25cm的水冷盖，总重300kg以内，使用时每个钢水包浇完，关水口(3)时，小真空室(9)内和真空室(13)内均为真空状态，此时用换位器(10)旋来小真空盖(8)落到下导流管(5)上，靠自重300kg不足将镶嵌在小真空盖(8)下表面内密封圈完全压扁，如此时通入N2气和破真空，N2气和大气可能少许进入真空室(13)内，对大钢锭模内钢水不利，为防止这个不足，本设计要求换位器(10)在小真空盖(8)落坐到下导流管(5)上后，继续下压，20秒内将密封圈压紧后，再进行通入N2气和破真空作业。
3.关于各装置的可靠性问题
本设备各装置多在高温的密封空间内使用，现对其工作可靠性讨论如下：
a.小真空室(9)内上部滑动水口机构及其液压缸装有水冷防热装置，可以保证每包钢水浇注42.92～43.92分正常工作。
b.小真空室(9)内下部钢包中心处所设有换位器(10)带有水冷壳，其连接梁也通水冷却，工作时间最长的接触钢流高温冲涮的上、下导流管(4)和(5)设有上水冷环A和中水冷环，比现有真空铸锭技术中的导流管的工作条件还要好。小真空盖(8)在每包钢水浇注总时间42.92～43.92分内只工作2.92～3.92分，其中每次换位时，小真空盖经过下导流管上方高温区时间不超过5秒～10秒。密封圈有水冷，并且换位时有多支气动伸缩弧形防热板来保护。在真空盖(7)上的小真空盖(8)的停放工位处也有专设的环形水冷凹槽来冷却保护密封圈，因此带密封圈的小真空盖(8)工作也是可靠的。
(四).有益效果
根据“发明内容”中(一)、设备组成和附图标记及(二)、本技术方案的浇注程序及(三)、需要说明的几个问题中所述内容。能够解决“技术背景”中现有技术所述的全部缺点。具体如下：
1、小真空盖(8)对正下导流管(5)落下后，再用换位器(10)的液压缸压紧后，形成了一个和真空室(13)隔开的小真空室(9)，能够使真空室(13)内连续不断的抽真空，使大钢锭模(18)内没有大气污染，实现了真正的真空浇注，可以完全取代现有技术。
2、取消了现有技术的塞杆式中间包，没有塞杆袖砖和塞头砖及包衬耐火材料造成的机械冲刷和化学浸蚀带来大颗粒杂物，提高了钢的质量。
3、没有塞杆熔断和塞头脱落造成的重大事故和经济损失。
4、现有技术为防止重大事故和经济损失，特意限制了每个钢包(1)在大气中倒包的时间在20～30分钟，这对各特大重机公司炼钢厂中没有多台高功率电弧炉来讲，要求在20～30分供应一包钢水需要采取使钢包(1)长时间停留和保温等很多措施，影响钢的质量，和限制了产量。本技术方案可以解决这个问题。
5、现有技术采用大型铸锭天车长时间在固定位置吊包作业，还影响浇注跨其它天车作业，本技术方案吊包作业时间不超过10分钟，可减轻“重级工作制”的大型铸锭天车的负荷，又能少影响其它天车作业，可使生产效率提高。
本技术方案的设备可靠，间断性浇注的大钢锭质量没有问题。因此本技术方案具有新颖性和创造性及实用性。
附图说明
附图1为本发明总体结构是上导流管(4)坐在下导流管(5)上时的剖视图，比例1∶40；
附图2为本发明小真空盖(8)和下导流管(5)间密封时的剖视图，比例1∶20；
附图3为本发明的上导流管(4)和下导流管(5)配合时的剖视图，比例1∶20；
附图4为本发明真空盖(7)、小真空盖(8)、上导流管(4)的顶视图比例1∶40；
上述附图标记的设备简称如下：1-钢包；2-法兰A；3-水口；4-上导流管；5-下导流管；6-下水冷环；7-真空盖；8-小真空盖；9-小真空室；10-换位器；11-定位器；12-法兰C；13-真空室；14-小真空阀；15-N2气阀；16-破真空阀；17-保温冒；18-大钢锭模；19-抽气管道；
具体实施方式
(一).改造工作：根据本发明设备组成中要求，参照附图1、2、3、4和附图标记号，根据具体情况，设计制造或改造如下项目：
1.对多个现用LF精炼滑动水口钢包壳下部修改成钢包(1)，增设加高了的法兰A(2)，并安装带有开闭机构和透气塞的水口(3)，包括液压缸及防热装置，在法兰A(2)外部侧面设有快速接头和伸出法兰A(2)的液压管线、供Ar管线、冷却水管线接上各自的源头。
2.真空盖(7)上部增设加高了的法兰A(2)，增设换位器(10)和水冷联接梁，增设上导流管(4)，包括上水冷环A、吹Ar喷嘴、环形上导流管砖、耐热钢外壳。增设下导流管(5)，包括：中水冷环、多节环形下导流管砖及绝热材料层、耐热钢筒状外壳。小真空盖(8)包括：上水冷环B及密封圈、多支伸缩的弧形防热板、水冷盘，修改下水冷环(6)及下密封圈。增设小真空阀(14)、N2气阀(15)、破真空阀(16)及它们相应管线。
3.选择一个真空室(13)进行加固，真空盖(7)和真空盖车加固。
4.抽气管道(19)右边的真空抽气系统不变。
5.设备装好后冷试。
Claims (1)
1.一种利用多个滑动水口包和特殊导流管的间断性真空浇注大钢锭的设备；
其特征是：
a、钢包(1)取代塞杆式中间包，坐在真空盖(7)上，直接进行真空浇注；
由钢包(1)壳下加高了的法兰A(2)和真空盖(7)上加高了的法兰A(2)及密封圈围成的可抽成真空的小真空室(9)；
钢包壳底法兰A(2)内安装有真空条件下使用的带吹Ar透气塞的水口(3)及其开闭机构和液压缸及水冷防热装置，其液压、氩气和冷却水管线伸出法兰A(2)外通过快速接头接上源头；
b、真空盖(7)上部法兰A(2)内装有上导流管(4)和小真空盖(8)，其间设有水冷联接梁，在联接梁中心处设有换位器(10)将它们联接在一起，实用于升降和180°往返旋转，分别和真空室(13)同中心线布置的下导流管(5)对正，上导流管(4)对正下导流管(5)落下后即可，小真空盖(8)落到下导流管(5)上后加压压紧密封圈；小真空盖(8)外侧设有多支气动伸缩的弧形防热板，用于保护密封圈不被烤坏，小真空盖还设有对下导流管(5)上表面吹扫用的吹Ar喷嘴；上导流管(4)外侧设有吹Ar清扫下导流管(5)上表面的喷嘴，上导流管(4)由上水冷环A和耐热钢外壳及环形上导流砖构成；小真空盖(8)由上水冷环B及其水冷件构成；下导流管(5)由中水冷环及耐热钢筒状外壳和多节环形下导流管砖及绝热材料层构成；真空盖中心的安装圆孔上部焊接有下水冷环(6)和密封圈，下导流管(5)的耐热钢筒状外壳和下水冷环(6)间留有空隙，便于安装和更换；
c、法兰A(2)下部外侧面装有：
小真空阀(14)及连接小真空室(9)和真空盖(7)内部的管线，打开时对小真空室(9)内抽真空，达到67Pa时，自动关上；
N2气阀(15)及连接小真空室(9)和N2气源的管线，打开时用于对小真空室(9)内通入定量的氮气后，自动关上；
破真空阀(16)及连接小真空室(9)管线，打开时自动吸入大气，达到一个大气压时，自动关上；用于对小真空室(9)单独破真空，当最后一个钢包(1)浇完后和真空室(13)内一起破真空用；
d、真空盖(7)、真空室(13)和真空盖车加固。
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- 2014-07-25 CN CN201410359807.4A patent/CN104084546B/zh not_active Expired - Fee Related
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