CN106424576A - 一种基于下铸法的旋流式铸造装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于下铸法的旋流式铸造装置，包括中注管、横浇道、上浇道、铸模、耐火中心砖及耐火流钢尾砖；中注管及横浇道内设有圆柱形耐火螺旋定子，上浇道顶部倒锥形结构钢液流道内设有倒锥形耐火螺旋定子；圆柱形、倒锥形耐火螺旋定子的扭转角度均为20°～180°；倒锥形耐火螺旋定子与倒锥形结构钢液流道的锥角角度相同且不大于120°；倒锥形耐火螺旋定子为等壁厚或变壁厚，为变壁厚时以倒锥形耐火螺旋定子小端为基准，壁厚由下至上逐渐增大，倒锥形耐火螺旋定子与倒锥形结构钢液流道之间形成螺旋状钢液流道，其在任意横截面上的流道面积均相等，螺旋状钢液流道与铸模底部钢液入口为平滑连接；倒锥形耐火螺旋定子大端直径与小端直径的比值不大于5。

Description

一种基于下铸法的旋流式铸造装置
技术领域
本发明属于钢铁铸造技术领域，特别是涉及一种基于下铸法的旋流式铸造装置。
背景技术
下铸法是一种广泛应于钢铁铸造的工艺方法，采用下铸法时，要求钢液依次从钢包、中注管、横浇道及上浇道进入铸模内，并在铸模内凝固成钢坯。
但是，基于下铸法的传统铸造设备在实际应用过程中仍然存在以下问题：
(1)当钢包中的钢液进入中注管后，钢液的轴向流速很大，而中注管底部的耐火中心砖会遭到钢液的强劲冲刷和侵蚀，将导致钢液中的外生非金属夹杂物增多，进而影响到钢液的洁净度；
(2)由于钢液在中注管内具有很大的流速，且钢液在浇注过程中不可避免的会卷入空气而形成许多气泡，这些气泡会随着钢液快速下行，多数气泡会因浮力而逐渐停止下行并转而开始上浮，而一些小气泡的上浮速度由于低于钢液下行流速，会被钢液裹挟进入横浇道内而无法在中注管内完成上浮，并进一步随着钢液进入铸模内，从而导致钢坯出现气孔缺陷的风险增高；另外，卷入钢液的空气气泡还会导致钢液氧化，也会降低钢坯产品的性能；
(3)当钢液从中注管进入横浇道后，钢液的流速分布并不均匀，且钢液最大轴向流速依然很大，而横浇道出液端的耐火流钢尾砖也将遭到钢液的冲刷和侵蚀，进而导致钢液中的外生非金属夹杂物进一步增多，从而进一步影响到钢液的洁净度；
(4)为了减小钢液进入铸模内的流速，上浇道顶部的钢液流道会采用倒锥形结构，而在钢液进入铸模后，在初始浇注阶段会产生喷溅现象，而喷溅现象会导致粘模，进而降低铸模的寿命，随着浇注的进行，铸模内的钢液液面会因下部钢液的持续涌入而使液面中心处隆起，液面隆起的高度也叫驼峰高度，驼峰高度越高，钢液表面的保护渣被冲开的面积就越大，即开眼面积越大，而开眼区域的钢液液面由于失去了保护渣的覆盖保护，将直接暴露于空气中，进一步加剧了钢液的氧化，从而进一步降低了钢坯产品的性能；另外，驼峰高度越高，不但容易发生卷渣，而且保护渣袋的吊装位置也需越高，这十分不利于保护渣尽早的覆盖在钢液表面，难以快速的对钢液氧化进行抑制。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于下铸法的旋流式铸造装置，在不降低中注管入口钢液流速的情况下，能够使钢液在中注管内、横浇道内及上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道内产生旋流，降低钢液对中注管底部耐火中心砖的冲刷和侵蚀，同时增加气泡上浮几率，降低钢液对横浇道末端耐火流钢尾砖的冲刷和侵蚀，最终减少钢液中的外生非金属夹杂物，减少气孔缺陷，提高钢液洁净度，并能够有效降低驼峰高度，减小开眼面积，减弱钢液的氧化程度，进一步提高钢坯产品性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于下铸法的旋流式铸造装置，包括中注管、横浇道、上浇道及铸模；所述中注管顶部为钢液浇入口，在中注管底部设置有耐火中心砖；所述横浇道水平设置，横浇道进液端通过耐火中心砖与中注管相连通，在横浇道出液端设置有耐火流钢尾砖；所述上浇道竖直设置，上浇道底端通过耐火流钢尾砖与横浇道相连通，上浇道顶部与铸模底部的钢液入口相连通，上浇道顶部的钢液流道采用倒锥形结构，且倒锥形结构的钢液流道与铸模底部的钢液入口为平滑连接；其特点是：在所述中注管及横浇道内设置有圆柱形耐火螺旋定子，在所述上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道内设置有倒锥形耐火螺旋定子。
所述圆柱形耐火螺旋定子的扭转角度为20°～180°。
所述倒锥形耐火螺旋定子的扭转角度为20°～180°。
所述倒锥形耐火螺旋定子的锥角角度与上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道的锥角角度相同，且锥角角度不大于120°。
所述倒锥形耐火螺旋定子为等壁厚螺旋定子或变壁厚螺旋定子。
当所述倒锥形耐火螺旋定子为变壁厚螺旋定子时，以倒锥形耐火螺旋定子小端为基准，倒锥形耐火螺旋定子的壁厚由下至上逐渐增大。
所述倒锥形耐火螺旋定子与上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道之间形成螺旋状钢液流道，螺旋状钢液流道在任意横截面上的流道面积均相等。
所述螺旋状钢液流道与铸模底部的钢液入口平滑过渡连接。
所述倒锥形耐火螺旋定子大端直径与小端直径的比值不大于5。
所述圆柱形耐火螺旋定子在中注管内的安装位置为中注管的上部、中部或下部；所述圆柱形耐火螺旋定子在横浇道内的安装位置为横浇道的进液侧、中部或出液侧。
本发明的有益效果：
本发明与现有技术相比，在不降低中注管入口钢液流速的情况下，能够使钢液在中注管内、横浇道内及上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道内产生旋流，进而降低钢液对中注管底部耐火中心砖的冲刷和侵蚀，同时促进非金属夹杂物及气泡间的碰撞，并增加气泡上浮几率，能够降低钢液对横浇道末端耐火流钢尾砖的冲刷和侵蚀，最终减少钢液中的外生非金属夹杂物，提高钢液洁净度，同时能够有效减少喷溅，有效降低驼峰高度，减小开眼面积，减弱钢液的氧化程度，进一步提高钢坯产品性能。
附图说明
图1为本发明的一种基于下铸法的旋流式铸造装置结构示意图；
图2为本发明的圆柱形耐火螺旋定子结构示意图；
图3为本发明的倒锥形耐火螺旋定子结构示意图；
图中，1—中注管，2—横浇道，3—上浇道，4—铸模，5—钢液浇入口，6—耐火中心砖，7—耐火流钢尾砖，8—圆柱形耐火螺旋定子，9—倒锥形耐火螺旋定子。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～3所示，一种基于下铸法的旋流式铸造装置，包括中注管1、横浇道2、上浇道3及铸模4；所述中注管1顶部为钢液浇入口5，在中注管1底部设置有耐火中心砖6；所述横浇道2水平设置，横浇道2进液端通过耐火中心砖6与中注管1相连通，在横浇道2出液端设置有耐火流钢尾砖7；所述上浇道3竖直设置，上浇道3底端通过耐火流钢尾砖7与横浇道2相连通，上浇道3顶部与铸模4底部的钢液入口相连通，上浇道3顶部的钢液流道采用倒锥形结构，且倒锥形结构的钢液流道与铸模4底部的钢液入口为平滑连接；其特点是：在所述中注管1及横浇道2内设置有圆柱形耐火螺旋定子8，在所述上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内设置有倒锥形耐火螺旋定子9。
所述圆柱形耐火螺旋定子8的扭转角度为20°～180°。
所述倒锥形耐火螺旋定子9的扭转角度为20°～180°。
所述倒锥形耐火螺旋定子9的锥角角度与上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道的锥角角度相同，且锥角角度不大于120°。
所述倒锥形耐火螺旋定子9为等壁厚螺旋定子或变壁厚螺旋定子。
当所述倒锥形耐火螺旋定子9为变壁厚螺旋定子时，以倒锥形耐火螺旋定子9小端为基准，倒锥形耐火螺旋定子的壁厚由下至上逐渐增大。
所述倒锥形耐火螺旋定子9与上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道之间形成螺旋状钢液流道，螺旋状钢液流道在任意横截面上的流道面积均相等。
所述螺旋状钢液流道与铸模4底部的钢液入口平滑过渡连接。
所述倒锥形耐火螺旋定子9大端直径与小端直径的比值不大于5。
所述圆柱形耐火螺旋定子8在中注管1内的安装位置为中注管1的上部、中部或下部；所述圆柱形耐火螺旋定子8在横浇道2内的安装位置为横浇道2的进液侧、中部或出液侧。
采用本发明的旋流式铸造装置进行钢铁铸造时，钢包中的钢液通过中注管1顶部的钢液浇入口5流入中注管1内，首先冲击在圆柱形耐火螺旋定子8上，钢液将沿着圆柱形耐火螺旋定子8的螺旋通道继续向下流动，使从圆柱形耐火螺旋定子8中流出的钢液将呈现旋流状态，可以有效均匀钢液的轴向流速分布，同时减小钢液在中注管1内的最大轴向流速，进而减小钢液中因卷入空气而产生的气泡数量。另外，在钢液旋流状态下，一些难以顺利上浮的小气泡和非金属夹杂物会因相互碰撞而合并为大气泡及大夹杂物，同时小夹杂物也会与大气泡碰撞并被其裹挟而上浮，最终提高了气泡及夹杂物的上浮几率，因此也减小了被钢液裹挟到横浇道2内的气泡及夹杂物数量，进而减小了进入铸模内的气泡及夹杂物数量，降低了钢坯出现气孔缺陷及夹渣缺陷的风险，同时也减弱了钢液的氧化，提高了钢坯产品的性能。再有，当圆柱形耐火螺旋定子8的安装位置位于中注管1的上部时，由于其距离钢包较近，钢液对圆柱形耐火螺旋定子8的冲刷作用就弱，而且从圆柱形耐火螺旋定子8中流出的钢液呈现旋流状态，可以有效减弱钢液对耐火中心砖6的冲刷和侵蚀，避免了钢液中出现过多的外生非金属夹杂物，保证了钢液的洁净度。
当钢液经耐火中心砖6进入横浇道2后，也会首先冲击在圆柱形耐火螺旋定子8上，钢液将沿着圆柱形耐火螺旋定子8的螺旋通道继续向前流动，而流出的钢液也将呈现旋流状态，进一步均匀了钢液的轴向流速分布，同时减小钢液在横浇道2内的最大轴向流速，而呈现旋流状态的钢液又可以进一步有效减弱钢液对耐火流钢尾砖7的冲刷和侵蚀，进一步避免外生非金属夹杂物在钢液中增多，从而进一步保证了钢液的洁净度。另外，钢液在旋流状态下，有利于小气泡和非金属夹杂物会因相互碰撞而合并为大气泡及大夹杂物，进而提高了气泡及夹杂物在铸模内的上浮几率。
当钢液经耐火流钢尾砖7进入上浇道3后，将首先冲击倒锥形耐火螺旋定子9小端，钢液将沿着倒锥形耐火螺旋定子9的螺旋通道继续向上流动，而流出的钢液同样呈现旋流状态，再一次均匀了钢液的轴向流速分布，同时减小钢液在上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内的最大轴向流速，当钢液进入铸模后，有效减少了浇注初期钢液的喷溅，并有效降低了铸模内钢液液面中心处的隆起高度，即有效降低了驼峰高度，进而减小了开眼面积，因此也减小了钢液与空气接触的几率，从而进一步减弱了钢液的氧化。另外，驼峰高度的降低，有效降低了卷渣的发生几率，还有效降低了保护渣袋的吊装位置，这更加有利于保护渣尽早的覆盖在钢液表面，保证对钢液氧化进行快速抑制。
下面为几种应用实施例。
应用实施例一：
仅在中注管1中部设置圆柱形耐火螺旋定子8，而在横浇道2内及上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内均不设置耐火螺旋定子，且圆柱形耐火螺旋定子8的扭转角度为180°。
应用实施例二：
仅在横浇道2中部设置圆柱形耐火螺旋定子8，而在中注管1内及上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内均不设置耐火螺旋定子，且圆柱形耐火螺旋定子8的扭转角度为180°。
应用实施例三：
仅在上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内设置倒锥形耐火螺旋定子9，而在中注管1内及横浇道2内均不设置耐火螺旋定子，且倒锥形耐火螺旋定子9的扭转角度为180°，倒锥形耐火螺旋定子9的锥角角度为90°，倒锥形耐火螺旋定子9大端直径与小端直径的比值为3，倒锥形耐火螺旋定子9为等壁厚螺旋定子。
应用实施例四：
仅在中注管1中部和横浇道2中部设置圆柱形耐火螺旋定子8，而在上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内均不设置耐火螺旋定子，且圆柱形耐火螺旋定子8的扭转角度为180°。
应用实施例五：
在中注管1中部设置圆柱形耐火螺旋定子8，在上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内设置倒锥形耐火螺旋定子9，而在横浇道2中部不设置耐火螺旋定子，且圆柱形耐火螺旋定子8的扭转角度为180°，倒锥形耐火螺旋定子9的锥角角度为90°，倒锥形耐火螺旋定子9大端直径与小端直径的比值为3，倒锥形耐火螺旋定子9为等壁厚螺旋定子。
应用实施例六：
在横浇道2中部设置圆柱形耐火螺旋定子8，在上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内设置倒锥形耐火螺旋定子9，且圆柱形耐火螺旋定子8的扭转角度为180°，倒锥形耐火螺旋定子9的锥角角度为90°，倒锥形耐火螺旋定子9大端直径与小端直径的比值为3，倒锥形耐火螺旋定子9为等壁厚螺旋定子。
应用实施例七：
在中注管1中部和横浇道2中部设置圆柱形耐火螺旋定子8，在上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道内设置倒锥形耐火螺旋定子9，且圆柱形耐火螺旋定子8的扭转角度为180°，倒锥形耐火螺旋定子9的锥角角度为90°，倒锥形耐火螺旋定子9大端直径与小端直径的比值为3，倒锥形耐火螺旋定子9为等壁厚螺旋定子。
在应用实施例三、五、六、七中，锥形耐火螺旋定子9可以完全占据上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道，也可部分占据上浇道3顶部的倒锥形结构钢液流道(如仅占据2/3)，而倒锥形耐火螺旋定子9的螺旋状钢液流道小端侧与钢液来流方向垂直或相切，且倒锥形耐火螺旋定子9也可为变壁厚螺旋定子。
再有，本发明的专利方案同样适用于其他金属铸锭的铸造，如铝、铜等金属。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种基于下铸法的旋流式铸造装置，包括中注管、横浇道、上浇道及铸模；所述中注管顶部为钢液浇入口，在中注管底部设置有耐火中心砖；所述横浇道水平设置，横浇道进液端通过耐火中心砖与中注管相连通，在横浇道出液端设置有耐火流钢尾砖；所述上浇道竖直设置，上浇道底端通过耐火流钢尾砖与横浇道相连通，上浇道顶部与铸模底部的钢液入口相连通，上浇道顶部的钢液流道采用倒锥形结构，且倒锥形结构的钢液流道与铸模底部的钢液入口为平滑连接；其特征在于：在所述中注管及横浇道内设置有圆柱形耐火螺旋定子，在所述上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道内设置有倒锥形耐火螺旋定子。
2.根据权利要求1所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述圆柱形耐火螺旋定子的扭转角度为20°～180°。
3.根据权利要求1所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述倒锥形耐火螺旋定子的扭转角度为20°～180°。
4.根据权利要求1所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述倒锥形耐火螺旋定子的锥角角度与上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道的锥角角度相同，且锥角角度不大于120°。
5.根据权利要求1所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述倒锥形耐火螺旋定子为等壁厚螺旋定子或变壁厚螺旋定子。
6.根据权利要求5所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：当所述倒锥形耐火螺旋定子为变壁厚螺旋定子时，以倒锥形耐火螺旋定子小端为基准，倒锥形耐火螺旋定子的壁厚由下至上逐渐增大。
7.根据权利要求6所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述倒锥形耐火螺旋定子与上浇道顶部的倒锥形结构钢液流道之间形成螺旋状钢液流道，螺旋状钢液流道在任意横截面上的流道面积均相等。
8.根据权利要求7所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述螺旋状钢液流道与铸模底部的钢液入口平滑过渡连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述倒锥形耐火螺旋定子大端直径与小端直径的比值不大于5。
10.根据权利要求1所述的一种基于下铸法的旋流式铸造装置，其特征在于：所述圆柱形耐火螺旋定子在中注管内的安装位置为中注管的上部、中部或下部；所述圆柱形耐火螺旋定子在横浇道内的安装位置为横浇道的进液侧、中部或出液侧。
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