CN113333722B - 一种铸造用中间包除杂控流装置组件 - Google Patents

一种铸造用中间包除杂控流装置组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种铸造用中间包除杂控流装置组件，涉及金属铸造技术领域；包括垂直设置于中间包内的堰和过滤器，所述堰的底部设有迎流倾面，所述过滤器底部对称开设有两个水平设置的半圆台形泄流孔，所述过滤器的迎流面开设有两个锥形孔，所述过滤器的背流面设有三个圆形孔，所述锥形孔与圆形孔之间通过圆形通道连接；堰表面、过滤器表面、圆形孔、锥形孔、半圆台形泄流孔以及圆形通道的壁面均涂覆有一层微纳米级氧化物功能涂层。本发明提供的铸造用中间包除杂控流装置组件，耐高温热冲击、夹杂物去除率高和成本低。

Description

一种铸造用中间包除杂控流装置组件
技术领域
本发明涉及金属铸造技术领域，特别是涉及一种铸造用中间包除杂控流装置组件。
背景技术
金属液的洁净度对提高金属铸件的力学性能和机械性能有着重要的影响。随着我国经济和社会的发展，对铸件及后续加工产品性能要求的日益提高，通过各种途径减少金属液中非金属夹杂物已成为冶金工作者的研究重点。
中间包是金属浇铸过程中用到的一个耐火材料容器，作为精炼包和结晶器之间的一个缓冲容器，首先接受从精炼包浇下来的金属液，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。为了延长金属液在中间包内的运动时间，减小死区体积，增大夹杂物去除率，通常会在中间包内腔安装控流装置，目前常用的控流装置多为堰坝组合，堰的设置主要是保证在金属液流入中间包后形成一个稳定的充分均混区，离开均混区的金属液还要经过一个较长的活塞流区最终到达出口，再通过设置坝使得活塞流有一定的上扬角度，促进夹杂物的上浮去除。但由于堰坝结构简单，改变夹杂物运动轨迹的能力有限，夹杂物去除率不高，尤其是小粒径夹杂物，基本是跟随金属液运动，较难从金属液中分离上浮。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸造用中间包除杂控流装置组件，以解决上述现有技术存在的问题，耐高温热冲击、夹杂物去除率高和成本低。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种铸造用中间包除杂控流装置组件，包括垂直设置于中间包内的两个堰和两个过滤器，中间包内底部设置有湍流抑制器，中间包底部两端开设有两个对称的中间包水口，湍流抑制器和每个中间包水口之间均设置有一个堰和过滤器，所述堰的底部设有迎流倾面，所述过滤器底部对称开设有两个水平设置的半圆台形泄流孔，所述过滤器的迎流面开设有两个锥形孔，所述过滤器的背流面设有三个圆形孔，所述锥形孔与圆形孔之间通过圆形通道连接；堰表面、过滤器表面、圆形孔、锥形孔、半圆台形泄流孔以及圆形通道的壁面均涂覆有一层微纳米级氧化物功能涂层。
可选的，所述半圆台形泄流孔位于所述过滤器的迎流面一端的直径大于所述过滤器背流面一端的直径，所述半圆台形泄流孔位于过滤器背流面一端的直径为位于过滤器迎流面一端直径的1/4～1/2。
可选的，所述锥形孔位于所述过滤器的迎流面一端的切面圆直径大于所述锥形孔与所述圆形通道连接端的切面圆直径，且所述锥形孔与所述圆形通道连接端的切面圆直径与所述圆形通道和圆形孔的直径尺寸相同。
可选的，两个所述锥形孔水平设置，三个所述圆形孔均匀水平布置，且所述圆形孔的高度大于所述锥形孔的高度，所述圆形通道包括水平设置的第一圆形通道和竖直设置的第二圆形通道，三个所述圆形孔通过所述第一圆形通道连通，所述锥形孔通过所述第二圆形通道与所述第一圆形通道连通。
可选的，所述过滤器的厚度介于150mm到200mm之间，所述堰的厚度为过滤器厚度的1/2；所述堰底部的迎流倾面与水平方向夹角为60°。
可选的，所述过滤器迎流面两个所述锥形孔之间的中心距离为同一高度位置处过滤器宽度的1/3～1/2。
可选的，所述锥形孔直径最小端的直径尺寸为所述锥形孔直径最大端的直径尺寸的1/4～1/2；所述锥形孔两个端面之间的垂直距离为过滤器厚度的1/4～1/3。
可选的，相邻两个所述圆形孔之间的中心距离为同一高度位置处所述过滤器厚度的1/4～1/3；所述圆形孔中心与锥形孔中心的垂直距离介于200mm到300mm之间。
可选的，所述圆形孔中心与金属液自由液面的距离介于50mm到100mm之间；所述过滤器设置于所述堰和中间包水口之间，所述堰的竖直中心面与过滤器的竖直中心面之间的距离介于600mm到800mm之间。
可选的，所述堰和过滤器的化学成分为95wt％～98wt％的MgO、1wt％～3wt％的SiO2和1wt％～2wt％的ZrO2；所述功能涂层是以Al2O3、TiOx或Re2O3等微纳米级多孔粉体为原料制备而成。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明整体结构简单，易于成型和烧结，适用于现有的耐火材料制备工艺。本发明除杂控流组件常温强度高，便于运输和安装。此外，高温抗热冲击性能好，可以耐受1700℃或更高温度的金属液冲击而不破碎。采用锥形孔和圆形通道能有效改变金属液的流动形态，促进夹杂物的分离，提高夹杂物与耐火材料壁面的碰撞几率，尤其是小粒径夹杂物。氧化物功能涂层可以提高控流组件对夹杂物的吸附效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为安装了本发明提供的除杂控流装置组件的中间包结构示意图；
图2为本发明中堰三维视图；
图3为本发明中堰的侧视图；
图4为本发明中过滤器的三维视图；
图5为本发明中过滤器的迎流面主视图；
图6为本发明中过滤器的背流面主视图；
图中：100-铸造用中间包除杂控流装置组件，1-中间包，2-湍流抑制器，3-堰，4-过滤器，5-中间包水口，6-迎流倾面，7-半圆台形泄流孔，8-锥形孔，9-圆形孔，10-圆形通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种铸造用中间包除杂控流装置组件，以解决上述现有技术存在的问题，耐高温热冲击、夹杂物去除率高和成本低。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例中所提供的一种铸造用中间包除杂控流装置组件100的结构如图1所示，包括垂直设置于中间包1内的两个堰3和两个过滤器4，中间包1内底部设置有湍流抑制器2，中间包1底部两端开设有两个对称的中间包水口5，湍流抑制器2和每个中间包水口5之间均设置有一个堰3和过滤器4，堰3的底部设有迎流倾面6，过滤器4底部对称开设有两个水平设置的半圆台形泄流孔7，过滤器4的迎流面开设有两个锥形孔8，过滤器4的背流面设有三个圆形孔9，锥形孔8与圆形孔9之间通过圆形通道10连接；堰3表面、过滤器4表面、圆形孔9、锥形孔8、半圆台形泄流孔7以及圆形通道10的壁面均涂覆有一层微纳米级氧化物功能涂层。堰3和过滤器4的化学成分为MgO 95wt％、SiO2 3wt％、ZrO2 2wt％，堰3的竖直中心面与过滤器4的竖直中心面之间的距离等于700mm。过滤器4背流面的圆形孔9中心与金属液自由液面的距离为50mm。
堰3的结构如图2和图3所示，堰3底部的迎流倾面6与水平方向的夹角为60°，堰3的厚度为80mm。
过滤器4如图4、图5和图6所示，过滤器4的厚度为160mm，迎流面的锥形孔8位于迎流面的端面处的切面圆直径为140mm，锥形孔8与圆形通道10连接端的切面圆直径为70mm，锥形孔8两端的大圆与小圆之间的垂直距离为40mm，迎流面两个锥形孔之间的中心距离10为405mm，过滤器4的圆形通道10直径为70mm，过滤器4背流面的圆形孔9直径为70mm，相邻两个圆形孔9中心距离为400mm，过滤器4背流面的圆形孔9中心与锥形孔8中心的垂直距离为200mm。过滤器4底部半圆台形泄流孔7位于迎流面一端的直径为80mm，位于背流面一端的直径为40mm。
堰3基体表面、过滤器4基体表面、异形孔洞壁面以及圆形通道10壁面都有一层TiO2微纳米级氧化物功能涂层。
本实施例所提供的一种铸造用中间包除杂控流装置组件通过600mm浇铸压头1650℃奥氏体不锈钢(1Cr17Mn6Ni15N)钢液50000kg浇铸测试，控流装置未见破损。通过对浇铸前后钢锭成分及微观结构的分析，夹杂物含量降低了约60％。
实施例2
本实施例中所提供的一种铸造用中间包除杂控流装置组件的结构与实施例1相同，所不同的是：堰3和过滤器4的化学成分为MgO 98wt％、SiO2 1wt％、ZrO2 1wt％，堰3的竖直中心面与过滤器4的竖直中心面之间的距离等于800mm。过滤器4背流面的圆形孔9中心与金属液自由液面的距离为80mm。
堰3的厚度为90mm。
过滤器4的厚度为180mm，锥形孔8位于迎流面的端面处的切面圆直径为160mm，锥形孔8与圆形通道10连接端的切面圆直径为60mm，锥形孔8两端大圆与小圆之间的垂直距离为50mm，迎流面两个锥形孔8中心距离为500mm，过滤器4的圆形通道10直径为60mm，过滤器4背流面的圆形孔9直径为60mm，两个圆形孔9中心距离为450mm，过滤器4背流面圆形孔9中心与迎流面锥形孔8中心的垂直距离为250mm。
堰3基体表面、过滤器4基体表面、异形孔洞壁面以及圆形通道10壁面都有一层TiO2和Ce2O3微纳米级混合氧化物功能涂层。
本实施例所提供的一种铸造用中间包除杂控流装置组件通过400mm浇铸压头950℃高温铝液10000kg浇铸测试，控流装置未见破损。通过对浇铸前后铝锭成分及微观结构的分析，夹杂物含量降低了约80％。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：包括垂直设置于中间包内的堰和过滤器，所述堰的底部设有迎流倾面，所述过滤器底部对称开设有两个水平设置的半圆台形泄流孔，所述过滤器的迎流面开设有两个锥形孔，所述过滤器的背流面设有三个圆形孔，所述锥形孔与圆形孔之间通过圆形通道连接；堰表面、过滤器表面、圆形孔、锥形孔、半圆台形泄流孔以及圆形通道的壁面均涂覆有一层微纳米级氧化物功能涂层。
2.根据权利要求1所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述半圆台形泄流孔位于所述过滤器的迎流面一端的直径大于所述过滤器背流面一端的直径，所述半圆台形泄流孔位于过滤器背流面一端的直径为位于过滤器迎流面一端直径的1/4~1/2。
3.根据权利要求1所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述锥形孔位于所述过滤器的迎流面一端的切面圆直径大于所述锥形孔与所述圆形通道连接端的切面圆直径，且所述锥形孔与所述圆形通道连接端的切面圆直径与所述圆形通道和圆形孔的直径尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：两个所述锥形孔水平设置，三个所述圆形孔均匀水平布置，且所述圆形孔的高度大于所述锥形孔的高度，所述圆形通道包括水平设置的第一圆形通道和竖直设置的第二圆形通道，三个所述圆形孔通过所述第一圆形通道连通，所述锥形孔通过所述第二圆形通道与所述第一圆形通道连通。
5.根据权利要求1所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述过滤器的厚度介于150 mm到200 mm之间，所述堰的厚度为过滤器厚度的1/2；所述堰底部的迎流倾面与水平方向夹角为60°。
6.根据权利要求5所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述过滤器迎流面两个所述锥形孔之间的中心距离为同一高度位置处过滤器宽度的1/3~1/2。
7.根据权利要求5所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述锥形孔直径最小端的直径尺寸为所述锥形孔直径最大端的直径尺寸的1/4~1/2；所述锥形孔两个端面之间的垂直距离为过滤器厚度的1/4~1/3。
8.根据权利要求1所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述圆形孔中心与锥形孔中心的垂直距离介于200 mm到300 mm之间。
9.根据权利要求1所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述圆形孔中心与金属液自由液面的距离介于50 mm到100 mm之间；所述过滤器设置于所述堰和中间包水口之间，所述堰的竖直中心面与过滤器的竖直中心面之间的距离介于600 mm到800 mm之间。
10.根据权利要求1所述的铸造用中间包除杂控流装置组件，其特征在于：所述堰和过滤器的化学成分为95 wt%~98 wt%的MgO、1 wt%~3 wt%的SiO2和1 wt%~2 wt%的ZrO2 ；所述功能涂层是以Al2O3、TiOx或Re2O3微纳米级多孔粉体为原料制备而成。
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