金屬離心連鑄裝置及其工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種金屬離心連鑄工藝及裝置，澆鑄鋼液時(shí)，圓坯結(jié)晶器圍繞中心軸以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。開澆過程中，氬氣保護(hù)罩中持續(xù)通入氬氣，鋼水注入到單流中間包內(nèi)，再經(jīng)水口偏心注入到結(jié)晶器內(nèi)。初生坯殼和未凝固的部分從結(jié)晶器中拉出之后進(jìn)入二冷區(qū)，支撐輥組起支撐作用的同時(shí)也保持鑄坯繼續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直到鑄坯完全凝固。該發(fā)明主要裝置包括鋼包、單流中間包、澆鑄水口、氬氣密封保護(hù)罩、澆鑄平臺(tái)、圓坯結(jié)晶器、冷卻噴嘴、支撐輥組及拉坯裝置。該發(fā)明工藝能夠使鋼液中的夾雜物及偏析元素在離心力的作用下被推倒鑄坯中心區(qū)域，剩余部分鑄坯質(zhì)量得到提高，可大幅提高如車輪鋼、石油套管等用途的鋼的質(zhì)量。
【專利說明】金屬離心連鑄裝置及其工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圓坯澆鑄的方法，屬于冶金【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法利用結(jié)晶器旋轉(zhuǎn)從而在鋼液中產(chǎn)生離心力，可以使鋼液中的夾雜物向鑄坯的心部聚集，使得鑄坯邊部及中部的潔凈度得到提高，組織更加致密的金屬離心連鑄裝置及其工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]連鑄技術(shù)是一項(xiàng)把鋼水直接澆鑄成形的先進(jìn)技術(shù)，與傳統(tǒng)的模鑄法相比，連鑄技術(shù)具有大幅度提高金屬收得率，節(jié)約能源等優(yōu)勢(shì)。生產(chǎn)高附加值、高端的鋼鐵產(chǎn)品一直是鋼鐵行業(yè)的重要目標(biāo)，而連鑄坯的質(zhì)量對(duì)后續(xù)加工和最終產(chǎn)品的質(zhì)量起著重要的作用。我國(guó)目前是鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)，但對(duì)高端產(chǎn)品的生產(chǎn)仍然有很多不足之處。例如對(duì)圓坯的生產(chǎn)來說，夾雜物的去除得不到有效控制，無法滿足高質(zhì)量鑄坯生產(chǎn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在凝固的鋼液中產(chǎn)生離心力，利用鋼液和夾雜物及偏析元素受到的離心力的差異，使得鑄坯凝固完全后，夾雜物和偏析元素最后全部富集在鑄坯中心區(qū)域，剩余部分的鑄坯質(zhì)量得到很大的提高的金屬離心連鑄裝置及其工藝。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:金屬離心連鑄裝置，該裝置包括單流中間包、澆鑄水口、氬氣密封保護(hù)罩、澆鑄平臺(tái)、圓坯結(jié)晶器、冷卻噴嘴、支撐輥組、拉坯裝置和驅(qū)動(dòng)裝置；
所述單流中間包的底部偏心位置設(shè)置所述澆鑄水口，且所述澆鑄水口上端的入口半徑大于下端的出口半徑，所述氬氣密封保護(hù)罩設(shè)置在所述單流中間包的下方，所述澆鑄平臺(tái)與所述氬氣密封保護(hù)罩連接組成一個(gè)保護(hù)罩，保護(hù)罩設(shè)置在所述圓坯結(jié)晶器的上端，所述澆鑄水口穿過所述氬氣密封保護(hù)罩伸入到所述圓坯結(jié)晶器的入口處，所述圓坯結(jié)晶器的下方設(shè)置所述拉坯裝置，所述拉坯裝置設(shè)置與所述圓坯結(jié)晶器之間設(shè)置至少一組用于冷卻鑄胚的所述冷卻噴嘴和至少一組用于鑄胚成型的支撐輥組，所述冷卻噴嘴與所述支撐輥組呈間隔設(shè)置，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述圓坯結(jié)晶器、支撐輥組和拉坯裝置連接，實(shí)現(xiàn)所述圓坯結(jié)晶器、支撐輥組和拉坯裝置同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0005]進(jìn)一步，所述圓坯結(jié)晶器為銅制水冷結(jié)晶器。
[0006]進(jìn)一步，所述支撐輥組由3個(gè)繞著中心軸呈120°夾角分布支撐輥組成，且每個(gè)所述支撐輥均與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供上述裝置的澆鑄鋼水連鑄工藝，具體包括以下步驟:
1)單流中間包和澆鑄水口在開澆前預(yù)熱到900°C以上，烘烤完畢放置在澆鑄平臺(tái)上方等待開澆；
2)澆鑄平臺(tái)上的引錠桿小車開至圓坯結(jié)晶器處，采用上裝的方式將引錠桿放入圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)引錠頭到達(dá)距離圓坯結(jié)晶器頂部適當(dāng)位置時(shí)，進(jìn)行引錠頭密封；
3)裝有鋼水的單流中間包放在澆鑄平臺(tái)上，鋼水過熱度控制在10_50°C之間； 4)以流量為10-100L/min向氬氣密封保護(hù)罩內(nèi)持續(xù)通入氬氣，
5)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)圓坯結(jié)晶器和拉坯裝置以轉(zhuǎn)速為40-5000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)支撐輥組的支撐輥以轉(zhuǎn)速為40-5000轉(zhuǎn)/分自轉(zhuǎn)；
6)開澆后，單流中間包內(nèi)鋼水通過澆鑄水口偏心注入旋轉(zhuǎn)的圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)其液面高度距離圓坯結(jié)晶器頂部80mm時(shí)，打開塞棒，同時(shí)向下緩慢抽拉引錠桿，逐漸成型的鋼坯經(jīng)冷卻噴嘴進(jìn)行冷卻，經(jīng)支撐輥組對(duì)鑄坯進(jìn)一步成型，同時(shí)將拉速緩慢上升至正常拉速0.3-2.0m/min ；
7)當(dāng)成型后鑄坯到達(dá)拉坯裝置后與引錠桿脫離，進(jìn)入切割區(qū)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明克服現(xiàn)有連鑄工藝在鋼水連鑄過程中無法實(shí)現(xiàn)對(duì)夾雜物的分布控制，利用在凝固的鋼液中產(chǎn)生離心力，利用鋼液和夾雜物及偏析元素受到的離心力的差異，使得鑄坯凝固完全后，夾雜物和偏析元素最后全部富集在鑄坯中心區(qū)域，剩余部分的鑄坯質(zhì)量得到很大的提高，且組織更加致密。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明金屬離心連鑄裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為圖1的A-A剖視示意圖。
[0011]圖中:
1-鋼包；2_單流中間包；3_澆鑄水口 ；4_氬氣密封保護(hù)罩；5_澆鑄平臺(tái)；6-圓坯結(jié)晶器；7_冷卻噴嘴；8_支撐輥組；9_拉坯裝置。
[0012]具體實(shí)施方法
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明金屬離心連鑄裝置，該裝置包括單流中間包、澆鑄水口、氬氣密封保護(hù)罩、澆鑄平臺(tái)、圓坯結(jié)晶器、冷卻噴嘴、支撐輥組、拉坯裝置和驅(qū)動(dòng)裝置；
所述單流中間包、澆鑄水口、氬氣密封保護(hù)罩、澆鑄平臺(tái)、圓坯結(jié)晶器和拉坯裝置從上到下依次設(shè)置；
澆鑄水口設(shè)置單流中間包底部的偏心位置，澆鑄水口上端的入口半徑大于下端的出口半徑，所述氬氣密封保護(hù)罩設(shè)置在所述單流中間包的下方，所述澆鑄平臺(tái)與所述氬氣密封保護(hù)罩連接組成一個(gè)保護(hù)罩，罩在圓坯結(jié)晶器的上端避免鋼水在澆鑄過程中被氧化，澆鑄水口穿過氬氣密封保護(hù)罩伸入到圓坯結(jié)晶器的入口處，多組冷卻噴嘴和支撐輥組呈間隔設(shè)置圓坯結(jié)晶器出口處的下端，拉坯裝置設(shè)置在圓坯結(jié)晶器的下端，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述圓坯結(jié)晶器、支撐輥組和拉坯裝置連接，實(shí)現(xiàn)所述圓坯結(jié)晶器、支撐輥組和拉坯裝置同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述支撐輥組由3個(gè)繞著中心軸呈120°夾角分布支撐輥組成，且每個(gè)所述支撐輥均與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。
[0014]本發(fā)明的另一目的是提供上述裝置的澆鑄鋼水連鑄工藝，具體包括以下步驟:
1)單流中間包和澆鑄水口在開澆前預(yù)熱到900°C以上，烘烤完畢放置在澆鑄平臺(tái)上方等待開澆；
2)澆鑄平臺(tái)上的引錠桿小車開至圓坯結(jié)晶器處，采用上裝的方式將引錠桿放入圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)引錠頭到達(dá)距離圓坯結(jié)晶器頂部適當(dāng)位置時(shí)，進(jìn)行引錠頭密封；
3)裝有鋼水的單流中間包放在澆鑄平臺(tái)上，鋼水過熱度控制在10-50°C；4)以流量為10-100L/min向氬氣密封保護(hù)罩內(nèi)持續(xù)通入氬氣，
5)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)圓坯結(jié)晶器和拉坯裝置以轉(zhuǎn)速為40-5000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)支撐輥組的支撐輥以轉(zhuǎn)速為40-5000轉(zhuǎn)/分自轉(zhuǎn)；
6)開澆后，單流中間包內(nèi)鋼水通過澆筑水口偏心注入旋轉(zhuǎn)的圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)其液面高度距離圓坯結(jié)晶器頂部80mm時(shí)，打開塞棒，同時(shí)向下抽拉引錠桿，將逐漸成型的鋼坯從圓坯結(jié)晶器中拉出，經(jīng)冷卻噴嘴7初步冷卻，經(jīng)支撐輥組8對(duì)鑄坯進(jìn)一步成型，同時(shí)將拉速緩慢上升至正常拉速0.3-2.0m/min ；
7)當(dāng)成型后鑄坯到達(dá)拉坯裝置9后與引錠桿脫離，進(jìn)入切割區(qū)經(jīng)行分割。
[0015]實(shí)施例1:
以澆鑄彈簧鋼(C含量約0.5%~Ο.6%)為例，具體實(shí)施步驟如下，
O單流中間包2和澆鑄水口 3在開澆前預(yù)熱到900°C以上，烘烤完畢放置在澆鑄平臺(tái)上方等待開燒；
2)澆鑄平臺(tái)上的引錠桿小車開至圓坯結(jié)晶器處，采用上裝的方式將引錠桿放入圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)引錠頭到達(dá)距離圓坯結(jié)晶器頂部適當(dāng)位置時(shí)，進(jìn)行引錠頭密封；
3)裝有鋼水的鋼包I放在澆鑄平臺(tái)上，鋼水過熱度控制在25-35°C；
4)澆鑄結(jié)晶器上方6 安裝氬氣密封保護(hù)罩4，持續(xù)通入氬氣，流量控制在20L/min左
右；
5)圓坯結(jié)晶器6和二冷區(qū)的支撐輥組8此時(shí)開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速保持在300轉(zhuǎn)/分鐘。
[0016]6)開澆后，鋼包I內(nèi)的鋼水進(jìn)入單流中間包2內(nèi)，通過澆鑄水口 3偏心注入旋轉(zhuǎn)的圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)其液面高度距離圓坯結(jié)晶器頂部80mm時(shí)，打開塞棒，同時(shí)向下抽拉引錠桿，
7)冷卻噴嘴7開始工作，此時(shí)拉速緩慢上升至正常拉速0.5m/min ；
8)鑄坯到達(dá)拉坯裝置9后與引錠桿脫離，進(jìn)入切割區(qū)。工作時(shí)保持上下轉(zhuǎn)速一致，拉坯裝置轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分鐘。
[0017]實(shí)施例2:
以澆鑄重軌鋼(C含量約0.70%-0.80%)為例，具體實(shí)施步驟如下，
O單流中間包2和澆鑄水口 3在開澆前預(yù)熱到900°C以上，烘烤完畢放置在澆鑄平臺(tái)上方等待開燒；
2)澆鑄平臺(tái)上的引錠桿小車開至結(jié)晶器處，采用上裝的方式將引錠桿放入結(jié)晶器中，當(dāng)引錠頭到達(dá)距離結(jié)晶器頂部適當(dāng)位置時(shí)，進(jìn)行引錠頭密封；
3)裝有鋼水的鋼包I放在澆鑄平臺(tái)上，鋼水過熱度控制在20-30°C；
4)澆鑄結(jié)晶器上方6安裝氬氣密封保護(hù)罩4，持續(xù)通入氬氣，流量控制在50L/min左
右；
5)圓坯結(jié)晶器6和二冷區(qū)的支撐輥組8此時(shí)開始旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速保持在1000轉(zhuǎn)/分鐘。
[0018]6)開澆后，鋼包I內(nèi)的鋼水進(jìn)入單流中間包2內(nèi)，通過澆鑄水口 3偏心注入旋轉(zhuǎn)的圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)其液面高度距離圓坯結(jié)晶器頂部80mm時(shí)，打開塞棒，同時(shí)向下抽拉引錠桿，
7)向下抽拉引錠桿，冷卻噴嘴7開始工作，此時(shí)拉速緩慢上升至正常拉速0.7m/min ；
8)鑄坯到達(dá)拉坯裝置9后與引錠桿脫離，進(jìn)入切割區(qū)。工作時(shí)保持上下轉(zhuǎn)速一致，拉坯裝置轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分鐘。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬離心連鑄裝置，其特征在于，該裝置包括單流中間包、澆鑄水口、氬氣密封保護(hù)罩、澆鑄平臺(tái)、圓坯結(jié)晶器、冷卻噴嘴、支撐輥組、拉坯裝置和驅(qū)動(dòng)裝置； 所述單流中間包的底部偏心位置設(shè)置所述澆鑄水口，且所述澆鑄水口上端的入口半徑大于下端的出口半徑，所述氬氣密封保護(hù)罩設(shè)置在所述單流中間包的下方，所述澆鑄平臺(tái)與所述氬氣密封保護(hù)罩連接組成一個(gè)保護(hù)罩，保護(hù)罩設(shè)置在所述圓坯結(jié)晶器的上端，所述澆鑄水口穿過所述氬氣密封保護(hù)罩伸入到所述圓坯結(jié)晶器的入口處，所述圓坯結(jié)晶器的下方設(shè)置所述拉坯裝置，所述拉坯裝置設(shè)置與所述圓坯結(jié)晶器之間設(shè)置至少一組用于冷卻鑄胚的所述冷卻噴嘴和至少一組用于鑄胚成型的支撐輥組，所述冷卻噴嘴與所述支撐輥組呈間隔設(shè)置，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述圓坯結(jié)晶器、支撐輥組和拉坯裝置連接，實(shí)現(xiàn)所述圓坯結(jié)晶器、支撐輥組和拉坯裝置同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬離心連鑄裝置，其特征在于，所述圓坯結(jié)晶器為銅制水冷結(jié)晶器。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬離心連鑄裝置，其特征在于，所述支撐輥組由3個(gè)繞著中心軸呈120°夾角分布支撐輥組成，且每個(gè)所述支撐輥均與所述驅(qū)動(dòng)裝置連接實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。
4.一種使用如權(quán)利要求1-3所述裝置的澆鑄鋼水連鑄工藝，其特征在于，具體包括以下步驟: .1)單流中間包和澆鑄水口在開澆前預(yù)熱到900°C以上，烘烤完畢放置在澆鑄平臺(tái)上方等待開澆； . 2)澆鑄平臺(tái)上的引錠桿小車開至圓坯結(jié)晶器處，采用上裝的方式將引錠桿放入圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)引錠頭到達(dá)距離圓坯結(jié)晶器頂部適當(dāng)位置時(shí)，進(jìn)行引錠頭密封； .3)裝有鋼水的單流中間包放在澆鑄平臺(tái)上，鋼水過熱度控制在10-50°C； .4)以流量為10-100L/min向氬氣密封保護(hù)罩內(nèi)持續(xù)通入氬氣， .5)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)圓坯結(jié)晶器和拉坯裝置以轉(zhuǎn)速為40-5000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)支撐輥組的支撐輥以轉(zhuǎn)速為40-5000轉(zhuǎn)/分自轉(zhuǎn)； .6)開澆后，單流中間包內(nèi)鋼水通過澆鑄水口偏心注入旋轉(zhuǎn)的圓坯結(jié)晶器中，當(dāng)其液面高度距離圓坯結(jié)晶器頂部80mm時(shí)，打開塞棒，同時(shí)向下抽拉引錠桿，逐漸成型的鑄坯經(jīng)冷卻噴嘴冷卻，經(jīng)旋轉(zhuǎn)的支撐輥組對(duì)鑄坯進(jìn)一步成型，同時(shí)將拉速緩慢上升至正常拉速.0.3-2.0m/min ； .7)當(dāng)鑄坯到達(dá)拉坯裝置后與引錠桿脫離，進(jìn)入切割區(qū)經(jīng)行分割。
【文檔編號(hào)】B22D13/00GK103691902SQ201310752789
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張立峰, 王強(qiáng)強(qiáng), 李菲, 王升千 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)