專利名稱：可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及澆鑄定向凝固鋼錠的澆鑄裝置，特別是一種可傾倒的上鑄式定向凝固 鋼錠澆鑄裝置。
背景技術：
普通的模鑄鋼錠由于鋼水在鋼錠模內三維冷卻，因而內部不可避免地存在V型、 倒V型偏析、底部沉積錐、中心疏松或二次縮孔等缺陷，因而超聲波探傷往往不合格，越是 重量大的鋼錠越是如此。因而需要用大噸位水壓機預鍛，然后再用厚板軋機軋成厚板。用 連鑄機生產的連鑄厚板坯，雖然內部質量優于傳統模鑄，但由于受到連鑄機本身限制，不能 澆注厚度超過400mm的連鑄板坯。因受壓縮比的限制，也無法保證特厚板內部質量的要求， 因此需要研制定向凝固的扁鋼錠，以滿足特厚板的質量要求。定向凝固扁鋼錠采用一種四周絕熱的鋼錠模，依靠其下部的強制冷卻，保證鑄錠 的柱狀晶自下而上地定向生長。由于這種鋼錠高度小，呈扁平狀，因而凝固過程中鋼水中的 氣體、夾雜容易上浮，加之柱狀晶自下而上定向生長，把結晶前沿溶質富集鋼液向上推移， 因而避免了 V型、倒V型偏析和中心疏松的產生。全凝固后去除鋼錠頂部7-10%的溶質富 集層后，鋼錠內部十分致密、純凈，因而壓縮比僅2. 5就可滿足超聲波探傷要求，且軋成的 特厚板Z向性能好。目前的定向凝固鋼錠澆鑄裝置采用下鑄結構，鋼水經中心鑄管、湯道磚、反射水口 磚自下而上鑄入模內。該裝置的缺點是在整個澆鑄過程中，反射水口磚處始終是熱中心， 且在鋼錠下部，不利于柱狀晶自下而上生長；耐火磚受沖刷，從而帶入夾雜，并且耐火材料 消耗多；由于是依靠大、小鑄鐵底盤吸熱，隨著時間增長底盤溫度升高，結晶前沿熱流密度 減少，不利于柱狀晶定向生長，且所鑄鋼錠愈大要求底盤愈重；鑄鐵底盤上表面與鋼水直接 接觸溫度很高，而下部較冷，受熱應力作用底盤要向上膨脹弓起，使底盤與鋼錠模四邊產生 縫隙，影響底盤對鋼錠的均勻冷卻，而使柱狀晶不能齊頭并進地生長。同時底盤在熱應力作 用下容易損壞，工作不安全，鋼錠全凝后要用火焰清理或銫床銫除鋼錠頭部溶質富集區，工 作量大。
發明內容
本發明提供了一種可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，高效生產內部十分致 密、純凈的鋼錠。本發明提供的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于該裝置的組成 包括可傾動底盤、水冷底排、絕熱鋼錠模、上鑄分岔式水口、保護渣灑落架、保溫罩、水冷卻 系統、渣罐。可傾動底盤在定向凝固鋼錠澆鑄裝置的底部，水冷底排放置在可傾動底盤上、 鋪在絕熱鋼錠模的底下，絕熱鋼錠模放置在水冷底排上，上鑄分岔式水口用杠桿放置在水 冷底排上的中心處，保護渣灑落架在絕熱鋼錠模上面，保溫罩放在絕熱鋼錠模上，水冷卻系 統在絕熱鋼錠模的左側，渣罐設在裝置的右下方。
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所述的可傾動底盤由鑄鐵鑄成或由鋼板焊接而成，其上平面為平直的加工面，其 前端兩側設有旋轉耳軸，軸承座座在地基上。其后端兩側設有為底盤的傾斜提供動力的液 壓缸。在可傾動底盤前端還設有防止底盤傾斜時鋼錠模和水冷底排滑落的擋塊。所述的水冷底排由上、下兩塊鋼板、鋼條、并聯的進水管及閥門、并聯出水管、進水 管水溫計、出水管水溫計、總進水管及電磁流量閥、總出水管組成。水冷底排的上表面，由鋼 板與鋼條焊接在一起組成水的回路。水冷底排的下表面鋼板，通過埋頭螺栓擰緊鋼條。在 鋼條與下鋼板間采用高溫粘接劑，上下鋼板保持平行，且與可傾動底盤上表面緊密接觸。水 冷底排進水管和出水管分組排列，且均勻分布。所述的上鑄分岔式水口的材質為鋁-碳質，可供多次使用。其由底座、喇叭嘴、管 身、加固鋼卷和防粘墊組成。上鑄分岔式水口底座由4-8個均勻分布的吐出孔組成，保證鋼 水能迅速均勻鋪展在水冷底排上，吐出孔的出口截面積之和要大于埋入水口內徑截面積， 防止埋入水口內堵鋼鋼水流動不暢。各吐出孔之間的隔墻，要有足夠的斷面積以承受鋼水 沖擊力而不破斷。上鑄分岔式水口高度應比鋼錠模高出200-300mm，其上端設有加固圈。上 鑄分岔式水口其底部還粘有10_20mm厚的石棉墊，其作用是防止快速凝固的鋼水和上鑄分 岔式水口產生粘接，防止上鑄分岔式水口拔不出來。所述的絕熱鋼錠模由鋼結構外殼、永久襯、復合絕熱板、溢流口、吹Ar管構成。鋼 結構外殼由鋼板焊接而成，其尺寸根據設計的錠重和錠型而定，可以用改變澆高的方法鑄 出不同重量的鋼錠，絕熱鋼錠模壁上面鉆有排氣孔，供烘烤鋼錠模時耐火材料中的水氣排 出之用；永久襯由外層石棉板和內部的耐火磚砌成，復合絕熱板迎鋼面是耐鋼水浸蝕的硅 質耐火材料層，背鋼面是保溫材料層，保溫材料層與永久襯之間做成氣室，以利用空氣導熱 系數低的特點，加強鋼錠模的保溫絕熱；溢流口設在絕熱鋼錠模端部，供鋼錠模傾倒時溶質 富集鋼液和保護渣倒入渣罐之用。在鋼錠澆鑄前后，溢流口用耐火磚臨時堵住，以減少熱量 損失；吹Ar管設在絕熱鋼錠模上部，在鋼錠澆鑄前向模內吹入Ar氣，利用Ar氣比空氣重的 特點，將模內空氣吹擠出去，防止澆鑄中鋼水裸露的表面產生氧化，待保護渣覆蓋鋼液面后 停止吹Ar。所述的保護渣灑落架由角鋼和鋼絲網構成，架在絕熱鋼錠模模口上，成袋的保護 渣放置其上，開澆時受鋼水幅射熱影響，保護渣袋熔化，使保護渣均勻灑落覆蓋在鋼液面 上，防止液面散熱和冷凝結殼，同時可吸附鋼液中的夾雜。所述的保溫罩在澆鑄完畢后用吊車吊放在絕熱鋼錠模上，保溫罩由鋼結構、保溫 層、4個可調煤氣燒嘴、探測孔組成。本發明與現有定向凝固裝置相比其顯著有益效果在于1.可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置采用上鑄法澆鑄，沒有耐火材料受沖刷 帶進夾雜問題，整、脫模工藝比下鑄法簡單。澆鑄過程中上鑄分岔式水口在杠桿作用下隨液 面上移，熱中心始終處于鋼錠上方，有利于柱狀晶定向生長，水口可多次使用，耐火材料消 耗少。2.采用上鑄分岔式水口，沒有傳統上鑄法鋼水沖蝕底盤和產生飛濺的問題，鋼水 能均勻快速鋪滿底盤，鋼水罐滑動水口容易與上鑄分岔式水口對中。3.可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置主體采用鋼板焊成，內部設有并聯水路 的水冷底排，取代笨重的鑄鐵底板，解決了由于熱應力引起底板上弓，影響傳熱和柱狀晶定向凝固的問題。底排不易開裂，生產比較安全，且由于進水管上設有電磁流量伐和測溫計， 水冷強度可調而且整個底盤水冷均勻。4.采用了可傾動式的底盤。可根據鋼錠最后凝固溶質富集區的厚度適時將底盤傾 倒，將富集溶質的鋼水和保護渣由鋼錠模的溢流口倒出，減少了全凝后用火焰清理或用刨 床刨除的繁瑣工作量。5.采用了上部帶煤氣燒嘴的保溫罩，使上、下熱流可調，并在不加發熱劑的條件下 長時維持定向熱流，有利于澆鑄更大規格的鋼錠。6.通過保護渣灑落架，可以向模內注入氬氣，保護鋼液面不被空氣氧化，同時保護 渣可以自動均勻灑落在鋼液面上，防止了人為加保護渣時鋼液面的波動。7.為了減少絕熱鋼錠模向四周的散熱，防止產生倒V型的偏析，本發明的絕熱鋼 錠模內設永久保溫層和帶氣室的復合絕熱板，保溫效果更加顯著。
圖1是可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置整體結構示意圖；圖2是可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置可傾動底盤結構示意圖；圖3是可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置水冷底排結構示意圖；圖4是可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置上鑄分岔式水口結構示意圖；圖5是可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置絕熱鋼錠模結構示意圖；圖6是可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置保溫罩結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明提供的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，該裝置的構 成包括可傾動底盤1、水冷底排2、絕熱鋼錠模3、上鑄分岔式水口 4、保護渣灑落架5、保溫 罩6、水冷卻系統7、渣罐8。可傾動底盤在定向凝固鋼錠澆鑄裝置的底部，水冷底排放置在 可傾動底盤上、鋪在絕熱鋼錠模的底下，絕熱鋼錠模放置在水冷底排上，上鑄分岔式水口用 杠桿放置在水冷底排上的中心處，保護渣灑落架架在絕熱鋼錠模模口上，保溫罩放在絕熱 鋼錠模上，水冷卻系統在絕熱鋼錠模的左側，渣罐設在裝置的右下方。如圖2所示，裝置中的可傾動底盤1由鑄鐵鑄成或由鋼板焊接而成，其上平面為平 直的加工面，其前端兩側設有旋轉耳軸9，軸承座座在地基上。其后端兩側設有為底盤的傾 斜提供動力的液壓缸10。液壓缸的行程按能使底盤傾斜30-40°設置。可傾動底盤長寬與 鋼錠模尺寸相對應，底盤厚度以能承受鋼錠模、鋼錠、水冷底排的重量而不變形為準。在可 傾動底盤前端還設有防止底盤傾斜時鋼錠模和水冷底排滑落的擋塊11。如圖3所示，裝置中的水冷底排2由上、下兩塊鋼板12、鋼條回路13、并聯的進水 管及手動閥門14、并聯的出水管15、總進水管及水溫計16、出水管水溫計17、總進水管及電 磁流量閥18、總出水管19組成。水冷底排的上表面，由鋼板與鋼條焊接在一起組成水的回 路。鋼條的斷面為40 X 30mm。水冷底排的下表面鋼板，通過①16埋頭螺栓擰緊鋼條。在鋼 條與下鋼板間采用高溫粘接劑，防止漏水。上下鋼板保持平行，且與可傾動底盤上表面緊密 接觸。水冷底排進水管和出水管分組并聯排列，且均勻分布。上述水冷底排也可以由矩型 無縫鋼管并排焊接而成。
如圖4所示，裝置中的所述的上鑄分岔式水口 4由喇叭嘴20、管身21、底座22、加 固鋼卷23和防粘墊24組成。上鑄分岔式水口底座22由4-8個均勻分布的吐出孔構成，保 證鋼水能迅速均勻鋪展在水冷底排上，吐出孔的出口截面積之和要大于埋入水口內徑截面 積，防止埋入水口內堵鋼鋼水流動不暢。各吐出孔之間的隔墻，要有足夠的斷面積以承受鋼 水沖擊力而不破斷。上鑄分岔式水口 4高度應比絕熱鋼錠模3高出200-300mm，喇叭嘴下 端設有加固圈，該圈由3mm厚的鋼板焊成，其作用是防止杠桿和喇叭嘴之間產生應力集中 造成的斷裂。上鑄分岔式水口其底部粘有10_20mm厚的石棉墊，其作用是防止快速凝固的 鋼水和上鑄分岔式水口產生粘接，防止上鑄分岔式水口拔不出來。上鑄分岔水口的材質為 A1-C質，可多次重復使用。如圖5所示，裝置中的絕熱鋼錠模3由鋼結構外殼25、永久襯26、復合絕熱板27、 溢流口 28、吹Ar管29組成。鋼結構由厚30mm的鋼板焊接而成，其尺寸根據設計的錠重 和錠型而定，可以用改變澆高的方法鑄出不同重量的鋼錠，絕熱鋼錠模璧上面鉆有①5的 排氣孔，供烘烤鋼錠模時耐火材料中的水氣排出之用；永久襯26外層貼石棉板內部砌耐火 磚，厚度為220mm，耐火度為1700°C ；復合絕熱板厚80mm，迎鋼面是耐鋼水浸蝕的硅質耐火 材料層，背鋼面是保溫材料層，保溫材料層與永久襯之間做成氣室，以利用空氣導熱系數低 的特點，加強鋼錠模的保溫絕熱；溢流口設在絕熱鋼錠模端部，供鋼錠模傾倒時溶質富集鋼 液和保護渣倒入渣罐之用。在鋼錠澆鑄前后，溢流口用耐火磚臨時堵住，以減少熱量損失； 吹Ar管29設在絕熱鋼錠模上部，在鋼錠澆鑄前向模內吹入Ar氣，利用Ar氣比空氣重的特 點，將模內空氣吹擠出去，防止澆鑄中鋼水裸露的表面產生氧化，待保護渣覆蓋鋼液面后停 止吹Ar。如圖1所示，裝置中的保護渣灑落架5由角鋼和鋼絲網構成，架在絕熱鋼錠模模口 上，成袋的保護渣放置其上，開澆時受鋼水幅射熱影響，保護渣袋熔化，使保護渣均勻灑落 覆蓋在鋼液面上，防止液面散熱和冷凝結殼，同時可吸附鋼液中的夾雜。如圖6所示裝置中的保溫罩6在澆鑄完畢后用吊車吊放在絕熱鋼錠模上，保溫罩6 由鋼結構30、保溫層31、4個可調煤氣燒嘴32、探測孔33組成。探測孔的作用是探測已凝 鋼水的高度，控制凝固進程，在鋼水凝固到預定高度時將保溫罩吊走，開動可傾動底盤，將 溶質富集鋼液和保護渣倒出。
權利要求
一種可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于該裝置的構成包括可傾動底盤、水冷底排、絕熱鋼錠模、上鑄分岔式水口、保護渣灑落架、保溫罩、水冷卻系統、渣罐，可傾動底盤在定向凝固鋼錠澆鑄裝置的底部，水冷底排放置在可傾動底盤上、鋪在絕熱鋼錠模的底下，絕熱鋼錠模放置在水冷底排上，上鑄分岔式水口用杠桿放置在水冷底排上的中心處，保護渣灑落架在絕熱鋼錠模上面，保溫罩放在絕熱鋼錠模上，水冷卻系統在絕熱鋼錠模的左側，渣罐設在該裝置的右下方。
2.根據權利要求1所述的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于所說的 可傾動底盤由鑄鐵鑄成或由鋼板焊接而成，其上平面為平直的加工面，其前端兩側設有旋 轉耳軸，其后端兩側設有為底盤的傾斜提供動力的液壓缸，在可傾動底盤前端還設有防止 底盤傾斜時鋼錠模和水冷底排滑落的擋塊。
3.根據權利要求1所述的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于所說的 水冷底排由上下兩塊鋼板、鋼條、并聯的進水管及閥門、并聯的出水管、進水管水溫計、出水 管水溫計、總進水管及電磁流量閥、總出水管組成，水冷底排的上表面，由鋼板與鋼條焊接 在一起組成水的回路，水冷底排的下表面鋼板，通過埋頭螺栓擰緊鋼條，在鋼條與下鋼板間 采用高溫粘接劑，上下鋼板保持平行，且與可傾動底盤上表面緊密接觸，水冷底排進水管和 出水管分組并聯排列，且均勻分布。
4.根據權利要求1所述的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于所說的 上鑄分岔式水口由底座、喇叭嘴、管身、加固鋼卷和防粘墊組成，其中底座由4-8個均勻分 布的吐出孔構成，上鑄分岔式水口高度應比絕熱鋼錠模高出200-300mm，喇叭嘴下端設有加 固圈，上鑄分岔式水口其底部還粘有10-20mm厚的石棉墊。
5.根據權利要求1所述的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于所說的 絕熱鋼錠模由鋼結構外殼、永久襯、復合絕熱板、溢流口、吹Ar管構成，鋼結構外殼由鋼板 焊接而成，絕熱鋼錠模壁上面鉆有排氣孔，永久襯由外層石棉板和內部耐火磚砌成，復合絕 熱板迎鋼面是耐鋼水浸蝕的硅質耐火材料層，背鋼面是保溫材料層，保溫材料層與永久襯 之間做成氣室，溢流口設在絕熱鋼錠模端部，吹Ar管設在絕熱鋼錠模上部。
6.根據權利要求1所述的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于所說的 保護渣灑落架由角鋼和鋼絲網構成，架在絕熱鋼錠模模口上。
7.根據權利要求1所述的可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，其特征在于所說的 保溫罩由鋼結構、保溫層、4個可調煤氣燒嘴、探測孔構成。
全文摘要
本發明公開了一種可傾倒的上鑄式定向凝固鋼錠澆鑄裝置，高效生產內部十分致密、純凈的鋼錠。該裝置的組成包括可傾動底盤、水冷底排、絕熱鋼錠模、上鑄分岔式水口、保護渣灑落架、保溫罩、水冷卻系統、渣罐。本發明提供的裝置采用上鑄法澆鑄，沒有耐火材料受沖刷帶進夾雜問題，整、脫模工藝比下鑄法簡單，水口可多次使用，耐火材料消耗少；采用上鑄分岔式水口，沒有傳統上鑄法鋼水沖蝕底盤和產生飛濺問題，鋼水能均勻快速鋪滿底盤，鋼水罐滑動水口容易與上鑄分岔式水口對中。該裝置特別適合澆鑄定向凝固的扁鋼錠，以滿足特厚板的質量要求。
文檔編號B22D23/02GK101850418SQ20091001095
公開日2010年10月6日 申請日期2009年4月1日 優先權日2009年4月1日
發明者叢玉偉, 劉茂文, 常福華, 胡小東, 胡林, 趙連剛 申請人:遼寧科技大學;萊蕪鋼鐵集團機械制造有限公司