一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置的制作方法

本實用新型屬于鋼鐵鑄造技術領域，特別是涉及一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置。

背景技術：

下鑄法是一種廣泛應于鋼鐵鑄造的工藝方法，采用下鑄法時，要求鋼液依次從鋼包、中注管、橫澆道及上澆道進入鑄模內，并在鑄模內凝固成鋼坯。

但是，基于下鑄法的傳統鑄造設備在實際應用過程中仍然存在以下問題：

(1)當鋼包中的鋼液進入中注管后，鋼液的軸向流速很大，而中注管底部的耐火中心磚會遭到鋼液的強勁沖刷和侵蝕，將導致鋼液中的外生非金屬夾雜物增多，進而影響到鋼液的潔凈度；

(2)由于鋼液在中注管內具有很大的流速，且鋼液在澆注過程中不可避免的會卷入空氣而形成許多氣泡，這些氣泡會隨著鋼液快速下行，多數氣泡會因浮力而逐漸停止下行并轉而開始上浮，而一些小氣泡的上浮速度由于低于鋼液下行流速，會被鋼液裹挾進入橫澆道內而無法在中注管內完成上浮，并進一步隨著鋼液進入鑄模內，從而導致鋼坯出現氣孔缺陷的風險增高；另外，卷入鋼液的空氣氣泡還會導致鋼液氧化，也會降低鋼坯產品的性能；

(3)當鋼液從中注管進入橫澆道后，鋼液的流速分布并不均勻，且鋼液最大軸向流速依然很大，而橫澆道出液端的耐火流鋼尾磚也將遭到鋼液的沖刷和侵蝕，進而導致鋼液中的外生非金屬夾雜物進一步增多，從而進一步影響到鋼液的潔凈度；

(4)為了減小鋼液進入鑄模內的流速，上澆道頂部的鋼液流道會采用倒錐形結構，而在鋼液進入鑄模后，在初始澆注階段會產生噴濺現象，而噴濺現象會導致粘模，進而降低鑄模的壽命，隨著澆注的進行，鑄模內的鋼液液面會因下部鋼液的持續涌入而使液面中心處隆起，液面隆起的高度也叫駝峰高度，駝峰高度越高，鋼液表面的保護渣被沖開的面積就越大，即開眼面積越大，而開眼區域的鋼液液面由于失去了保護渣的覆蓋保護，將直接暴露于空氣中，進一步加劇了鋼液的氧化，從而進一步降低了鋼坯產品的性能；另外，駝峰高度越高，不但容易發生卷渣，而且保護渣袋的吊裝位置也需越高，這十分不利于保護渣盡早的覆蓋在鋼液表面，難以快速的對鋼液氧化進行抑制。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置，在不降低中注管入口鋼液流速的情況下，能夠使鋼液在中注管內、橫澆道內及上澆道頂部的倒錐形結構鋼液流道內產生旋流，降低鋼液對中注管底部耐火中心磚的沖刷和侵蝕，同時增加氣泡上浮幾率，降低鋼液對橫澆道末端耐火流鋼尾磚的沖刷和侵蝕，最終減少鋼液中的外生非金屬夾雜物，減少氣孔缺陷，提高鋼液潔凈度，并能夠有效降低駝峰高度，減小開眼面積，減弱鋼液的氧化程度，進一步提高鋼坯產品性能。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置，包括中注管、橫澆道、上澆道及鑄模；所述中注管頂部為鋼液澆入口，在中注管底部設置有耐火中心磚；所述橫澆道水平設置，橫澆道進液端通過耐火中心磚與中注管相連通，在橫澆道出液端設置有耐火流鋼尾磚；所述上澆道豎直設置，上澆道底端通過耐火流鋼尾磚與橫澆道相連通，上澆道頂部與鑄模底部的鋼液入口相連通，上澆道頂部的鋼液流道采用倒錐形結構，且倒錐形結構的鋼液流道與鑄模底部的鋼液入口為平滑連接；其特點是：在所述中注管及橫澆道內設置有圓柱形耐火螺旋定子，在所述上澆道頂部的倒錐形結構鋼液流道內設置有倒錐形耐火螺旋定子。

所述圓柱形耐火螺旋定子的扭轉角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子的扭轉角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子的錐角角度與上澆道頂部的倒錐形結構鋼液流道的錐角角度相同，且錐角角度不大于120°。

所述倒錐形耐火螺旋定子為等壁厚螺旋定子或變壁厚螺旋定子。

當所述倒錐形耐火螺旋定子為變壁厚螺旋定子時，以倒錐形耐火螺旋定子小端為基準，倒錐形耐火螺旋定子的壁厚由下至上逐漸增大。

所述倒錐形耐火螺旋定子與上澆道頂部的倒錐形結構鋼液流道之間形成螺旋狀鋼液流道，螺旋狀鋼液流道在任意橫截面上的流道面積均相等。

所述螺旋狀鋼液流道與鑄模底部的鋼液入口平滑過渡連接。

所述倒錐形耐火螺旋定子大端直徑與小端直徑的比值不大于5。

所述圓柱形耐火螺旋定子在中注管內的安裝位置為中注管的上部、中部或下部；所述圓柱形耐火螺旋定子在橫澆道內的安裝位置為橫澆道的進液側、中部或出液側。

本實用新型的有益效果：

本實用新型與現有技術相比，在不降低中注管入口鋼液流速的情況下，能夠使鋼液在中注管內、橫澆道內及上澆道頂部的倒錐形結構鋼液流道內產生旋流，進而降低鋼液對中注管底部耐火中心磚的沖刷和侵蝕，同時促進非金屬夾雜物及氣泡間的碰撞，并增加氣泡上浮幾率，能夠降低鋼液對橫澆道末端耐火流鋼尾磚的沖刷和侵蝕，最終減少鋼液中的外生非金屬夾雜物，提高鋼液潔凈度，同時能夠有效減少噴濺，有效降低駝峰高度，減小開眼面積，減弱鋼液的氧化程度，進一步提高鋼坯產品性能。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置結構示意圖；

圖2為本實用新型的圓柱形耐火螺旋定子結構示意圖；

圖3為本實用新型的倒錐形耐火螺旋定子結構示意圖；

圖中，1—中注管，2—橫澆道，3—上澆道，4—鑄模，5—鋼液澆入口，6—耐火中心磚，7—耐火流鋼尾磚，8—圓柱形耐火螺旋定子，9—倒錐形耐火螺旋定子。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。

如圖1～3所示，一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置，包括中注管1、橫澆道2、上澆道3及鑄模4；所述中注管1頂部為鋼液澆入口5，在中注管1底部設置有耐火中心磚6；所述橫澆道2水平設置，橫澆道2進液端通過耐火中心磚6與中注管1相連通，在橫澆道2出液端設置有耐火流鋼尾磚7；所述上澆道3豎直設置，上澆道3底端通過耐火流鋼尾磚7與橫澆道2相連通，上澆道3頂部與鑄模4底部的鋼液入口相連通，上澆道3頂部的鋼液流道采用倒錐形結構，且倒錐形結構的鋼液流道與鑄模4底部的鋼液入口為平滑連接；其特點是：在所述中注管1及橫澆道2內設置有圓柱形耐火螺旋定子8，在所述上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內設置有倒錐形耐火螺旋定子9。

所述圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子9的扭轉角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度與上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道的錐角角度相同，且錐角角度不大于120°。

所述倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子或變壁厚螺旋定子。

當所述倒錐形耐火螺旋定子9為變壁厚螺旋定子時，以倒錐形耐火螺旋定子9小端為基準，倒錐形耐火螺旋定子的壁厚由下至上逐漸增大。

所述倒錐形耐火螺旋定子9與上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道之間形成螺旋狀鋼液流道，螺旋狀鋼液流道在任意橫截面上的流道面積均相等。

所述螺旋狀鋼液流道與鑄模4底部的鋼液入口平滑過渡連接。

所述倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值不大于5。

所述圓柱形耐火螺旋定子8在中注管1內的安裝位置為中注管1的上部、中部或下部；所述圓柱形耐火螺旋定子8在橫澆道2內的安裝位置為橫澆道2的進液側、中部或出液側。

采用本實用新型的旋流式鑄造裝置進行鋼鐵鑄造時，鋼包中的鋼液通過中注管1頂部的鋼液澆入口5流入中注管1內，首先沖擊在圓柱形耐火螺旋定子8上，鋼液將沿著圓柱形耐火螺旋定子8的螺旋通道繼續向下流動，使從圓柱形耐火螺旋定子8中流出的鋼液將呈現旋流狀態，可以有效均勻鋼液的軸向流速分布，同時減小鋼液在中注管1內的最大軸向流速，進而減小鋼液中因卷入空氣而產生的氣泡數量。另外，在鋼液旋流狀態下，一些難以順利上浮的小氣泡和非金屬夾雜物會因相互碰撞而合并為大氣泡及大夾雜物，同時小夾雜物也會與大氣泡碰撞并被其裹挾而上浮，最終提高了氣泡及夾雜物的上浮幾率，因此也減小了被鋼液裹挾到橫澆道2內的氣泡及夾雜物數量，進而減小了進入鑄模內的氣泡及夾雜物數量，降低了鋼坯出現氣孔缺陷及夾渣缺陷的風險，同時也減弱了鋼液的氧化，提高了鋼坯產品的性能。再有，當圓柱形耐火螺旋定子8的安裝位置位于中注管1的上部時，由于其距離鋼包較近，鋼液對圓柱形耐火螺旋定子8的沖刷作用就弱，而且從圓柱形耐火螺旋定子8中流出的鋼液呈現旋流狀態，可以有效減弱鋼液對耐火中心磚6的沖刷和侵蝕，避免了鋼液中出現過多的外生非金屬夾雜物，保證了鋼液的潔凈度。

當鋼液經耐火中心磚6進入橫澆道2后，也會首先沖擊在圓柱形耐火螺旋定子8上，鋼液將沿著圓柱形耐火螺旋定子8的螺旋通道繼續向前流動，而流出的鋼液也將呈現旋流狀態，進一步均勻了鋼液的軸向流速分布，同時減小鋼液在橫澆道2內的最大軸向流速，而呈現旋流狀態的鋼液又可以進一步有效減弱鋼液對耐火流鋼尾磚7的沖刷和侵蝕，進一步避免外生非金屬夾雜物在鋼液中增多，從而進一步保證了鋼液的潔凈度。另外，鋼液在旋流狀態下，有利于小氣泡和非金屬夾雜物會因相互碰撞而合并為大氣泡及大夾雜物，進而提高了氣泡及夾雜物在鑄模內的上浮幾率。

當鋼液經耐火流鋼尾磚7進入上澆道3后，將首先沖擊倒錐形耐火螺旋定子9小端，鋼液將沿著倒錐形耐火螺旋定子9的螺旋通道繼續向上流動，而流出的鋼液同樣呈現旋流狀態，再一次均勻了鋼液的軸向流速分布，同時減小鋼液在上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內的最大軸向流速，當鋼液進入鑄模后，有效減少了澆注初期鋼液的噴濺，并有效降低了鑄模內鋼液液面中心處的隆起高度，即有效降低了駝峰高度，進而減小了開眼面積，因此也減小了鋼液與空氣接觸的幾率，從而進一步減弱了鋼液的氧化。另外，駝峰高度的降低，有效降低了卷渣的發生幾率，還有效降低了保護渣袋的吊裝位置，這更加有利于保護渣盡早的覆蓋在鋼液表面，保證對鋼液氧化進行快速抑制。

下面為幾種應用實施例。

應用實施例一：

僅在中注管1中部設置圓柱形耐火螺旋定子8，而在橫澆道2內及上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內均不設置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉角度為180°。

應用實施例二：

僅在橫澆道2中部設置圓柱形耐火螺旋定子8，而在中注管1內及上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內均不設置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉角度為180°。

應用實施例三：

僅在上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內設置倒錐形耐火螺旋定子9，而在中注管1內及橫澆道2內均不設置耐火螺旋定子，且倒錐形耐火螺旋定子9的扭轉角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

應用實施例四：

僅在中注管1中部和橫澆道2中部設置圓柱形耐火螺旋定子8，而在上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內均不設置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉角度為180°。

應用實施例五：

在中注管1中部設置圓柱形耐火螺旋定子8，在上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內設置倒錐形耐火螺旋定子9，而在橫澆道2中部不設置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

應用實施例六：

在橫澆道2中部設置圓柱形耐火螺旋定子8，在上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內設置倒錐形耐火螺旋定子9，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

應用實施例七：

在中注管1中部和橫澆道2中部設置圓柱形耐火螺旋定子8，在上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道內設置倒錐形耐火螺旋定子9，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

在應用實施例三、五、六、七中，錐形耐火螺旋定子9可以完全占據上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道，也可部分占據上澆道3頂部的倒錐形結構鋼液流道(如僅占據2/3)，而倒錐形耐火螺旋定子9的螺旋狀鋼液流道小端側與鋼液來流方向垂直或相切，且倒錐形耐火螺旋定子9也可為變壁厚螺旋定子。

再有，本實用新型的專利方案同樣適用于其他金屬鑄錠的鑄造，如鋁、銅等金屬。

實施例中的方案并非用以限制本實用新型的專利保護范圍，凡未脫離本實用新型所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。