专利名称：大断面圆坯的连续铸造装置及其铸造方法
技术领域：
本发明是有关于ー种大断面圆坯的连续铸造装置及其鋳造方法。
背景技术：
随着石油、化工、风电、核电等行业的发展，大直径管状坯料、筒状坯料、环状坯料以及大断面高质量实心锭坯料需求不断増加，传统铸锭锻造冲孔、扩孔技术无法满足质量、效率、成本的需求，随着铸件断面直径的加大，中心疏松、缩孔、偏析恶化，出品率低(50-65% )、生产效率低下等严重制约着该行业的发展。而连续鋳造技木，由于受到大断面传热的影响，铸坯内部质量与生产效率也随断面直径的加大显著降低，即使液芯轻压下技术随着直径的进ー步増大，圆形坯表层变形向中心的传递变得越来越弱，以致直径IOOOmm以上的实心连铸坯成了连续铸造难于逾越的禁区。
发明内容
本发明的目的是，提供ー种大断面圆坯的连续铸造装置及其鋳造方法，其可适合大规格的实心铸坯的制造。本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现ー种大断面圆坯的连续铸造装置，所述铸造装置包括内结晶器，外结晶器，上盖机构，基座机构，断面为实心圆状的圆柱形引锭器，带加热的中间包和铸流分配器；基座机构与上盖机构的内部相互连通，上盖机构和基座机构上下固定连接；外结晶器固定连接在所述基座机构的下方；所述内结晶器为倒置的火箭头状结构，内结晶器固定连接在上盖机构上，且内结晶器的下方穿设于上盖机构和基座机构的内部，使所述内结晶器的下部位于外结晶器的内侧，并被外结晶器同心环绕设置，所述铸流分配器将中间包内的金属液分配为一流或多流导入上盖机构内，所述内结晶器和外结晶器之间填充有金属液；在开浇初期，所述圆柱形引锭器设置在外结晶器下方的圆形腔体底部，所述金属液经过内、外结晶器的冷却形成凝固的圆坯，所述圆坯位于圆柱形引锭器上。ー种大断面圆坯的连续铸造方法，其包括步骤A、提供内结晶器、外结晶器、上盖机构和基座机构；基座机构与上盖机构的内部相互连通，上盖机构和基座机构上下固定连接；外结晶器固定连接在所述基座机构的下方；内结晶器为倒置的火箭头状结构，内结晶器固定连接在所述上盖机构上，且内结晶器的下方穿设于所述上盖机构和基座机构的内部，使所述内结晶器的下部位于所述外结晶器的内侦牝并被所述外结晶器同心环绕设置；B、提供断面为实心圆状的圆柱形引锭器和升降推杆，升降推杆连接在圆柱形引锭器的底部，并带动引锭器上下移动，将所述圆柱形引锭器设置在所述外结晶器下方的腔体底部；C、将金属液引入上盖机构内，进而使金属液填充在所述内结晶器和外结晶器之间，金属液经过内结晶器和外结晶器的双向冷却形成坯壳，同时升降推杆带动圆柱形引锭器向下运动，同时使还壳与内、夕卜结晶器之间产生周期性的上下相对运动；还壳与内结晶器之间的上下相对运动对坯壳起到捣固作用，坯壳与外结晶器之间的上下相对运动，起到坯壳的外表面与外结晶器脱壳的作用；D、随着坯壳的逐渐增厚，形成凝固的圆坯。本发明实施例的特点和优点是其采用内结晶器与外结晶器相结合，对铸坯进行双 向冷却，使铸坯冷却和凝固可适应的有效断面大大增加，从而可适合大规格的实心铸坯，此外，本发明实施例还可实现连续和半连续铸造。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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I是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置的结构断面示意图；图2是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置连铸机部件的装配过程示意图；图3是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置的内结晶器的结构示意图；图4是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置中为了显示外结晶器的局部放大示意图；图5是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置中为了显示第二水冷系统的局部放大示意图；图6是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置的上盖机构的仰视示意图；图7是沿着图6的A-O-A线剖面示意图；图8是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置的基座机构的仰视示意图；图9是沿着图8的B-0-01-B线剖面示意图；图10是本发明实施例的大断面圆坯的连续铸造装置的超大断面连铸芯部缩松压合过程示意图。
具体实施例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。实施方式一如图I和图2所示，本发明实施例提出的大断面圆坯的连续铸造装置，其包括内结晶器I、外结晶器2、上盖机构5、基座机构6，断面为实心圆状的圆柱形引锭器10，带加热的中间包7和铸流分配器8。所述上盖机构5和基座机构6的内部相互连通，上盖机构5和基座机构6上下固定连接，并构成了环形金属液熔池3。所述外结晶器2固定连接在基座机构6的下方；所述内结晶器I为倒置的火箭头状结构，内结晶器I固定连接在上盖机构5上，且内结晶器I的下方穿设于上盖机构5和基座机构6的内部，使所述内结晶器I的下部位于所述外结晶器2的内侧，并被外结晶器2同心环绕设置，铸流分配器8将中间包7内的金属液分配为一流或多流导入上盖机构5内，所述内、夕卜结晶器1、2之间填充有金属液。在开浇初期，所述圆柱形引锭器10设置在外结晶器2下方的圆形腔体底部，所述金属液经过内、外结晶器1、2的冷却形成凝固的圆坯4，所述圆坯4位于圆柱形引锭器10上。其中，内结晶器I为倒置的火箭头结构是指，内结晶器I具有圆柱状的本体，在本体的头部为钝形圆锥头状。本实施例中，内结晶器I的下部设置在外结晶器2的内侧中心处，内结晶器I和外结晶器2之间填充有金属液，即，金属液在内结晶器I和外结晶器2之间被两个结晶器实施双向冷却，在冷却之后以凝固的圆坯4从两结晶器的下方被拉出。进ー步而言，本实施例采用内结晶器I与外结晶器2相结合，对圆坯4进行双向冷却，使圆坯4冷却和凝固可适应的 有效厚度大大增加，从而可适合更大规格的圆坯的制造。本实施例中，上述内结晶器I和外结晶器2通过上盖机构5和基座机构6而固定连接在一起，以此使内、外结晶器固定、同心设置，如此使得各部件的更换变得更加容易方便。此外，本实施例的整个火箭头结晶器被浸泡在金属液之中，结晶器下方构成了实心的铸坯，通过更换不同直径和锥角的火箭头可生产不同断面的实心铸坯。參见图3所示，所述内结晶器I包括进水直导管lh，回水导管Ii和冷却水回路。回水导管Ii间隔地围设在所述进水直导管Ih外，所述回水导管Ii包括上下连接的回水直导管Ij和内结晶器外套lk，所述内结晶器外套Ik呈V型，所述回水导管Ii的外部包覆有第一隔热套Ig ;冷却水回路设置在所述内结晶器I的内部。所述冷却水回路包括进水回路la，回水回路Ib和水孔lc。所述进水回路Ia位于所述进水直导管Ih内，所述进水回路Ia的上端为进水口 Id ;所述进水直导管Ih与回水导管Ii之间的间隙构成所述回水回路lb，所述回水回路Ib的上端为回水口 Ie ;水孔Ic设置在所述进水直导管Ih的下端与所述内结晶器外套Ik之间，所述进水回路Ia和回水回路Ib通过水孔Ic相连通。參见图3的箭头方向所示，冷却水从进水口 Id进入进水回路la，接着通过水孔Ic流入回水回路lb，再从回水口 Ie流出。其中，进水口 Id和回水口 Ie均位于内结晶器I的上端，水孔位于内结晶器I的下端，如此冷却水在内结晶器I内流动，可充分地冷却环形金属液熔池3中的内结晶器I附近的金属液。所述第一隔热套Ig包括高温耐火管Im和高強度石墨In，所述高温耐火管Im包覆在所述回水直导管Ij的外部，所述高强度石墨In包覆所述内结晶器外套Ik的外部。本实施例中，回水直导管Ij外围设高温耐火管Im将外部高温过热的金属液与回水直导管Ij隔开，高强度石墨In围设于内结晶器外套Ikタト，将内结晶器外套Ik与金属液隔开起到传热同时保护内结晶器的作用。所述内结晶器I的上方具有内结晶器法兰lf，所述内结晶器I通过所述内结晶器法兰If而固定在所述上盖机构5上，S卩，内结晶器I中在内结晶器法兰If位置下方的部位处于环形金属液熔池3内，在内结晶器法兰If位置上方的部位处于环形金属液熔池3外。所述回水导管Ii还包括回水冒导管lp，所述回水冒导管Ip间隔地套设在所述进水直导管的外部，并连接在回水直导管Ij的顶部，所述回水冒导管与进水直导管之间的间隙与所述回水回路相连通，所述回水口 Ie设置在回水冒导管Ip上，所述内结晶器法兰If位于所述回水直导管Ij的顶部。其中，所述回水冒导管Ip可直接与回水直导管Ij直接连接，例如焊接；或者，如图6所示，回水冒导管Ip的下端连接回水冒法兰lq，回水冒法兰Iq与内结晶器法兰If配合连接，进而使回水冒导管Ip与回水直导管Ij连接。配合图I和图4所示，所述外结晶器2包括从外至内依次间隔设置的外结晶器外套2a、外结晶器内套2b和结晶器铜管2c，所述外结晶器内套2b和外结晶器外套2a之间连接有横向放置的隔离板2d，所述隔离板2d的内侧端连接外结晶器内套2b，外侧端连接外结晶器外套2a，隔离板2d可位于外结晶器内套2b在高度方向的中间位置上；所述外结晶器内、外套2b、2a之间具有电磁搅拌器2e，所述电磁搅拌器2e位于所述隔离板2d的上方；所述外结晶器外套2a上分别设有入水ロ 2f和出水ロ 2g，所述入水ロ 2f位于所述隔离板2d的下方，出水ロ 2g位于隔离板2d的上方；所述外结晶器内套2b的上、下端分别贯穿有水流 孔2h ;所述外结晶器2上与所述铸坯4连接处设有第二隔热套2i，即第二隔热套2i位于外结晶器2的内侧。其中，所述外结晶器2可通过外结晶器法兰2j而连接在所述基座机构6上，在此处，外结晶器法兰2j连接在结晶器铜管2c的顶端，外结晶器法兰2j与第二基座法兰6g结合，以将外结晶器2连接在基座机构6上。所述第二隔热套2i可为高强度石墨。电磁搅拌器2e配置于外结晶器2内，可对晶粒进行破碎、搅拌以形成大量晶核。本实施例中，外结晶器内、外套2b、2a之间具有间隙，隔离板2d将内、外套2b、2a之间的间隔分隔成上下两个独立的空间；外结晶器内套2a与结晶器铜管2c之间具有间隙。如图4中的箭头方向所示，冷却水从入水口 2f进入外结晶器内、外套2b、2a之间的下方的间隙中，接着从外结晶器内2a下端的水流孔2h流入外结晶器内套2a与结晶器铜管2c之间的间隙，接着通过外结晶器内2a上端的水流孔2h流入内、外套2b、2a之间的上方的间隙中，再接着从出水口 2g流出。冷却水在外结晶器2内流动，与外结晶器2内部的金属液进行热交换后，从出水口 2g流出热水。根据本发明的实施方式，如图6和图7所示，所述上盖机构5包括呈门形的上盖壳体5a，所述上盖壳体5a的底部外侧连接有第一上盖法兰5b，用来连接所述基座机构6。所述上盖壳体5a的下部连接有绝热保温衬体5c。所述上盖机构5的中心轴向贯穿设有内结晶器穿孔5d，所述上盖机构5上轴向贯穿设有水ロ穿入孔5e，所述水ロ穿入孔5e位于所述内结晶器穿孔5d的外侧，所述上盖壳体5a的顶部对应内结晶器穿孔5d的位置设有第二上盖法兰5f，用来连接所述内结晶器I。本实施例中，内结晶器I穿过内结晶器穿孔5d而固定在第二上盖法兰5f上，使内结晶器I与上盖机构5结合在一起，金属液从水口穿入孔5e流入上盖机构5内，同时，水口穿入孔5e可以用来观察液面的情況。在此处，在内结晶器穿孔5d的四周设有两个均匀分布的水口穿入孔5e。在所述绝热保温衬体5c的底部，从所述内结晶器穿孔5d的边缘向外侧沿切线方向延伸设有挡渣板5g，挡渣板5g将分布在环形金属液熔池3内的金属液与上层浮渣进行分离，如图9所示，在此处具有两个挡渣板5g。所述上盖机构5上轴向贯穿设有放散孔5h，所述放散孔5h位于所述内结晶器穿孔5d的外侧，在所述上盖壳体5a的上部设有盖在所述放散孔5h上端的绝热盖板5i，绝热盖板5i可避免环形金属液熔池3内的热量从放散孔5h扩散。在此处，在内结晶器穿孔5d的四周设有两个均匀分布的放散孔5h，放散孔5h用于排放浇铸初期和浇铸过程中环形金属液熔池3型腔内产生和带入的气体，此外，放散孔还可以作为观察、测温孔等。如图7所示,所述绝热保温衬体5c包括耐火打结料5j和绝热耐火内衬5k,所述绝热耐火内衬5k连接在所述上盖壳体5a的内腔的底部，所述上盖壳体5a与所述绝热耐火内衬5k之间填充所述耐火打结料5j。当内结晶器I插入内结晶器穿孔5d后，耐火打结料5j和绝热耐火内衬5k分别呈上下位置地包围在内结晶器I处于上盖机构5中的部位。如图8和图9所示，所述基座机构6包括呈凹字形的基座壳体6a，所述基座壳体的顶部外侧连接有用来连接所述上盖机构的第一基座法兰6b，所述第一基座法兰与所述第一上盖法兰5b通过紧固连接件固定结合，进而将上盖机构5和基座机构6固定连接在一起，其中，紧固连接件可例如为法兰螺栓5m和法兰螺母6j的组合。所述基座壳体6a上设有耐火衬体6c，所述基座机构6的中心轴向贯穿设有基座中心孔6d，所述基座壳体6a的底部对应基座中心孔6d的位置设有用来连接所述外结晶器2的第二基座法兰6g。
所述基座机构6上部开设有与所述基座中心孔切向布置的切线内浇道6h，所述切线内浇道的外端与上述水口穿入孔5e相对应，内端与所述基座中心孔6d相连通。所述基座机构下部，位于所述外结晶器上部环设有变频感应线圈6e，变频感应线圈环绕在所述基座中心孔6d的外側，变频感应线圈6e之外设有线圈保护罩6f。其中，变频感应线圈6e与金属液间可由耐火衬体6c隔开。在正常拉坯过程,变频感应线圈6e采用低频有辅助搅拌、破碎初生晶粒、均匀化内外温度及向外传热，并将形核核心传递到芯部的作用，在拉坯后期，采用エ频或中频，用于剩余钢液加热、保温作用。此外，在变频感应线圈6e外部并在线圈保护罩6f内部还可围设有磁砺导磁体6p。所述基座机构6上轴向设有排渣ロ 3a，所述排渣ロ与上述放散孔5h相对应，在所述排渣ロ与所述基座中心孔6d之间连接有排渣沟6i。在此处，具有两个均匀分布的切线内浇道6h，且具有两个均匀分布的排渣沟6i。本实施例中，进入上盖机构5的金属液从切线内浇道6h进入基座机构6，切线内浇道6h将金属液从垂直方向改为沿环形腔体的切线方向，后沿环形腔体做圆周运动，漂浮在金属液上方的液态渣在随同金属液旋转过程中被上盖机构5上的挡渣板5g挡住，并顺着排渣沟6i流出排渣ロ 3a。此外，其中，如图I所示，安装时，可将基座机构6安装在钢结构基础3b上，在钢结构基础3b上对应排渣ロ 3a的位置可放置储渣盘3c，使得从排渣ロ 3a排出的浮渣落入储渣盘3c中。所述耐火衬体6c包括高温耐火衬6k，碳素耐火砖内衬6m和打结耐火料6n，所述高温耐火衬6k设于所述基座壳体6a的内腔的上部，所述碳素耐火砖内衬6m设于所述高温耐火衬6k的下部并位于所述基座中心孔6d周围，所述打结耐火料6n填充于所述高温耐火衬6k和基座壳体6a之间，并位于所述线圈保护罩6f的外部。也就是说，本实施例中，高温耐火衬6k和碳素耐火砖内衬6m均与高温金属液接触,碳素耐火砖内衬6m的下端与外结晶器2相邻,变频感应线圈6e设于碳素耐火砖内衬6m的外围，并被线圈保护罩6f保护；闻温耐火衬6k和碳素耐火砖内衬6m构成基座内层工作衬,基座壳体6a与基座内层工作衬之间由打结耐火料6n填充。
如图I和图5所示，所述铸造装置还包括第二水冷系统9，所述第二水冷系统9连接在所述外结晶器2的下方，所述第二水冷系统9包括外ニ水冷喷射组件9a和ニ冷段足辊9e。所述外ニ水冷喷射组件9a包括沿着圆坯4轴向设置的多排外ニ冷喷嘴环组9b，每排外ニ冷喷嘴环组9b具有沿圆坯外圆周均布的多个外ニ水冷喷嘴9c，在外ニ水冷喷射组件9a外部设有蒸汽回收箱9d。ニ冷段足辊9e设置在上下相邻的两个外ニ水冷喷嘴环组9b之间，以使外ニ水冷喷嘴9c喷射出的水流尽可能多地喷向圆坯4，而不会被ニ冷段足辊9e挡住，ニ冷段足辊9e可用来夹持带有液芯的红热铸坯4。本实施例中，外ニ水冷喷射组件9a的外ニ水冷喷嘴9c用于继续冷却出结晶器的铸坯外表面，外ニ水冷喷射组件9a包括了沿着圆坯4的长度方向设置的九排外ニ水冷喷嘴环组％，图只是示意，喷嘴数视冷却长度可在5 50排，每个外ニ水冷喷嘴环组9b具有多个外ニ水冷喷嘴9c，外ニ水冷喷嘴9c的数量可根据需要以及圆坯4的直径大小来决定，在此处，每个外ニ水冷喷嘴环组9b具有6 12个外ニ水冷喷嘴9c。如图I所示，所述中间包I可为采用电磁加热的中间包，中间包7的底部有个出钢 液ロ ；铸流分配器8的顶部具有一个接钢液ロ，铸流分配器8的下部可均匀分布有I至4个分流管8a，分流管8a的数量与上盖机构5的水口穿入孔5e的数量相同，在此处，具有两个分流管8a，S卩，在此处，铸流分配器8将中间包7内的水流分配为对称180°两流导入上盖机构5内；当然，根据需要，铸流分配器8还可将中间包7内的水流分配为一流、三流或三流以上导入上盖机构5内。在所述外结晶器2下方环设有多排夹持导向辊12，用来夹持由内结晶器I和外结晶器2出来的带有液芯的红热铸坯4。所述铸造装置还包括升降推杆11，所述升降推杆11连接在所述圆柱引锭器10的底部，并带动圆柱形引锭器10上下移动。本实施例中，在开浇初期，圆柱形引锭器10将所述外结晶器2下方的圆形腔体底部封住，随着浇铸的进行，升降推杆11向下拖动圆柱形引锭器10，使铸坯坯壳从结晶器中脱出。此外，升降推杆11在向下拖动圆柱形引锭器10的同时还可做周期性上下振动，使铸坯坯壳相对内、外结晶器做上下运动，起到铸坯坯壳与内、外结晶器1、2更易脱壳之目的，且坯壳与内结晶器I间上下相对运动，起到半固态下捣实中心组织、消除中心缩孔、疏松作用。如图10所示，在铸坯及坯壳整个上下捣固周期中，可用下面四个阶段过程来描述如图10(a)所示，第一阶段为初始状态，此时为内结晶器I与下方实心固相间距离拉长过程，将上方的高温液相，即高温过热金属液4c放入中心V熔池，在鋳造腔内，在高温过热金属液4c与正常铸坯4之间从上向下依次为，富集大量晶核的过冷金属液4d(固相比例0-30% )，第一半固态两相区4e (固相比例60-90% )和密实的高温固相4g ；如图10(b)所示，第二阶段为第一凝固形核阶段，此时为进入中心熔池的富集大量晶核的过冷金属液4d(固相比例0-30% )受下方和侧面的传热和受上方及内侧内结晶器I的传热冷却，形成靠近下凝固体的下V型固液两相区4e (固相比例> 60-90% )和靠近上V型内结晶器的上V型固液两相区4f，上V型固液两相区4f亦称第二半固态两相区(固相比例 30-60% )；
如图10(c)所示，第三阶段为第二凝固形核阶段，上、下V型固液两相区4f、4e的固相分数比例继续增大，同时中间的纯液相区不断缩小，最后上、下固液两相区趋于合并；如图10(d)所示，第四阶段为半固态压合阶段，内结晶器I与下方实心固相4g间距离相对缩短，即依靠铸坯4与内结晶器I的相对挤压运动，将中部的半固态液固两相区压合，使伴生在两相区内的疏松孔洞压实，起到消除疏松缩孔的目的，整个运动周期结束；内结晶器与下方实心固相间距离再次拉开进入下一个循环。此外，内结晶器I与铸还还壳的上下相对运动，即内结晶器I与下方实心固相4g间的相对运动的方法，除了上述升降推杆在向下拖动圆柱形引锭器10的同时还可做周期性上下振动，使铸坯坯壳相对内、外结晶器做上下运动之外，还具有方法如下可通过拉坯机构的上下运动来实现，上部的内、外结晶器1、2连同基座机构6、上盖机构5不动；或者，可通过安装在钢结构基础3b间的液压振动机构，拖动基座机构6与内、外结晶器1、2进行上下周期运动实现；或者，可通过安装在上盖机构5上的内结晶器法兰If上的升降机构驱动内结晶器I的周期性上下运动来。其中，拉坯机构，液压振动机构和升降机构为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。如图I所示，下面说明本发明实施例的操作过程(I)装配如图3所示，完成各部件装配工作，并将引锭器10设置在内结晶器I和外结晶器2的下方腔体中，并处理周边缝隙，即可待料浇铸；(2)浇铸将合格钢水吊至中间包7上方，打开钢水包水口控制系统，待中间包7内的钢水量达到80%后开启中间包7的出液口，钢液从中间包7的出钢液口经由铸流分配器8分别引入互为180度的上盖机构5的水口穿入孔5e中，钢液接着由切线内浇道6h旋转着进入基座机构6的圆坯铸腔内，金属液在铸腔内做圆周运动，漂浮在金属液面上的浮渣在旋转过程中靠比重差实现钢、渣分离，并被安装在上盖机构5上的挡渣板5g分离而进入排渣沟6i，从排渣口 3a排出；金属液受到内结晶器I和外结晶器2的冷却凝固并形成坯壳，坯壳通过引锭器10在向下拉坯的同时，升降推杆11带动引锭器、铸坯相对结晶器1、2做上下振动，使坯壳与结晶器脱离，在拉坯速度下逐渐向下移动，同时坯壳逐渐增厚，在结晶器内形成沿内外结晶器
1、2两侧的V型凝固坯壳及芯部V型液芯；当坯壳拉出内、外结晶器瞬间红热的坯壳暴露在空气当中，进入第二水冷系统9 ;(3)冷却控制进入第二水冷系统9的带有液芯的红热大断面铸坯，外表面受到来自外结晶器2下方的外二水冷喷嘴9c的冷却，温度逐渐下降，液芯比例逐渐减小至V型底部完全形成固体；(4)电磁搅拌与加热停浇过热金属液注入型腔后，受内结晶器I和外结晶器2上的冷却水回路以及变频感应线圈6e的冷却温度下降，在圆柱面内腔上形成微弱的凝固层或过冷金属层；在正常浇铸过程，变频感应线圈6e主要使用周期性低频交变磁场对过冷金属层实施搅拌，将过冷金属液与液体中部较高温的液体进行混合，增进金属液内非均匀核心数量；浇铸后期，配合拉速逐渐降低，直至停止拉拔，上方补缩液体仅用来补充V型液芯凝固所需的等同于冒口的那部分时，变频感应线圈6e的工作频率改为工频或中频持续供电，此 时水冷变频感应线圈6e充当感应加热保温炉作用，起到冒口保温加热效果；
随后，随着液芯不断减少，液芯末端逐步进入结晶器内时，逐步减小内结晶器I内的冷却水，并缓慢提升内结晶器I直至变频感应线圈6e内剩余金属液全部进入坯壳内，完全拔出内结晶器1，在剩余金属液上方覆盖保温材料，直至完全凝固；(5)脱锭 在完全凝固区下端在正常连续铸造过程，通过热钜将已凝固钢坯从浇铸系统中取出，实现连续铸坯；也可以连续铸造一定长度后，停止浇铸直至剩余金属液完全凝固为止(如上述第(4)中的停浇步骤)，最后将整个锭坯一次取出，实现半连续铸坯。本发明实施例与传统方法相比具有以下优点 I、由于本发明实施例采用上盖机构5、基座机构6与中心内结晶器I的特殊固定方式，使内、外结晶器1、2的固定、同心更换变得更加容易方便。2、由于本发明实施例采用内、外结晶器1、2对铸坯的双向冷却，使铸坯冷却、凝固可适应的有效厚度大大增加，可铸造的铸坯直径与传统方法增厚近一倍。3、由于本发明实施例的实心铸坯采用了特殊的火箭头内结晶器I的结构和特殊的芯部半固态捣固压实方法，起到了强制轧合中心缩孔、疏松，对消除大断面中心凝固缺陷起到了决定性作用，与传统铸坯表面液芯轻压下方法相比机构更加简单、效果更加明显。4、由于本发明实施例采用立式浇铸拉坯方法，避免了大断面圆坯水平铸造圆周上下凝固不一致，杂质或偏析在上半部分聚集的不足，保证了整个铸坯质量的一致性。5、由于本发明实施例浇铸系统采用了双切线式内浇口结构，金属液从切线内浇道6h旋转进入型腔，避免了整个断面特别是超大断面铸造的温度、凝固不一致现象，同时还有利用钢渣比重差分离钢渣作用。6、由于本发明实施例在上盖金属液旋转的轨迹上设置了渣铁分离挡板机构，即具有挡渣板5g，可以有效的实现浮渣与纯净金属液的分离、排出。7、由于本发明实施例内、外结晶器1、2均采用了高强度石墨复合工作衬，可有效的起到保护铜套结晶器作用、有润滑脱壳辅助功效，可实现无保护渣铸造。8、由于本发明实施例设置了变频感应线圈6e，实现了正常生产过程电磁搅拌、细化晶粒、调整腔内金属液温度的有利作用，配合尾坯拉坯速度的变化，同时起到了尾坯冒口加热保温，缩短尾坯缩孔、缩管，提高铸坯成材率的重要效果。综上所述，由于以上措施的应用，使得本发明实施例的超大断面实心铸坯的连铸不再受断面规格的限制，内外结晶器冷却系统、内外表面喷水的第二水冷系统以及半固相捣固方法、变频感应线圈尾坯加热保温作用，起到了提高铸件质量、提高成材率的作用。实施方式二本发明实施例还提出了一种大断面连铸坯的铸造方法，其包括步骤A、提供内结晶器I、外结晶器2、上盖机构5和基座机构6 ;基座机构与上盖机构5的内部相互连通，上盖机构5和基座机构6上下固定连接；外结晶器2固定连接在所述基座机构6的下方；内结晶器I为倒置的火箭头状结构，内结晶器I固定连接在所述上盖机构5上，且内结晶器I的下方穿设于所述上盖机构5和基座机构6的内部，使所述内结晶器I的下部位于所述外结晶器2的内侧，并被所述外结晶器2同心环绕设置；B、提供断面为实心圆状的圆柱形引锭器10和升降推杆11，升降推杆11连接在圆柱形引锭器的底部，并带动引锭器上下移动，将所述圆柱形引锭器设置在所述外结晶器2下方的腔体底部；
C、将金属液引入上盖机构5内，进而使金属液填充在所述内结晶器I和外结晶器2之间，金属液经过内结晶器I和外结晶器2的双向冷却形成坯壳，同时升降推杆带动圆柱形引锭器向下运动，同时使坯壳与内、外结晶器之间产生周期性的上下相对运动；坯壳与内结晶器之间的上下相对运动对坯壳起到捣固作用，坯壳与外结晶器之间的上下相对运动，起到坯壳的外表面与外结晶器脱壳的作用；D、随着坯壳的逐渐增厚，形成凝固的圆坯。进一步而言，所述步骤C中使坯壳与内结晶器之间产生周期性上下相对运动的方法有以下几种(I)使所述升降推杆11带动所述圆柱形引锭器10向下运动的同时，使升降推杆11带动圆柱形引锭器10上下运动，使坯壳与内、外结晶器1、2之间产生周期性上下相对运动；此时，内、外结晶器1、2连同基座机构6、上盖机构5不动。 (2)在圆柱形引锭器10上另外设置拉坯机构，通过拉坯机构带动圆柱形引锭器10上下运动，使坯壳与内、外结晶器1、2之间产生周期性上下相对运动；此时，内、外结晶器I、2连同基座机构6、上盖机构5不动。(3)在所述内结晶器I上设置升降机构，升降机构驱动内结晶器I做周期性上下运动。或者，(4)在钢结构基础3b上安装液压振动机构，通过液压振动机构拖动基座机构6与内、外结晶器1、2进行周期性上下运动。本实施方式的其他进一步的步骤和结构可与实施方式一的相同，在此不再赘述。以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.ー种大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述铸造装置包括内结晶器(1)，外结晶器(2)，上盖机构(5)，基座机构(6)，断面为实心圆状的圆柱形引锭器(10)，带加热的中间包(7)和铸流分配器(8);基座机构(6)与上盖机构(5)的内部相互连通，上盖机构(5)和基座机构(6)上下固定连接；外结晶器(2)固定连接在所述基座机构(6)的下方；所述内结晶器⑴为倒置的火箭头状结构，内结晶器⑴固定连接在上盖机构(5)上，且内结晶器(I)的下方穿设于上盖机构(5)和基座机构(6)的内部，使所述内结晶器(I)的下部位于外结晶器(2)的内侧，并被外结晶器(2)同心环绕设置，所述铸流分配器(8)将中间包(7)内的金属液分配为一流或多流导入上盖机构(5)内，所述内结晶器(I)和外结晶器(2)之间填充有金属液；在开浇初期，所述圆柱形引锭器(10)设置在外结晶器(2)下方的圆形腔体底部，所述金属液经过内、外结晶器(1、2)的冷却形成凝固的圆坯(4)，所述圆坯位于圆柱形引锭器(10)上。
2.根据权利要求I所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述内结晶器(I)包括进水直导管，回水导管和冷却水回路；回水导管间隔地围设在所述进水直导管外，所述回水导管包括上下连接的回水直导管和内结晶器外套，所述内结晶器外套呈V型，所述回水导管的外部包覆有第一隔热套；冷却水回路设置在所述内结晶器的内部。
3.根据权利要求2所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述冷却水回路包括进水回路(Ia)，回水回路(Ib)和水孔(Ic);进水回路(Ia)位于所述进水直导管内，所述进水回路(Ia)的上端为进水口(Id);所述进水直导管(Ih)与回水导管(Ii)之间的间隙构成所述回水回路(Ib)，所述回水回路(Ib)的上端为回水口(Ie);水孔(Ic)设置在所述进水直导管(Ih)的下端与所述内结晶器外套(Ik)之间，所述进水回路(Ia)和回水回路(Ib)通过水孔(Ic)相连通。
4.根据权利要求2所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述第一隔热套(Ig)包括高温耐火管(Im)和高強度石墨(In)，所述高温耐火管(Im)包覆在所述回水直导管(Ij)的外部，所述高强度石墨(In)包覆所述内结晶器外套(Ik)的外部。
5.根据权利要求2所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述内结晶器(I)的上方具有内结晶器法兰(If)，所述内结晶器⑴通过所述内结晶器法兰(If)而固定在所述上盖机构(5)上。
6.根据权利要求2所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在干，所述回水导管(Ii)还包括回水冒导管(Ip)，所述回水冒导管(Ip)间隔地套设在所述进水直导管的外部，并连接在回水直导管(Ij)的顶部，所述回水冒导管与进水直导管之间的间隙与所述回水回路相连通，所述回水口(Ie)设置在回水冒导管(Ip)上，所述内结晶器法兰(If)位于所述回水直导管(Ij)的顶部。
7.根据权利要求I所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述上盖机构(5)包括呈门形的上盖壳体(5a)，所述上盖壳体(5a)的底部外侧连接有用来连接所述基座机构(6)的第一上盖法兰(5b)，所述上盖壳体(5a)的内腔砌筑有绝热保温衬体(5c);所述上盖机构(5)的中心轴向贯穿设有内结晶器穿孔(5d)，所述上盖机构(5)上轴向贯穿设有水ロ穿入孔(5e)，所述水口穿入孔(5e)位于所述内结晶器穿孔(5d)的外侧，所述上盖壳体(5a)的顶部对应内结晶器穿孔(5d)的位置设有用来连接所述内结晶器(I)的第二上盖法兰(5f)。
8.根据权利要求7所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，在所述绝热保温衬体(5c)的底部，从所述内结晶器穿孔(5d)的边缘向外侧沿切线方向延伸设有挡渣板(5g);所述上盖机构(5)上轴向贯穿设有放散孔(5h)，所述放散孔(5h)位于所述内结晶器穿孔(5d)的外侧，在所述上盖壳体(5a)的上部设有盖在所述放散孔(5h)上端的绝热盖板(5i)。
9.根据权利要求7所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述绝热保温衬体(5c)包括耐火打结料(5j)和绝热耐火内衬(5k),所述绝热耐火内衬(5k)连接在所述上盖壳体(5a)的内腔的底部，所述上盖壳体(5a)与所述绝热耐火内衬(5k)之间填充所述耐火打结料(5j)。
10.根据权利要求I所述的大断面圆坯的鋳造装置，其特征在于，所述基座机构(6)包括呈凹字形的基座壳体(6a)，所述基座壳体的顶部外侧连接有用来连接所述上盖机构的第一基座法兰(6b)，所述第一基座法兰与所述第一上盖法兰(5b)通过紧固连接件固定結合，所述基座壳体上设有耐火衬体(6c)，所述基座机构的中心轴向贯穿设有基座中心孔(6d)，所述基座壳体^a)的底部对应基座中心孔的位置设有用来连接所述外结晶器(2)的第二基座法兰(6g)。
11.根据权利要求10所述的大断面圆坯的鋳造装置，其特征在于，所述基座机构(6)上部开设有与所述基座中心孔切向布置的切线内浇道(6h)，所述切线内浇道的外端与上述水ロ穿入孔(5e)相对应，内端与所述基座中心孔^d)相连通。
12.根据权利要求10所述的大断面圆坯的鋳造装置，其特征在于，所述基座机构下部，位于所述外结晶器上部环设有变频感应线圈(6e)，变频感应线圈环绕在所述基座中心孔的外側，变频感应线圈之外设有线圈保护罩(6f)。
13.根据权利要求10所述的大断面圆坯的鋳造装置，其特征在于，所述基座机构(6)上轴向设有排渣ロ(3a)，所述排渣ロ与上述放散孔(5h)相对应，在所述排渣ロ与所述基座中心孔(6d)之间连接有排渣沟(6i)。
14.根据权利要求12所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述耐火衬体(6c)包括高温耐火衬(6k)，碳素耐火砖内衬(6m)和打结耐火料(6n)，所述高温耐火衬(6k)设于所述基座壳体^a)的内腔的上部，所述碳素耐火砖内衬^m)设于所述高温耐火衬(6k)的下部并位于所述基座中心孔(6d)周围，所述打结耐火料(6n)填充于所述高温耐火衬(6k)和基座壳体(6a)之间，并位于所述线圈保护罩(6f)的外部。
15.根据权利要求I所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述铸造装置还包括第二水冷系统(9)，所述第二水冷系统(9)连接在所述外结晶器(2)的下方，所述第ニ水冷系统(9)包括外ニ水冷喷射组件(9a)和ニ冷段足辊(9e);所述外ニ水冷喷射组件(9a)包括沿着铸坯(4)轴向设置的多排外ニ冷喷嘴环组(9b)，每排外ニ冷喷嘴环组(9b)具有沿铸坯外圆周均布的多个外ニ水冷喷嘴(9c)，在外ニ水冷喷射组件(9a)外部设有蒸汽回收箱(9d) ;ニ冷段足辊(9e)设置在上下相邻的两个外ニ水冷喷嘴环组(9b)之间，用来夹持带有液芯的红热圆坯(4)。
16.根据权利要求5所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述内结晶器法兰(If)上设有升降机构，所述升降机构驱动所述内结晶器(I)周期性上下运动。
17.根据权利要求I所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，所述铸造装置还包括升降推杆(11)，所述升降推杆(11)连接在所述圆柱形引锭器(10)的底部，并带动圆柱形引锭器上下移动。
18.根据权利要求I所述的大断面圆坯的连续铸造装置，其特征在于，在所述外结晶器(2)下方环设有多排夹持导向辊(12)。
19.ー种大断面圆坯的连续铸造方法，其包括步骤 A、提供内结晶器(I)、外结晶器(2)、上盖机构(5)和基座机构(6);基座机构与上盖机构(5)的内部相互连通，上盖机构(5)和基座机构(6)上下固定连接；外结晶器(2)固定连接在所述基座机构(6)的下方；内结晶器⑴为倒置的火箭头状结构，内结晶器⑴固定连接在所述上盖机构(5)上，且内结晶器(I)的下方穿设于所述上盖机构(5)和基座机构(6)的内部，使所述内结晶器(I)的下部位于所述外结晶器(2)的内侧，并被所述外结晶器(2)同心环绕设置； B、提供断面为实心圆状的圆柱形引锭器(10)和升降推杆(11)，升降推杆(11)连接在圆柱形引锭器的底部，并带动引锭器上下移动，将所述圆柱形引锭器设置在所述外结晶器(2)下方的腔体底部； C、将金属液引入上盖机构(5)内，进而使金属液填充在所述内结晶器(I)和外结晶器(2)之间，金属液经过内结晶器⑴和外结晶器⑵的双向冷却形成坯壳，同时升降推杆带动圆柱形引锭器向下运动，同时使坯壳与内、外结晶器之间产生周期性的上下相对运动；坯壳与内结晶器之间的上下相对运动对坯壳起到捣固作用，坯壳与外结晶器之间的上下相对运动，起到坯壳的外表面与外结晶器脱壳的作用； D、随着坯壳的逐渐增厚，形成凝固的圆坯。
20.根据权利要求19所述的大断面圆坯的连续铸造方法，其特征在于，所述步骤C中使坯壳与内结晶器之间产生周期性上下相对运动的方法是使所述升降推杆带动所述圆柱形引锭器向下运动的同时，使升降推杆带动圆柱形引锭器上下运动。
21.根据权利要求19所述的大断面圆坯的连续铸造方法，其特征在于，所述步骤C中使坯壳与内结晶器之间产生周期性上下相对运动的方法是在所述内结晶器上设置升降机构，升降机构驱动内结晶器做周期性上下运动。
全文摘要
一种大断面圆坯的连续铸造装置及其铸造方法，装置包括内、外结晶器，上盖机构，基座机构，断面为实心圆状的圆柱形引锭器，带加热的中间包和铸流分配器；基座机构与上盖机构的内部连通且上下固定；外结晶器固定在基座机构下方；内结晶器为倒置的火箭头状结构，内结晶器固定连接在上盖机构上，且内结晶器的下方穿设于上盖机构和基座机构内部，使内结晶器的下部位于外结晶器的内侧，并被外结晶器同心环绕设置，铸流分配器将中间包内的金属液分配为一流或多流导入上盖机构内，内、外结晶器之间填充有金属液；在开浇初期，圆柱形引锭器设置在外结晶器下方的圆形腔体底部，金属液经过内、外结晶器的冷却形成凝固的圆坯，圆坯位于圆柱形引锭器上。
文档编号B22D11/041GK102773427SQ20121019367
公开日2012年11月14日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者周守航, 张西鹏, 耿明山, 黄衍林 申请人:中冶京诚工程技术有限公司