本发明涉及钢锭坯料制造领域，具体地说是一种防钢水氧化环节中的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置和保护方法。
背景技术：
锻件质量由所提供的坯料内部质量决定，因此应对影响钢锭质量的各个环节进行严格控制。当前，在浇注钢锭过程中，由于钢水包与中注管存在100～400mm之间的敞开空间，即使在钢水包底部存在氩气保护，但由于是敞开空间，存在钢水吸气现象，最终导致在钢水浇注后，钢锭中的氢、氧、氮有所增加，尤其在铬合金含量较高的条件下，增氮超过了50ppm，这也就是热作模具钢氮含量超过100ppm的主要原因。钢锭中的氢、氧、氮增加，会使材料的冲击性能降低，因此必须采用必要手段避免钢锭浇注过程中严重吸气。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种底注钢锭中注管全封闭气密保护装置和保护方法，主要解决钢锭在浇注过程避免二次氧化、吸气，提高坯料以及钢锭内部质量等问题。
本发明的技术方案是：
一种底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，该装置包括：钢包、环状惰性气体管路、钢包水口砖、导流罩、密闭筒、浇口杯，具体结构如下：钢包底部固定导流罩，导流罩为上小下大的倒置碗型罩体，导流罩的侧面带锥度；导流罩的上端开孔与钢包底部开口相连通，导流罩的内顶部设置钢包水口砖，钢包水口砖与导流罩的上端开孔相连通，钢包水口砖的外侧、于导流罩的内侧设置双层环状惰性气体管路；导流罩的下端设置密闭筒，密闭筒的下端设置浇口杯。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，导流罩的下端与密闭筒的上端接触连接，密闭筒的下端伸至浇口杯中，密闭筒的下端与浇口杯的内侧面接触连接。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，导流罩最大外径与密闭筒最小内径尺寸相等，使该装置在整个浇注钢锭过程密闭。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，密闭筒为锥形筒部分、柱形筒部分上下一体的筒状结构，锥形筒部分位于密闭筒上部，柱形筒部分位于密闭筒下部；锥形筒部分为上小下大的锥形筒体，密闭筒通过锥形筒部分的上端与导流罩的下端接触连接，密闭筒通过柱形筒部分的下端伸至倒锥形的浇口杯中，柱形筒部分的下端与浇口杯的内侧倒锥面接触连接。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，双层环状惰性气体管路的管壁分布圆型排气孔，双层环状惰性气体管路通过惰性气体入口伸至导流罩的外侧。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，下层环状惰性气体管路紧贴钢包水口砖外壁，上层环状惰性气体管路内壁与下层环状惰性气体管路外壁紧贴。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，环状惰性气体管路的内径为Ф10～20mm，在下层环状惰性气体管路端面进行封堵；在环状惰性气体管路指向钢包水口砖的一面，每隔5mm距离钻1～3mm排气孔。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，密闭筒及导流罩均为耐火材料，经石棉与耐火泥浆料压制而成，密闭筒及导流罩的壁厚在8～12mm之间。
所述的底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，保护性的惰性气体为氩气，保护性的惰性气体流量5～30升/分钟。
利用所述装置的底注钢锭中注管全封闭气密保护方法，首先在钢包的底部固定好导流罩及环状惰性气体管路，然后将密闭筒放置到浇口杯上；接着，将钢包水口砖与密闭筒中心位置对齐，等待浇注。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明采用了专用氩气保护罩耐热材质，能够使钢包与中注管之间形成封闭式浇注空间，有效避免钢水浇注过程中二次氧化及吸气，提高钢锭质量。
2、本发明惰性气体保护结构简单，成本低，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明底注钢锭中注管全封闭气密保护装置示意图。图中，1-钢包；2-环状惰性气体管路；3-钢包水口砖；4-导流罩；5-密闭筒；6-浇口杯；7-锥形筒部分；8-柱形筒部分；9-惰性气体入口。
具体实施方式
如图1所示，本发明底注钢锭中注管全封闭气密保护装置，主要包括：钢包1、环状惰性气体管路2、钢包水口砖3、导流罩4、密闭筒5、浇口杯6等，具体结构如下：
钢包1底部固定导流罩4，导流罩4为上小下大的倒置碗型罩体，导流罩4的侧面带锥度，能够将惰性气体形成向下气流，对钢水注流形成有效保护。导流罩4的上端开孔与钢包1底部开口相连通，导流罩4的内顶部设置钢包水口砖3，钢包水口砖3与导流罩4的上端开孔相连通，钢包水口砖3的外侧、于导流罩4的内侧设置双层环状惰性气体管路2。导流罩4的下端设置密闭筒5，密闭筒5的下端设置浇口杯6。导流罩4的下端与密闭筒5的上端接触连接，密闭筒5的下端伸至浇口杯6中，密闭筒5的下端与浇口杯6的内侧面接触连接。导流罩4最大外径与密闭筒5最小内径尺寸相等，保证整个浇注钢锭过程密闭，惰性气体的保护更充分。
密闭筒5的下部不带锥度，密闭筒5的上部带锥度，密闭筒5为锥形筒部分7、柱形筒部分8上下一体的筒状结构，锥形筒部分7位于密闭筒5上部，柱形筒部分8位于密闭筒5下部；锥形筒部分7为上小下大的锥形筒体，密闭筒5通过锥形筒部分7的上端与导流罩4的下端接触连接，密闭筒5通过柱形筒部分8的下端伸至倒锥形的浇口杯6中，柱形筒部分8的下端与浇口杯6的内侧倒锥面接触连接。
双层环状惰性气体管路2的管壁分布圆型排气孔，双层环状惰性气体管路2通过惰性气体入口9伸至导流罩4的外侧。其中，下层环状惰性气体管路紧贴钢包水口砖3外壁，上层环状惰性气体管路内壁与下层环状惰性气体管路外壁紧贴。环状惰性气体管路2的内径为Ф10～20mm，在下层环状惰性气体管路端面进行封堵。在环状惰性气体管路2指向钢包水口砖3的一面，每隔5mm距离钻1～3mm排气孔。
另外，密闭筒5及导流罩4均为耐火材料，都是经石棉与耐火泥浆料等耐火材料压制而成，密闭筒5及导流罩4的壁厚在8～12mm之间，具有一定的强度；密闭筒5及导流罩4能对钢包1与浇口杯6之间进行很好的密封；保护性惰性气体为氩气，保护性惰性气体流量5～30升/分钟。
使用时，首先在钢包1的底部固定好导流罩4及环状惰性气体管路2，然后将密闭筒5放置到浇口杯6上。接着，将钢包水口砖3与密闭筒5中心位置对齐， 等待浇注。
下面，通过实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例中，导流罩及密闭筒采用的是石棉与耐火泥压制的耐火材料，导流罩及密闭筒的壁厚均为8mm，密闭筒与导流罩接触方向的开口端外径为200mm，而导流罩固定于钢包底部一端的外径为198mm。将此密封设计运用到30吨钢水包底注钢锭上，钢种为H13。实验数据显示：未使用此密封设计，钢中氮含量平均为110ppm；使用此密封设计，钢中氮含量低于100ppm。
实施例2
本实施例中，导流罩及密闭筒采用的是石棉与耐火泥压制的耐火材料，导流罩及密闭筒的壁厚为12mm，密闭筒与导流罩接触方向的开口端外径为200mm，而导流罩固定于钢包底部一端的外径为198mm。将此密封设计运用到30吨钢水包底注钢锭上，钢种为EA4T。实验数据显示：未使用此密封设计，钢中氮含量平均为80ppm；使用此密封设计，钢中氮含量低于70ppm。
在钢锭浇注中，钢包与浇口杯之间的距离在100～400mm之间，除了固定在钢包下端环状惰性气体管路保护之外，还需要对钢包与浇口杯敞开空间进行密闭保护。为了减少浇注过程中钢水吸气，提高钢锭内部质量，本发明采用密闭式耐热材料对钢包与浇口杯之间的距离进行空气隔绝处理。经实际操作检验，本发明方法可显著降低钢水吸气。