一种钢锭保护浇注装置及其方法与流程

本发明属于金属材料与加工技术领域，特别涉及一种钢锭保护浇注装置及其方法。

背景技术：

钢铁材料的均质化是材料研究的重要目标之一，但在钢的生产中，由于存在夹杂物，钢水浇注的过程中总会形成一定程度的二次氧化。随着产品质量与性能的不断提升，模铸钢材质量控制也更为苛刻，其中浇铸环节是模铸工艺中的关键，而氩气保护是确保浇铸质量的前提，模铸浇注过程中的二次氧化控制一直是行业内的难点问题之一。

随着二次精炼技术的迅速发展，目前已能冶炼超高纯净钢水，但这种高纯净度能否在成品上完美体现，还主要依赖模铸浇铸技术。在模铸浇铸过程中为了防止钢液裸露在空气中浇铸产生严重的二次氧化，国内外均采用了氩气保护浇铸工艺方法。

保护浇注是减轻钢锭浇注过程二次氧化的唯一手段。为实现这一目的，冶金工作者开发了单氩气环保护浇注环技术、双氩气环保护浇注技术、半封闭氩气保护罩保护浇注技术、伸缩式氩气保护罩保护浇注技术等。氩气环保护浇注技术是在钢包水口与漏斗砖上沿之间安装氩气环吹氩，通过氩气气幕实现保护浇注；但是，生产现场不是完全密封，存在气流，极易破坏氩气气幕影响保护浇注；而且如钢包水口与漏斗砖上口无法完全对中时，高温钢水极易损坏氩气环，致使保护浇注失效。半封闭氩气保护罩和伸缩式氩气保护罩保护浇注技术是在钢包水口部位安装氩气保护罩，通过氩气保护罩内吹氩，氩气通过自重下沉形成气幕实现保护浇注；但氩气保护罩下口是敞开的，氩气密度大于空气极易下沉飘散影响保护效果，如吹氩流量不合理极易造成空气吸入，导致钢水二次氧化。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种钢锭保护浇注装置及其方法，本发明装置整体设计巧妙，在不改变原有浇注系统的情况下，对钢包下水口至漏斗砖之间的钢水实施完全双层密封，进一步避免钢水二次氧化，提高钢锭质量。本发明控制单元控制吹氩装置向氩气保护装置吹氩气，圆环上的第一层排气孔将氩气吹向中铸管封口漏斗装置的顶部开口垂直方向，圆环上第二层排气孔将氩气吹向软连接与中铸管封口漏斗装置顶部开口的连接处；控制单元控制氧含量检测装置检测氩气保护装置内的氧气含量，并将氧气信息传送到控制单元，控制单元根据氧含量检测装置检测的结果实时调节吹氩装置的氩气流量，进而增强保护浇注效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢锭保护浇注装置，包括氩气保护装置、吹氩装置、氧含量检测装置、软连接、中铸管封口漏斗装置和控制单元；

所述氩气保护装置位于中铸管封口漏斗装置的上方；所述氩气保护装置包括罩体和圆环；所述罩体的顶部设有第一开口、底部设有第二开口，所述第一开口用于与钢包水口机构连接；所述第二开口通过软连接插入中铸管封口漏斗装置的顶部开口，所述中铸管封口漏斗装置的底部开口用于嵌入漏斗砖的浇注口与中铸管之间，中铸管封口漏斗装置与浇注口之间的缝隙用填充料进行填充封堵；所述圆环与罩体的顶部连接；所述圆环的内部为空腔，所述圆环上沿圆周方向设有双层双向排气孔；

所述吹氩装置与圆环的内部连接，吹氩装置使得圆环上的第一层排气孔将氩气吹向中铸管封口漏斗装置的顶部开口垂直方向，圆环上第二层排气孔将氩气吹向软连接与中铸管封口漏斗装置顶部开口的连接处；

所述氧含量检测装置与述氩气保护装置的内部连接；

所述控制单元分别与吹氩装置和氧含量检测装置连接。

上述方案中，所述第一开口上设有支撑爪；第一开口通过支撑爪与钢包水口机构连接。

进一步的，所述支撑爪与钢包水口机构旋转卡接。

上述方案中，所述第一开口为外扩型的锥口。

上述方案中，所述圆环通过连接块与罩体的顶部连接。

上述方案中，所述吹氩装置包括氩气吹扫调节模块、氩气干燥控制模块、氩气流量控制模块和氩气压力调节模块；

所述氩气吹扫调节模块、氩气干燥控制模块、氩气流量控制模块和氩气压力调节模块分别与控制单元连接。

上述方案中，所述氧含量检测装置包括前置取样器、电磁阀、高精度过滤器、取样泵、选择阀、流量计、在线氧分析仪、尾气放空口和标气口；

所述前置取样器通过金属软管与氩气保护装置内部连接，所述前置取样器还连接有第一管路；所述第一管路依次设有电磁阀、高精度过滤器、取样泵、选择阀和标气口；所述选择阀还与第二管路连接，第二管路上依次设有流量计、在线氧分析仪和尾气放空口。

进一步的，所述氧含量检测装置还连接有第四管路，所述第四管路上的两端分别设有减压阀和排杂阀门。

进一步的，所述第二管路并联有第三管路，所述第三管路上设有旁路流量计，所述第三管路的一端与第一管路连接，且位于取样泵与选择阀之间，所述第三管路的另一端与尾气放空口连接。

一种根据所述的钢锭保护浇注装置的控制方法，包括以下步骤：

将所述氩气保护装置的上端与钢包水口机构连接，所述吹氩装置与氩气保护装置连接，所述氧含量检测装置与氩气保护装置连接，所述软性连接安装在氩气保护装置上，所述中铸管封口漏斗装置安装在漏斗砖的浇注口与中铸管中间，缝隙使用填充料进行填充封堵，所述氩气保护装置随同钢包下降，插入中铸管封口漏斗装置中；

所述控制单元控制吹氩装置向氩气保护装置吹氩气，圆环上的第一层排气孔将氩气吹向中铸管封口漏斗装置的顶部开口垂直方向，圆环上第二层排气孔将氩气吹向软连接与中铸管封口漏斗装置顶部开口的连接处；

所述控制单元控制氧含量检测装置检测氩气保护装置内的氧气含量，并将氧气信息传送到控制单元，控制单眼根据氧含量检测装置检测的结果实时调节吹氩装置的氩气流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在不改变原有浇注系统的情况下，对钢包下水口至漏斗砖之间的钢水实施完全双层密封，进一步避免钢水二次氧化，以减少钢锭中的夹杂物，进而提高钢锭质量；圆环上沿圆周方向设有双层双向排气孔；第一层排气孔将氩气吹向中铸管封口漏斗装置的顶部开口垂直方向，圆环上第二层排气孔将氩气吹向软连接与中铸管封口漏斗装置顶部开口的连接处，该设计密封效果好；本发明整体结构设计巧妙、安装方便，检查和更换方便；根据保护浇注情况来调节氩气流量，有效防止钢水二次氧化；本发明保护效果好，可浇注全程氩气保护；本发明的保护浇注装置不改变原有浇注系统，连接处采用软连接，保护装置与钢水之间充有氩气，使用较为安全，对生产无不良影响；成本较低，便于大规模推广使用。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一种实施方式的钢锭保护浇注装置组成及安装示意图；

图2是本发明一种实施方式的氩气保护装置结构侧视图；

图3是本发明一种实施方式的氩气保护装置结构俯视图；

图4是图3中i处的放大结构示意图；

图5是本发明一种实施方式的吹氩装置；

图6是本发明一种实施方式的氧含量检测装置。

图中：1、钢包水口机构；2、氩气保护装置；201、罩体；202、第一开口；203、第二开口；204、支撑爪；205、圆环；206、连接块；207、第一层排气孔；208、第二层排气孔；3、吹氩装置；301、氩气吹扫调节模块；302、氩气干燥控制模块；303、氩气流量控制模块；304、氩气压力调节模块；4、氧含量检测装置；5、软连接；6、中铸管封口漏斗装置；7、浇注口；8、填充料；9、中铸管；10、前置取样器；11、排杂阀门；12、减压阀；13、电磁阀；14、高精度过滤器；15、取样泵；16、旁路流量计；17、选择阀；18、流量计；19、在线氧分析仪；20、尾气放空口；21、标气口；22、第一管路；23、第二管路；24、第三管路；25、第四管路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1所示为本发明所述钢锭保护浇注装置的一种较佳实施方式，所述钢锭保护浇注装置，包括氩气保护装置2、吹氩装置3、氧含量检测装置4、软连接5、中铸管封口漏斗装置6和控制单元。

所述氩气保护装置2位于中铸管封口漏斗装置6的上方；所述氩气保护装置2包括罩体201和圆环205；所述罩体201的顶部设有第一开口202、底部设有第二开口203。

所述中铸管封口漏斗装置6设置为漏斗形，中铸管封口漏斗装置6与浇注口7之间的缝隙用填充料8进行填充封堵；制作方便，且便于与漏斗砖连接和密封，避免下部敞开吸气，进而增强保护效果。

所述第一开口202用于与钢包水口机构1连接；所述第二开口203通过软连接5插入中铸管封口漏斗装置6的顶部开口，便于两者交叉连接，避免连接处密封不严吸气，进而增强保护效果，以保证连接无卡阻且易密封；所述中铸管封口漏斗装置6的底部开口用于嵌入漏斗砖的浇注口7与中铸管9之间，中铸管封口漏斗装置6与浇注口7之间的缝隙用填充料8进行填充封堵。

根据本实施例，优选的，所述第一开口202上设有支撑爪204；第一开口202通过支撑爪204与钢包水口机构1连接。优选的，所述支撑爪204与钢包水口机构1旋转卡接。

根据本实施例，优选的，所述第一开口202为外扩型的锥口，且与钢包水口机构1连接处设有垫圈，制作方便，且便于与钢包水口连接和密封，避免连接处吸气，进而增强保护效果。

如图2所示，所述圆环205通过连接块206与罩体201的顶部连接。

如图3和4所示，所述圆环205的内部为空腔，所述圆环205上沿圆周方向设有双层双向排气孔包括第一层排气孔207和第二层排气孔208。所述吹氩装置3通过金属软管与圆环205的内部连接，吹氩装置3使得圆环205上的第一层排气孔207将氩气吹向中铸管封口漏斗装置6的顶部开口垂直方向，圆环205上第二层排气孔208将氩气吹向软连接5与中铸管封口漏斗装置6顶部开口的连接处，实现双向双层环形氩气气幕保护，制作方便，且便于更有效的隔绝空气，进而增强保护效果。

根据本实施例，优选的，所述软性连接5通过抱箍固定在氩气保护装置2的第二开口203。

所述氩气保护装置2随同钢包下降，插入中铸管封口漏斗装置6中。

如图5所示，所述吹氩装置设置为多功能吹氩装置，且有氩气吹扫调节装置、氩气干燥控制装置、氩气流量控制装置和氩气压力调节装置，可有效防止管路堵塞，进而增强保护效果。吹氩装置可根据保护效果实时调整氩气流量，可有效隔绝空气，确保钢水浇注过程不接触空气，进而增强了保护浇注效果。

如图6所示，所述氧含量检测装置4包括前置取样器10、电磁阀13、高精度过滤器14、取样泵15、选择阀17、流量计18、在线氧分析仪19、尾气放空口20和标气口21；所述前置取样器10通过金属软管与氩气保护装置2内部连接，所述前置取样器10还连接有第一管路22；所述第一管路22依次设有电磁阀13、高精度过滤器14、取样泵15、选择阀17和标气口21；所述选择阀17还与第二管路23连接，第二管路23上依次设有流量计18、在线氧分析仪19和尾气放空口20。

根据本实施例，优选的，所述氧含量检测装置4还连接有第四管路25，所述第四管路25上的两端分别设有减压阀12和排杂阀门11。所述第四管路25为反吹管道，处理管道堵塞时的排杂。

根据本实施例，优选的，所述第二管路23并联有第三管路24，所述第三管路24上设有旁路流量计16，所述第三管路24的一端与第一管路22连接，且位于取样泵15与选择阀17之间，所述第三管路24的另一端与尾气放空口20连接。

所述氧含量检测装置4通过金属软管与述氩气保护装置2的内部连接，全程微负压状态运转，且具备检测气体排杂、高精度过滤及在线精准分析等功能，可实时反映保护效果，以便及时调整氩气流量，进而增强保护浇注效果。

所述控制单元分别与吹氩装置3和氧含量检测装置4连接；所述控制单元控制吹氩装置3向氩气保护装置2吹氩气；所述控制单元控制氧含量检测装置4检测氩气保护装置2内的氧气含量，并将氧气信息传送到控制单元，控制单元根据氧含量检测装置4检测的结果实时调节吹氩装置3的氩气流量。

该装置的工作原理：

本发明所述氩气保护装置2通过支撑爪204与钢包水口机构1旋转连接，所述吹氩装置3通过金属软管连接氩气保护装置2，所述氧含量检测装置4通过金属软管连接氩气保护装置2，所述软性连接5通过抱箍固定在氩气保护装置2，所述中铸管封口漏斗装置6安装在漏斗砖的浇注口7与中铸管9中间，缝隙使用填充料8进行填充封堵，所述氩气保护装置2随同钢包下降，插入中铸管封口漏斗装置6中，在全密封和双层氩气气幕保护下实现保护浇注效果。

钢包到站前，中铸管封口漏斗装置6安装在漏斗砖的浇注口7与中铸管9中间，缝隙使用填充料8进行填充封堵，同时将软性连接5通过抱箍固定在氩气保护装置2；钢包到站后，氩气保护装置2通过支撑爪204连接钢包水口机构1，然后将吹氩装置3通过金属软管连接氩气保护装置2，并将氧含量检测装置4通过金属软管连接氩气保护装置2；到达浇注位后，通过浇注车升降功能，将氩气保护装置2下降插入中铸管封口漏斗装置6中，打开吹氩装置3及氧含量检测装置4，根据氧含量检测装置4检测的结果实时调节吹氩装置3的氩气流量，以确保保护浇注效果。

实施例2

本实施例所述钢锭保护浇注装置的控制方法，是基于实施例1所述的钢锭保护浇注装置进行的，因此具有实施例1的有益效果，此处不再赘述。

所述钢锭保护浇注装置的控制方法包括以下步骤：

将所述氩气保护装置2的上端与钢包水口机构1连接，所述吹氩装置3与氩气保护装置2连接，所述氧含量检测装置4与氩气保护装置2连接，所述软性连接5安装在氩气保护装置2上，所述中铸管封口漏斗装置6安装在漏斗砖的浇注口7与中铸管9中间，缝隙使用填充料8进行填充封堵，所述氩气保护装置2随同钢包下降，插入中铸管封口漏斗装置6中；

所述控制单元控制吹氩装置3向氩气保护装置2吹氩气，圆环205上的第一层排气孔207将氩气吹向中铸管封口漏斗装置6的顶部开口垂直方向，圆环205上第二层排气孔208将氩气吹向软连接5与中铸管封口漏斗装置6顶部开口的连接处；

所述控制单元控制氧含量检测装置4检测氩气保护装置2内的氧气含量，并将氧气信息传送到控制单元，控制单元根据氧含量检测装置4检测的结果实时调节吹氩装置3的氩气流量。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。