专利名称：防止盛钢桶和中间罐水口出流中卷渣的装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种首先适用于炼钢生产中盛钢桶和中间罐的无下渣浇注装置。
在盛钢桶和中间罐的浇注末期，当钢液面下降到某一临界高度时。因水口上方形成显著的汇环流动而产生漏斗状旋涡，致使钢流涡芯卷渣而下，成为增加钢中杂夹物含量的一个最终性起因。
目前尚无准确判断将要下渣的临界液位的手段，还近乎不能掌握关闭水口以杜绝下渣的适当时机。为了防止下渣，在生产现场往往采取一种可以称之为过量余钢法的消极措施。例如，在中间罐更换之前，留下远远高于临界液位的钢水量，导致付出相当可观的减少成坯率的代价。为了减少下渣，已经应用的方法是钢流夹渣检测法。其中有人工目测法和仪表检测法。目测法是以钢流一旦夹渣时钢与渣发光强度的区别所造成的视觉上的明暗度差异为信号，随即关闭水口。但由于渣子处于涡流中心被钢流包围，实际上是开始大量下渣后才被察觉，视觉滞后，动作滞后，其滞后程度还因人而异，并且在有钢流保护装置或接浸入式水口的条件下，不再存在这种人工直观判断的条件。仪表检测法中有一种光强度检测法，其原理与目测法相同。该法是在钢流附近，例如在钢流防氧化保护装置上附设光导棒，经光导纤维引至光强度检测器，将信号传至微机处理后，发出警报，关闭水口，这种方法优于目测法，除滞后程度小之外，可用于具有钢流防氧化保护装置的场合，但不适用于使用浸入式水口的情况。仪表检测法中还有一种电磁感应法。该法是在罐底不影响更换水口、滑板等耐火材料的钢流两侧的位置上，安装感应圈传感器，一侧为发送器，一侧为接收器，借助于电磁信号的大小大致与钢流中夹渣量多少成正比的事实，使信号传至操作盘，当信号值达到设定值大小时发出警报，关闭水口。这种验测法仍属实际可以“看见”钢流中夹带的渣子的直观判断方式，但其应用范围不受限制。
为了防止下渣，已有一种所谓浮游阀法正在应用。该法是将一个内藏铁芯使其比重介于钢水与熔渣的比重之间下部中央带有塞头体的圆盘状耐火材料制品在行将出现旋涡之前投放到盛钢桶水口的正上方，在其上端中央沿轴向给以一定张力的情况下，使之随着液面的下降而下降，直至其塞头部与水口咬合，从而防止旋涡的发生，减少炉渣从盛钢桶进入中间罐的数量，并且当与水口咬合之后，上部张力消失，成为浇注完毕实施自动换包操作的信号。类似的浮动挡渣装置还有很多，并各自取得了专利权。
上述方法中，除过量余钢法和目测法之外，国内还均未应用，国外也并未普及，原因是仪表检测法设备昂贵，并且不能消除旋涡，而飘浮在渣钢界面的浮游阀之类的涡流抑制器虽然比较便宜，但制造与操作大多较为复杂，挡渣效果也不完全可靠，并且根本不适用于塞棒水口控流系统。
本发明的目的在于以一种简单可靠的方法达到防止水口出流卷渣的效果。其基本原理是用一稳固的形状恰当的可在一定范围里升降的刚体装置，从上到下(直至与座砖上端面只有一个可以保证钢液自由流动使其以规定的流量通过水口的间隙)占据原属漏斗状旋涡(相当于汇环流动涡核区)的存在空间，同时起到降低流体运动的切向速度即对环流运动产生制动效应的作用，从而最大限度地削弱环流强度，并改变钢液进入水口前的流动方向，使其附近的流动转变为接近点汇流动的状态。其结果，在钢液面下降到所留间隙高度以前，完全不会发生旋涡，而在下降到间隙高度范围之内时，由于间隙不大，所剩钢液仅为一个薄层，加之温度已大为下降，其流动性减小，流速变慢，炉渣的粘度比钢液的大得多，更难流入水口。在用监测器械以至目测的条件下，当发现水口钢流明显减小时，或者由一名操作工观察到本装置的端部即将全部露出且其附近流动状况显著变化时报警，关闭水口，便可以完全防止下渣。
本发明的装置结构与操作方法如
图1和图5所示。
图1表示的是适用于钢流控制系统为塞棒水口的情况。图中塞头(3)与水口(1)处于闭合状态。在这种情况下，完全保留原塞棒装置的结构与控流功能，其主要装配与操作方法不作任何变动，仅将塞头部分的外形由传统的形状图2改为特殊的形状图3下端的球冠部仍用于控制钢流，上端的异形部(圆柱(5)与圆台(6))的组合体则为用于挡渣的异型挡渣头，其主要外形尺寸确定原则如下①塞头(3)球冠部半径不变，以保持与配套使用的原水口吻合良好；②圆柱部(5)外径D1取d＜D1≤a(d和a分别为座砖上口直径与座砖边长)，以确保改变钢液进入水口前的流动方向，其高度h2取为30-50mm，从浸泡时间及强度考虑按需要选择；③圆台部(6)上端环形面外径等于或稍大于原用塞头外径(即袖砖(4)的外径)D，便于与袖砖(4)以原接口尺寸组装；④圆柱部(5)下底环形面至塞头(3)球冠部顶点的距离h1＝x1+x其中x1为塞头(3)顶点至座砖(2)上端面的距离。x为圆柱部(5)下底环形面至座砖(2)上端面的距离。
x1可根据配套使用的座砖(2)、水口(1)、塞头(3)的相关尺寸计算，但最简便可靠的方法是在原正常装配条件下取得实测值。
x取值范围顾及下列因素(1)其值要大于0，以保证不妨碍塞头与水口的良好吻合。
(2)其值不能过小，以免钢水在挡渣头(圆柱部下底环形面)，塞头、水口、座砖所围成的空间内形成死区凝固而导致开浇失败的危险；(3)其值也不可过大，否则在塞棒开流转入正常浇注时，因其值过大而减小以至失去挡渣功能。为此，要注意到一般情况下，塞棒的有效调节行程仅为5mm上下。
综合以上因素考虑可取x＝5-15mm。
于是h1＝x1(最好是实测值)+(5～15)⑤当不能以原用塞头图2(7)的高度h，满足上述形状与尺寸要求时，应相应加大一个所需高度值，例如所取圆柱(5)的高度h2的值，也可索性多加大圆台(6)部分的锥度，相当于加高半个以至一个袖砖的高度(如图1中虚线所示)。
⑥为保证塞头与水口良好吻合，原则上必须能基本按照原用塞头图2的状况不影响视线的条件下进行上棒操作，为此，可将外形符合上述要求的异形挡渣塞头(附图3)分解制作成两部分，其主要尺寸如(附图4)所示。造棒时，将异形挡渣头的外部异形环体(8)预先松套在内部塞头(9)之上，待塞棒整体组装完毕之后，用细铁丝等将异形环体固定在塞棒中下部某一位置；上棒时，确认塞头与水口吻合良好并固定之后，再将异形环体放下，用耐火泥使其与内部塞头紧密挤实配合到位。
⑦以上图示与说明是使用组合式塞棒与外装式水口的情况，其基本原则同样适用于整体式塞棒与内装式水口的场合。
本发明用于有塞棒系统的盛钢桶、中间包，塞棒包括袖砖和球冠状塞头，球冠状塞头的上部为圆台(6)和圆柱体(5)组成的异型挡渣头，其底部保留原球冠头塞头(3)，见图1，圆台上端环形面外径等于或略大于袖砖外径，圆柱体的直径大于座砖(2)上口直径，而小于或等于座砖边长，异型挡渣头高度(包括球冠状塞头部分)等于原塞棒塞头高度，或增加半个到一个袖砖高度，圆柱体的下底环形面与座砖端面距离可取5-15毫米。
图5表示的是适用于钢流控制系统为滑动水口(和定径水口)的情况。图中表示着放入钢水前的一种定置状态。这种情况下，盛钢桶或中间罐增设完整的可在一定范围里升降的塞棒机构，只不过此时再不特别需要由塞头与水口配合以控制钢流，因而包括圆柱(5)、圆台(6)而成为平底挡(渣)头。于是，该机构可以称之为类塞棒机构。挡渣头的制作简单化，可以整体成型其外形如图5中实线所示，包括圆柱体(10)，圆台(6)和圆柱体(5)的平底型挡渣头。也可以作成图5中虚线所示的外形，包括圆台(11)和圆柱体(5)组合的平底型挡渣头，挡头圆柱体(5)的底面至座砖(2)上端面的距离x可在≥0的一定范围里调整，一般以取x＝0-20mm作为向盛钢桶或中间罐放入钢水前的定置尺寸为宜。当水口失常时，也可通过升降装置改变挡头的位置，以作为调节钢流的辅助手段。
实施例1 在某中间罐采用塞棒水口系统控制钢流的场合，见图1，当挡渣头圆柱体外径D1等于座砖边长a的档头下端面与座砖上端面的距离为10-20mm(即大体相当于塞头与水口在处于闭合状态时的x＝5-15mm)时，钢液面高于10-20mm的整个浇注过程中，没有熔渣进入结晶器，当发现水口出流锐减时，立即关闭水口，至终无渣进入结晶器。
实施例2 在某盛钢桶采用滑动水口调节钢流进行模铸时，附图5在平底挡头外径D1等于座砖边长a，定位高度x＝10mm时，钢液面下降到10mm以前，全无下渣发生，钢液面低于10mm时，钢液近乎用尽，炉渣流动性已很差，即使不关闭水口，也只有很少量的渣子流入中注管，对钢锭已无危害。
实施例3 在某盛钢桶采用滑动水口控制钢流向连铸中间罐注入钢水的场合，各种参数同实施例2，在未使用浸入式水口也无钢流防氧化装置的情况下，凭直觉发现水口出流锐减形状发散时立即关闭水口，自始至终没有渣子进入中间罐。在其他条件相同，但使用浸入式水口的情况下，至终也未关闭水口，仅发现有很少量的渣子进入中间罐。
本发明所涉及的装置简单，仅对传统的塞棒水口控流系统的塞棒头部有较小的改动，使传统的塞棒成为兼有控流-挡渣或挡渣-控流作用的双功能塞棒。在无需复杂的传感仪表系统与操作技术的条件下，可以达到几乎将钢水全部用尽而仅有微量下渣，以致完全防止下渣的目的，同时取得净化钢质和实现最高收得率以及在多炉连铸过程中便于改浇钢种的多重效益。
本发明不仅适用于钢铁厂的连铸、模铸以致出钢等生产过程，而且也适用于铸造厂和有色冶金工厂的类似领域。
权利要求
1.盛钢桶和中间罐水口出流的防止卷渣装置，包括耐火袖砖塞棒，球冠状塞头，其特征在于球冠状塞头的上部为圆柱和圆台组成的异型挡渣头，圆台上端环形面外径等于或略大于袖砖外径、圆柱体的直径大于座砖上口直径，而小于或等于座砖边长，异型挡渣头的高度等于原塞棒头高度或增加半个到一个袖砖高度，圆柱体的下底环形面与座砖上端面距离可取5-15毫米。
2.根据权利要求1所述防止卷渣装置，其特征在于异型挡渣头，包括圆台和圆柱的平底型，其圆柱下端面至滑动水口座砖上端面间距离为0-20毫米。
3.根据权利要求1所述防止卷渣装置，其特征在于包括球冠状塞头的异型挡渣头分解制作成两部分，外部异型环体和内部塞头，造棒时，外部异型环体，松套在内部塞头之上，待塞棒整体组装完毕，上棒时，确认塞头与水口吻合良好并固定后，再用耐火泥将异型环体与内部塞头紧密挤实配合到位。
4.根据权利要求1所述防止卷渣装置，其特征在于适于塞棒、滑动水口连铸和模铸浇注系统，出钢过程。也适于铸造厂和有色冶金厂的类似领域。
全文摘要
本发明是用于防止盛钢桶和中间罐水口出流卷渣的装置。
文档编号B22D41/18GK1067597SQ9110363
公开日1993年1月6日 申请日期1991年6月7日 优先权日1991年6月7日
发明者黄晔 申请人:北京科技大学