专利名称：可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及浇铸定向凝固钢锭的浇铸装置，特别是一种可倾倒的上铸式定向凝固 钢锭浇铸装置。
背景技术：
普通的模铸钢锭由于钢水在钢锭模内三维冷却，因而内部不可避免地存在V型、 倒V型偏析、底部沉积锥、中心疏松或二次缩孔等缺陷，因而超声波探伤往往不合格，越是 重量大的钢锭越是如此。因而需要用大吨位水压机预锻，然后再用厚板轧机轧成厚板。用 连铸机生产的连铸厚板坯，虽然内部质量优于传统模铸，但由于受到连铸机本身限制，不能 浇注厚度超过400mm的连铸板坯。因受压缩比的限制，也无法保证特厚板内部质量的要求， 因此需要研制定向凝固的扁钢锭，以满足特厚板的质量要求。定向凝固扁钢锭采用一种四周绝热的钢锭模，依靠其下部的强制冷却，保证铸锭 的柱状晶自下而上地定向生长。由于这种钢锭高度小，呈扁平状，因而凝固过程中钢水中的 气体、夹杂容易上浮，加之柱状晶自下而上定向生长，把结晶前沿溶质富集钢液向上推移， 因而避免了 V型、倒V型偏析和中心疏松的产生。全凝固后去除钢锭顶部7-10%的溶质富 集层后，钢锭内部十分致密、纯净，因而压缩比仅2. 5就可满足超声波探伤要求，且轧成的 特厚板Z向性能好。目前的定向凝固钢锭浇铸装置采用下铸结构，钢水经中心铸管、汤道砖、反射水口 砖自下而上铸入模内。该装置的缺点是在整个浇铸过程中，反射水口砖处始终是热中心， 且在钢锭下部，不利于柱状晶自下而上生长；耐火砖受冲刷，从而带入夹杂，并且耐火材料 消耗多；由于是依靠大、小铸铁底盘吸热，随着时间增长底盘温度升高，结晶前沿热流密度 减少，不利于柱状晶定向生长，且所铸钢锭愈大要求底盘愈重；铸铁底盘上表面与钢水直接 接触温度很高，而下部较冷，受热应力作用底盘要向上膨胀弓起，使底盘与钢锭模四边产生 缝隙，影响底盘对钢锭的均勻冷却，而使柱状晶不能齐头并进地生长。同时底盘在热应力作 用下容易损坏，工作不安全，钢锭全凝后要用火焰清理或铯床铯除钢锭头部溶质富集区，工 作量大。
发明内容
本发明提供了一种可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，高效生产内部十分致 密、纯净的钢锭。本发明提供的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于该装置的组成 包括可倾动底盘、水冷底排、绝热钢锭模、上铸分岔式水口、保护渣洒落架、保温罩、水冷却 系统、渣罐。可倾动底盘在定向凝固钢锭浇铸装置的底部，水冷底排放置在可倾动底盘上、 铺在绝热钢锭模的底下，绝热钢锭模放置在水冷底排上，上铸分岔式水口用杠杆放置在水 冷底排上的中心处，保护渣洒落架在绝热钢锭模上面，保温罩放在绝热钢锭模上，水冷却系 统在绝热钢锭模的左侧，渣罐设在装置的右下方。
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所述的可倾动底盘由铸铁铸成或由钢板焊接而成，其上平面为平直的加工面，其 前端两侧设有旋转耳轴，轴承座座在地基上。其后端两侧设有为底盘的倾斜提供动力的液 压缸。在可倾动底盘前端还设有防止底盘倾斜时钢锭模和水冷底排滑落的挡块。所述的水冷底排由上、下两块钢板、钢条、并联的进水管及阀门、并联出水管、进水 管水温计、出水管水温计、总进水管及电磁流量阀、总出水管组成。水冷底排的上表面，由钢 板与钢条焊接在一起组成水的回路。水冷底排的下表面钢板，通过埋头螺栓拧紧钢条。在 钢条与下钢板间采用高温粘接剂，上下钢板保持平行，且与可倾动底盘上表面紧密接触。水 冷底排进水管和出水管分组排列，且均勻分布。所述的上铸分岔式水口的材质为铝-碳质，可供多次使用。其由底座、喇叭嘴、管 身、加固钢卷和防粘垫组成。上铸分岔式水口底座由4-8个均勻分布的吐出孔组成，保证钢 水能迅速均勻铺展在水冷底排上，吐出孔的出口截面积之和要大于埋入水口内径截面积， 防止埋入水口内堵钢钢水流动不畅。各吐出孔之间的隔墙，要有足够的断面积以承受钢水 冲击力而不破断。上铸分岔式水口高度应比钢锭模高出200-300mm，其上端设有加固圈。上 铸分岔式水口其底部还粘有10_20mm厚的石棉垫，其作用是防止快速凝固的钢水和上铸分 岔式水口产生粘接，防止上铸分岔式水口拔不出来。所述的绝热钢锭模由钢结构外壳、永久衬、复合绝热板、溢流口、吹Ar管构成。钢 结构外壳由钢板焊接而成，其尺寸根据设计的锭重和锭型而定，可以用改变浇高的方法铸 出不同重量的钢锭，绝热钢锭模壁上面钻有排气孔，供烘烤钢锭模时耐火材料中的水气排 出之用；永久衬由外层石棉板和内部的耐火砖砌成，复合绝热板迎钢面是耐钢水浸蚀的硅 质耐火材料层，背钢面是保温材料层，保温材料层与永久衬之间做成气室，以利用空气导热 系数低的特点，加强钢锭模的保温绝热；溢流口设在绝热钢锭模端部，供钢锭模倾倒时溶质 富集钢液和保护渣倒入渣罐之用。在钢锭浇铸前后，溢流口用耐火砖临时堵住，以减少热量 损失；吹Ar管设在绝热钢锭模上部，在钢锭浇铸前向模内吹入Ar气，利用Ar气比空气重的 特点，将模内空气吹挤出去，防止浇铸中钢水裸露的表面产生氧化，待保护渣覆盖钢液面后 停止吹Ar。所述的保护渣洒落架由角钢和钢丝网构成，架在绝热钢锭模模口上，成袋的保护 渣放置其上，开浇时受钢水幅射热影响，保护渣袋熔化，使保护渣均勻洒落覆盖在钢液面 上，防止液面散热和冷凝结壳，同时可吸附钢液中的夹杂。所述的保温罩在浇铸完毕后用吊车吊放在绝热钢锭模上，保温罩由钢结构、保温 层、4个可调煤气烧嘴、探测孔组成。本发明与现有定向凝固装置相比其显著有益效果在于1.可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置采用上铸法浇铸，没有耐火材料受冲刷 带进夹杂问题，整、脱模工艺比下铸法简单。浇铸过程中上铸分岔式水口在杠杆作用下随液 面上移，热中心始终处于钢锭上方，有利于柱状晶定向生长，水口可多次使用，耐火材料消 耗少。2.采用上铸分岔式水口，没有传统上铸法钢水冲蚀底盘和产生飞溅的问题，钢水 能均勻快速铺满底盘，钢水罐滑动水口容易与上铸分岔式水口对中。3.可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置主体采用钢板焊成，内部设有并联水路 的水冷底排，取代笨重的铸铁底板，解决了由于热应力引起底板上弓，影响传热和柱状晶定向凝固的问题。底排不易开裂，生产比较安全，且由于进水管上设有电磁流量伐和测温计， 水冷强度可调而且整个底盘水冷均勻。4.采用了可倾动式的底盘。可根据钢锭最后凝固溶质富集区的厚度适时将底盘倾 倒，将富集溶质的钢水和保护渣由钢锭模的溢流口倒出，减少了全凝后用火焰清理或用刨 床刨除的繁琐工作量。5.采用了上部带煤气烧嘴的保温罩，使上、下热流可调，并在不加发热剂的条件下 长时维持定向热流，有利于浇铸更大规格的钢锭。6.通过保护渣洒落架，可以向模内注入氩气，保护钢液面不被空气氧化，同时保护 渣可以自动均勻洒落在钢液面上，防止了人为加保护渣时钢液面的波动。7.为了减少绝热钢锭模向四周的散热，防止产生倒V型的偏析，本发明的绝热钢 锭模内设永久保温层和带气室的复合绝热板，保温效果更加显著。
图1是可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置整体结构示意图；图2是可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置可倾动底盘结构示意图；图3是可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置水冷底排结构示意图；图4是可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置上铸分岔式水口结构示意图；图5是可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置绝热钢锭模结构示意图；图6是可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置保温罩结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明提供的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，该装置的构 成包括可倾动底盘1、水冷底排2、绝热钢锭模3、上铸分岔式水口 4、保护渣洒落架5、保温 罩6、水冷却系统7、渣罐8。可倾动底盘在定向凝固钢锭浇铸装置的底部，水冷底排放置在 可倾动底盘上、铺在绝热钢锭模的底下，绝热钢锭模放置在水冷底排上，上铸分岔式水口用 杠杆放置在水冷底排上的中心处，保护渣洒落架架在绝热钢锭模模口上，保温罩放在绝热 钢锭模上，水冷却系统在绝热钢锭模的左侧，渣罐设在装置的右下方。如图2所示，装置中的可倾动底盘1由铸铁铸成或由钢板焊接而成，其上平面为平 直的加工面，其前端两侧设有旋转耳轴9，轴承座座在地基上。其后端两侧设有为底盘的倾 斜提供动力的液压缸10。液压缸的行程按能使底盘倾斜30-40°设置。可倾动底盘长宽与 钢锭模尺寸相对应，底盘厚度以能承受钢锭模、钢锭、水冷底排的重量而不变形为准。在可 倾动底盘前端还设有防止底盘倾斜时钢锭模和水冷底排滑落的挡块11。如图3所示，装置中的水冷底排2由上、下两块钢板12、钢条回路13、并联的进水 管及手动阀门14、并联的出水管15、总进水管及水温计16、出水管水温计17、总进水管及电 磁流量阀18、总出水管19组成。水冷底排的上表面，由钢板与钢条焊接在一起组成水的回 路。钢条的断面为40 X 30mm。水冷底排的下表面钢板，通过①16埋头螺栓拧紧钢条。在钢 条与下钢板间采用高温粘接剂，防止漏水。上下钢板保持平行，且与可倾动底盘上表面紧密 接触。水冷底排进水管和出水管分组并联排列，且均勻分布。上述水冷底排也可以由矩型 无缝钢管并排焊接而成。
如图4所示，装置中的所述的上铸分岔式水口 4由喇叭嘴20、管身21、底座22、加 固钢卷23和防粘垫24组成。上铸分岔式水口底座22由4-8个均勻分布的吐出孔构成，保 证钢水能迅速均勻铺展在水冷底排上，吐出孔的出口截面积之和要大于埋入水口内径截面 积，防止埋入水口内堵钢钢水流动不畅。各吐出孔之间的隔墙，要有足够的断面积以承受钢 水冲击力而不破断。上铸分岔式水口 4高度应比绝热钢锭模3高出200-300mm，喇叭嘴下 端设有加固圈，该圈由3mm厚的钢板焊成，其作用是防止杠杆和喇叭嘴之间产生应力集中 造成的断裂。上铸分岔式水口其底部粘有10_20mm厚的石棉垫，其作用是防止快速凝固的 钢水和上铸分岔式水口产生粘接，防止上铸分岔式水口拔不出来。上铸分岔水口的材质为 A1-C质，可多次重复使用。如图5所示，装置中的绝热钢锭模3由钢结构外壳25、永久衬26、复合绝热板27、 溢流口 28、吹Ar管29组成。钢结构由厚30mm的钢板焊接而成，其尺寸根据设计的锭重 和锭型而定，可以用改变浇高的方法铸出不同重量的钢锭，绝热钢锭模璧上面钻有①5的 排气孔，供烘烤钢锭模时耐火材料中的水气排出之用；永久衬26外层贴石棉板内部砌耐火 砖，厚度为220mm，耐火度为1700°C ；复合绝热板厚80mm，迎钢面是耐钢水浸蚀的硅质耐火 材料层，背钢面是保温材料层，保温材料层与永久衬之间做成气室，以利用空气导热系数低 的特点，加强钢锭模的保温绝热；溢流口设在绝热钢锭模端部，供钢锭模倾倒时溶质富集钢 液和保护渣倒入渣罐之用。在钢锭浇铸前后，溢流口用耐火砖临时堵住，以减少热量损失； 吹Ar管29设在绝热钢锭模上部，在钢锭浇铸前向模内吹入Ar气，利用Ar气比空气重的特 点，将模内空气吹挤出去，防止浇铸中钢水裸露的表面产生氧化，待保护渣覆盖钢液面后停 止吹Ar。如图1所示，装置中的保护渣洒落架5由角钢和钢丝网构成，架在绝热钢锭模模口 上，成袋的保护渣放置其上，开浇时受钢水幅射热影响，保护渣袋熔化，使保护渣均勻洒落 覆盖在钢液面上，防止液面散热和冷凝结壳，同时可吸附钢液中的夹杂。如图6所示装置中的保温罩6在浇铸完毕后用吊车吊放在绝热钢锭模上，保温罩6 由钢结构30、保温层31、4个可调煤气烧嘴32、探测孔33组成。探测孔的作用是探测已凝 钢水的高度，控制凝固进程，在钢水凝固到预定高度时将保温罩吊走，开动可倾动底盘，将 溶质富集钢液和保护渣倒出。
权利要求
一种可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于该装置的构成包括可倾动底盘、水冷底排、绝热钢锭模、上铸分岔式水口、保护渣洒落架、保温罩、水冷却系统、渣罐，可倾动底盘在定向凝固钢锭浇铸装置的底部，水冷底排放置在可倾动底盘上、铺在绝热钢锭模的底下，绝热钢锭模放置在水冷底排上，上铸分岔式水口用杠杆放置在水冷底排上的中心处，保护渣洒落架在绝热钢锭模上面，保温罩放在绝热钢锭模上，水冷却系统在绝热钢锭模的左侧，渣罐设在该装置的右下方。
2.根据权利要求1所述的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于所说的 可倾动底盘由铸铁铸成或由钢板焊接而成，其上平面为平直的加工面，其前端两侧设有旋 转耳轴，其后端两侧设有为底盘的倾斜提供动力的液压缸，在可倾动底盘前端还设有防止 底盘倾斜时钢锭模和水冷底排滑落的挡块。
3.根据权利要求1所述的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于所说的 水冷底排由上下两块钢板、钢条、并联的进水管及阀门、并联的出水管、进水管水温计、出水 管水温计、总进水管及电磁流量阀、总出水管组成，水冷底排的上表面，由钢板与钢条焊接 在一起组成水的回路，水冷底排的下表面钢板，通过埋头螺栓拧紧钢条，在钢条与下钢板间 采用高温粘接剂，上下钢板保持平行，且与可倾动底盘上表面紧密接触，水冷底排进水管和 出水管分组并联排列，且均勻分布。
4.根据权利要求1所述的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于所说的 上铸分岔式水口由底座、喇叭嘴、管身、加固钢卷和防粘垫组成，其中底座由4-8个均勻分 布的吐出孔构成，上铸分岔式水口高度应比绝热钢锭模高出200-300mm，喇叭嘴下端设有加 固圈，上铸分岔式水口其底部还粘有10-20mm厚的石棉垫。
5.根据权利要求1所述的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于所说的 绝热钢锭模由钢结构外壳、永久衬、复合绝热板、溢流口、吹Ar管构成，钢结构外壳由钢板 焊接而成，绝热钢锭模壁上面钻有排气孔，永久衬由外层石棉板和内部耐火砖砌成，复合绝 热板迎钢面是耐钢水浸蚀的硅质耐火材料层，背钢面是保温材料层，保温材料层与永久衬 之间做成气室，溢流口设在绝热钢锭模端部，吹Ar管设在绝热钢锭模上部。
6.根据权利要求1所述的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于所说的 保护渣洒落架由角钢和钢丝网构成，架在绝热钢锭模模口上。
7.根据权利要求1所述的可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，其特征在于所说的 保温罩由钢结构、保温层、4个可调煤气烧嘴、探测孔构成。
全文摘要
本发明公开了一种可倾倒的上铸式定向凝固钢锭浇铸装置，高效生产内部十分致密、纯净的钢锭。该装置的组成包括可倾动底盘、水冷底排、绝热钢锭模、上铸分岔式水口、保护渣洒落架、保温罩、水冷却系统、渣罐。本发明提供的装置采用上铸法浇铸，没有耐火材料受冲刷带进夹杂问题，整、脱模工艺比下铸法简单，水口可多次使用，耐火材料消耗少；采用上铸分岔式水口，没有传统上铸法钢水冲蚀底盘和产生飞溅问题，钢水能均匀快速铺满底盘，钢水罐滑动水口容易与上铸分岔式水口对中。该装置特别适合浇铸定向凝固的扁钢锭，以满足特厚板的质量要求。
文档编号B22D23/02GK101850418SQ20091001095
公开日2010年10月6日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者丛玉伟, 刘茂文, 常福华, 胡小东, 胡林, 赵连刚 申请人:辽宁科技大学;莱芜钢铁集团机械制造有限公司