专利名称：超大型钢锭浇注用中间包的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钢锭铸造设备，尤其涉及一种超大型钢锭浇注用中间包。
背景技术：
近年来，随着核电、石油化工、冶金工业的设备向大型化发展，大型锻件以及 与之相适应的大型钢锭的需求量也相应增加。随着锻件重量的增加，对锻件的质量要求 也进一步严格。大型锻件由超大型钢锭锻造处理而成，其生产工艺包括钢水冶炼一铸锭 (4至7包钢水连续浇注)一头尾部切割一锻造一加工一热处理一性能检验等。目前， 大型锻件存在的主要技术难题之一就是大型锻件质量的纯净性、均勻性和致密性控制技 术，其工序控制环节主要取决于冶炼和铸锭两个方面，这是由于冶炼及浇注过程导致的 不纯净性、不均勻性、不致密性，不仅影响着产品的最终质量，而且钢中的夹杂、宏观 偏析、缩孔等缺陷在后续的热加工过程是很难彻底去除的。随着冶炼和炉外精炼技术的发展，钢水成分控制精度和有害元素控制水平均有 大幅度地提高。因此，从冶炼的角度来讲，钢水成分控制和纯净度已不成为影响大型锻 件质量的限制性环节。但对于大型锻件的超大钢锭，一般大于400吨，通常需要4至7 炉钢水通过一个过渡容器(称为中间包)实现连浇而成，即精炼后的钢水从钢包底部通过 滑动水口控制注入中间包，然后在中间包内形成一定熔池深度的钢水再通过塞棒控制流 入具有真空浇注的钢锭模。在此浇注过程中，因钢包至中间包注流发生的二次氧化、冶 金炉渣和耐火材料的卷入引起的外来夹杂物如不能在中间包内有效地排除就成为影响大 锻件质量的关键。中间包的功能除了贮存一定数量的钢水以保证在更换钢包时的连续浇注外，还 应具有最大程度减少宏观夹杂形成和去除夹杂物的能力。后者的冶金效果主要取决于钢 液在中间包内的流动模式，大量研究和实践证明中间包内没有短路流，具有长的钢液停 留时间和高的活塞流与死区体积比值的流动模式能够有利于夹杂物的去除。影响中间包 内钢液流动模式主要因素是中间包的内腔形状尺寸、熔池深度和控流装置设置方式等方 面，其中中间包的内腔形状及尺寸是核心。目前，现用超大型钢锭浇注中间包均采用与 钢包相似的圆筒形状，内径一般为1500mm 2500mm，高度为2000mm 3000mm，容 量为60吨 100吨，其特点是容量大、熔池深，钢包注流落点与中间包水口间距短，这 导致中间包内死区严重，钢液停留时间短，并有短路流形成，不利于夹杂物的上浮和排 除。因此，从进一步提高大型锻件质量角度出发，寻求适合超大钢锭浇注的新型中间包 就显得尤为重要。如图1、图2所示，现有钢锭浇注中间包，其具有圆筒形状的包壳1，该包壳1 为钢制包壳，包壳1内壁设有5mm士2mm厚的耐高温硅酸钙绝热板2，该绝热板2内壁 设有80mm士5mm厚的尖晶石浇注料作为打结层3，该打结层3内壁设有35mm士5mm 厚，材质为镁砂的填充层4，该填充层4内壁设有150mm士 IOmm厚的高铝砖作为工作 层5，筒底靠近工作层5处设有一个水口 6，注流区7位于筒底中部。圆筒的内径一般为1500mm左右， 高度为2000mm 3000mm，容量为60吨 100吨，其特点是容量大、熔
池深，钢包注流落点与中间包水口间距短，这样导致中间包内死区严重，钢液停留时间 短，并有短路流形成，不利于夹杂物的上浮和排除。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种超大型 钢锭浇注用中间包，其具有消除短路流、钢液停留时间长以及活塞流与死区体积比值流 动模式高的功效，能够最大程度减少宏观夹杂形成和去除夹杂物，同时还可以满足砌 砖、吊运、安放的工业生产要求。本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。本实用新型超大型钢锭浇注用中间包，包括包壳，该包壳为钢制包壳，包壳内 壁设有绝热层，该绝热层内壁设有打结层，该打结层内壁设有填充层，该填充层内壁设 有工作层，包壳底部设有水口和注流区；其特征在于，该包壳底部形状是由一个半椭圆 形对接一个半圆形构成；该中间包底部水口远离注流区一距离，该注流区设有垫高层。前述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳底部椭圆形长 半轴长度与短半轴长度之差在2000mm以上，包壳高度在2000mm以上。前述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳底部半圆形部 设有水口，该水口远离注流区的距离在2000mm士 500mm。前述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳底部注流区设 有的垫高层高度为300_士5mm，该垫高层为高铝质耐火材料。前述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳内壁设有的绝 热层是厚度为5_士2mm的绝热板，该绝热板的材质是耐高温硅酸钙。前述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳内壁设有绝热 层内壁设有厚度为80_士5mm的打结层，该打结层的材质为尖晶石浇注料。前述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳打结层内壁设 有厚度为35mm士5mm的填充层，该填充层的材质为镁砂。前述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳填充层内壁设 有厚度为150mm士 IOmm的工作层，该工作层的材质采用高铝质耐火砖。本实用新型超大型钢锭浇注用中间包的有益效果，该中间包结构设计合理，在 满足了中间包砌砖、吊运和安放工艺生产要求的基础上，中间包的冶金效果得到明显改 善(1)中间包内腔可以消除包内短路流；(2)钢液在中间包内停留时间比现有圆形中间 包提高一倍；(3)中间包内活塞流与死区体积比值比现有圆形中间包翻一番；(4)浇注过 程中大于50 μ m夹杂物的排除能力比现有圆形中间包提高30%以上。
图1为现有中间包结构主视剖面图。图2为图1所示A-A向结构剖视图。图3为本实用新型超大型钢锭浇注用中间包结构主视剖面图。图4为图3所示B-B向结构剖视图。图5本实用新型超大型钢锭浇注用中间包的使用状态剖面图。[0023]图中主要标号说明现有技术 部分1包壳、2绝热层、3打结层、4填充层、5工作层、6水口、7注 流区；本实用新型部分8包壳、9绝热层、10打结层、11填充层、12工作层、13垫 高层、14水口、15注流区、16钢水包、17钢水、18窥视孔、19真空盖、20导流管、21 真空室、22钢锭模、23密封圈、24超大型钢锭浇注用中间包。
具体实施方式
如图3、图4所示，本实用新型超大型钢锭浇注用中间包，包括包壳8，该包壳 8为钢制包壳，包壳8内壁设有绝热层9，该绝热层9内壁设有打结层10，该打结层10 内壁设有填充层11，该填充层11内壁设有工作层12，包壳8底部设有水口 14和注流区 15；其改进之处在于，该包壳8底部形状是由一个半椭圆形对接一个半圆形构成；该中 间包底部水口 14远离注流区15 —距离，该注流区15设有垫高层13。本实用新型超大型钢锭浇注用中间包，其中，中间包包壳8底部椭圆形长半轴 长度与短半轴长度之差在2000mm以上，包壳8高度在2000mm以上；中间包包壳8底 部半圆形部设有水口 14，该水口 14远离注流区15的距离在2000mm士500mm。 中间包 包壳8底部注流区15设有的垫高层13高度为300士5mm，该垫高层13为高铝质耐火材 料。中间包包壳8内壁设有的绝热层9是厚度为5mm士2_的绝热板，该绝热板的材质 是耐高温硅酸钙。中间包包壳8内壁设有的绝热层9内壁设有厚度为80mm士5mm的打 结层10，该打结层10的材质为尖晶石浇注料。中间包包壳8打结层10内壁设有厚度为 35mm士5mm填充层11，该填充层11的材质为镁砂。中间包包壳8填充层11内壁设有 厚度为150mm士 IOmm的工作层12，该工作层12的材质采用高铝质耐火砖。如图3、图4所示，本实用新型超大型钢锭浇注用中间包，其特点是中间包 具有一个底部形状由一个半椭圆形和一个半圆形对接组成的筒形包壳8 ；该包壳8底部 椭圆形的长半轴长度比短半轴长度长2000mm，包壳8底部半圆形的直径为2000mm， 中间包的高度2300mm，水口 14距注流区15的距离在1500_2500mm左右，该包壳8底 部中心为注流区15，该注流区15垫有300mm厚的高铝质耐火材料。该中间包最大钢 液容量105吨。砌筑时紧贴中间包包壳8砌厚度为5mm士2mm的绝热板9，再打结一 层厚度为80mm士5mm的尖晶石浇注料作为打结层10，工作层12和打结层10之间用 镁砂11填充，填充层11的厚度为35mm士5_。然后砌包底，在包壳8底面注流区 砌一层厚度300mm士5_的垫高层13。工作层12的材质采用高铝质耐火砖，厚度为 150mm 士 10mm。该中间包体积大，最大钢液容量达105吨，且注流区离水口距离较远，钢液平 均停留时间长，因此夹杂物有充分的时间可以上浮。如图5所示，浇注时，钢水17由钢水包(精炼包)16浇入中间包24，中间包24 中的钢液经导流管20流入位于真空室21内的钢锭模22，该真空室21的真空盖19与中间 包24包底用密封圈23密封，其中真空室21为浇注钢锭所用的真空装置。本实用新型结合实际超大钢锭浇注生产工艺，进行相关工艺参数的设置1)为 了保证浇注过程不发生卷渣，最低工作液位大于800mm ； 2)中间包工作液位为2000mm时，中间包内钢水重量为105吨，换包时间控制在0 11分钟。本实用新型超大型钢锭浇注用中间包的优点由于本实用新型中间包采用大体 积，注流区距水口较远，所以钢液在中间包内停留时间从现有圆形中间包的212秒提高 到446秒，并在浇注过程中可以消除中间包内短路流，中间包内活塞流与死区体积比值 由现有中间包的0.54提高到1.08。由于钢液在中间包内停留时间变长，因此夹杂物可以 有充分时间上浮，大于50 μ m夹杂物排除能力从73%提高到96%。注流区设有的垫高层 可以减轻大包流入中间包的流股对中间包包底的冲击。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式 上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变 化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种超大型钢锭浇注用中间包，包括包壳，该包壳为钢制包壳，包壳内壁设有 绝热层，该绝热层内壁设有打结层，该打结层内壁设有填充层，该填充层内壁设有工作 层，包壳底部设有水口和注流区；其特征在于，该包壳底部形状是由一个半椭圆形对接 一个半圆形构成；该中间包底部水口远离注流区一距离，该注流区设有垫高层。
2.根据权利要求1所述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳底 部椭圆形长半轴长度与短半轴长度之差在2000mm以上，包壳高度在2000mm以上。
3.根据权利要求1所述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳底 部的半圆形部设有水口，该水口远离注流区的距离在2000mm士500mm。
4.根据权利要求1所述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳底 部注流区设有的垫高层高度为300mm士5mm，该垫高层为高铝质耐火材料。
5.根据权利要求1所述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳内 壁设有的绝热层是厚度为5mm士2mm的绝热板，该绝热板的材质是耐高温硅酸钙。
6.根据权利要求1所述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳 内壁设有绝热层内壁设有厚度为80mm士5_的打结层，该打结层的材质为尖晶石浇注 料。
7.根据权利要求1所述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳打 结层内壁设有厚度为35mm士5mm的填充层，该填充层的材质为镁砂。
8.根据权利要求1所述的超大型钢锭浇注用中间包，其特征在于，所述中间包包壳填 充层内壁设有厚度为150mm士 IOmm的工作层，该工作层的材质采用高铝质耐火砖。
专利摘要本实用新型提供一种超大型钢锭浇注用中间包，包括包壳，该包壳为钢制包壳，包壳内壁设有绝热层，该绝热层内壁设有打结层，该打结层内壁设有填充层，该填充层内壁设有工作层，包壳底部设有水口和注流区；其改进之处在于，该包壳底部形状是由一个半椭圆形对接一个半圆形构成；该中间包底部水口远离注流区一距离，该注流区设有垫高层；其具有消除短路流、钢液停留时间长以及活塞流与死区体积比值流动模式高的功效，能够最大程度减少宏观夹杂形成和去除夹杂物，同时还可以满足砌砖、吊运、安放的工业生产要求。
文档编号B22D41/00GK201791961SQ20102054158
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者乔世章, 刘海澜, 巴钧涛, 杨建春, 王宝忠, 王明旭, 赵林, 高建军 申请人:中国第一重型机械股份公司, 天津重型装备工程研究有限公司