专利名称：一种两包合浇钢锭的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及冶金领域的钢锭模铸生产技术及装置，更具体地讲，涉及一种通过两包合浇方式来生产50吨以上大规格钢锭的装置和方法。
背景技术：
近年来，由于机械、电力、模具和造船行业处于良好发展态势，并向大型化发展，对大锻件的需求处于上升趋势，从而使50t以上大钢锭的需求进一步扩大。目前国内50t以上大钢锭的生产，集中在几大重型机械制造公司如一重、二重、上重等，对于生产30吨以下钢锭的中小规模企业来说面临电炉、钢包、浇注工装等重多设备的系统改造，如何在不增加大量投资的条件下利用现有小规模设备生产大规格钢锭是中等企业发展急待解决的一大难题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中的一个或多个问题。本发明的一方面提供了一种两包合浇钢锭的装置。所述装置包括钢锭模、与钢锭模连接的汤道和中注管、第一钢包和承载第一钢包的浇钢车，其特征在于，所述装置还包括第二钢包、行车、长水口和长水口旋转启动机构，所述行车用于吊起第二钢包，所述长水口用于连接第二钢包和第一钢包，所述长水口旋转启动机构与长水口连接，以在确保长水口与钢液面垂直的情况下控制长水口进行上下、左右、前后运动。根据本发明一方面的两包合浇钢锭的装置，其中，所述长水口旋转启动机构可包括支撑构件、杠杆、第一轴和第一轴套、第二轴和第二轴套，第一轴和第一轴套将杠杆的一端与长水口连接，以确保长水口与钢液面垂直，支撑构件的下部固定在预定位置，第二轴和第二轴套将支撑构件的上部与杠杆的中部连接，以通过杠杆的运动来实现在确保长水口与钢液面垂直的情况下控制长水口进行上下、左右、前后运动。本发明的另一方面提供了一种两包合浇钢锭的方法。所述方法包括以下步骤将第一钢包、第二钢包和钢锭模分别设置在第一高度、第二高度和第三高度，第一高度低于第二高度并高于第三高度；在水平方向上调整第一钢包、第二钢包和钢锭模的位置，然后通过与第一钢包中的钢液面垂直的长水口将第二钢包的水口与第一钢包中的钢液连接，并通过与第一钢包中的钢液面垂直设置的中注管将第一钢包的水口与钢锭模底部连接；进行浇注，以将钢水从第一钢包和第二钢包中注入钢锭模，形成钢锭。与现有技术相比，本发明的有益效果在于能够在不增加大量投资的条件下利用现有小规模设备(例如，用于生产30吨以下钢锭的电炉、钢包、行车、浇钢车等设备)来生产大规格钢锭(例如，50吨至80吨的钢锭)，并且成本低、操作简单、灵活、安全性高。
图1示出了根据本发明示例性实施例的两包合浇钢锭的装置的示意图。图2示出了根据本发明示例性实施例的两包合浇钢锭的方法的示意图。1-钢锭模；2-汤道；3-中注管；4-第一钢包；5-第一钢包的水口 ；6-浇钢车 ’7_第二钢包；8-第二钢包的水口 ；9-长水口 ；10-杠杆；11-第一轴；12-第一轴套；13-第二轴； 14-第二轴套；15-立柱；16-支撑杆；17-第一轴承；18-第二轴承；19-连接板；20-配重； 21-操作台；22-操作台支撑板；23-钢液。
具体实施例方式本发明的两包合浇钢锭的装置和方法提供了一种采用现有小规模设备生产50吨以上大规格钢锭的生产工艺。通常，50吨以上的钢锭由于受到电炉出钢量和钢包盛钢量的限制，无法实现一包浇注，本发明采用两包合浇方式成功浇注出50-80吨的大规格钢锭。下面将参照图1和图2来详细描述本发明的两包合浇钢锭的装置及其方法的示例性实施例。图1示出了根据本发明示例性实施例的两包合浇钢锭的装置的示意图。图2示出了根据本发明示例性实施例的两包合浇钢锭的方法的示意图。如图1和图2所示，在本发明的装置的一个示例性实施例中，两包合浇钢锭的装置包括钢锭模1、与钢锭模1连接的汤道2和中注管3、第一钢包4、承载第一钢包4的浇钢车 6、第二钢包7、行车(未示出)、长水口 9和长水口旋转启动机构。所述行车用于吊起第二钢包7，长水口 9用于连接第二钢包7和第一钢包4，长水口旋转启动机构与长水口 9连接， 以在确保长水口 9与钢液面垂直的情况下控制长水口进行上下、左右、前后运动。例如，所述长水口旋转启动机构可以具有下面描述的结构，也可以是液压机械装置，只要能够实现在确保长水口与钢液面垂直的情况下控制长水口进行上下、左右、前后运动即可，本发明不限于此。这里，钢锭模可以采用由尺寸匹配的分体式锭身、嵌入式保温冒口组成的具有一模多用功能的模具。这里，一模多用是指能够浇注多种规格不同吨位的钢锭。例如，可通过调整嵌入式保温冒口在钢锭模内的位置，来调整嵌入式保温冒口内钢液的浇注高度，从而获得多种规格不同吨位的钢锭。在本发明的装置的一个示例性实施例中，所述长水口旋转启动机构可包括支撑构件、杠杆10、第一轴11和第一轴套12、第二轴13和第二轴套14，第一轴11和第一轴套12 将杠杆10的一端与长水口 9连接，以确保长水口 9与钢液面垂直，支撑构件的下部固定在预定位置(例如，可以固定在浇钢车上)，通过第二轴13和第二轴套14将支撑构件的上部与杠杆10的中部连接，以通过杠杆10的运动来实现在确保长水口 9与钢液面垂直的情况下控制长水口 9进行上下、左右、前后运动。这里，支撑构件用于为杠杆提供支撑点，它可以是各种常用的固定支撑件。在本发明的装置的一个示例性实施例中，所述支撑构件可包括立柱15、支撑杆 16、第一轴承17、第二轴承18和连接板19，立柱15的下部固定在预定位置(例如，可以固定在浇钢车上)，支撑杆16的上部与杠杆10的中部通过第二轴13和第二轴套14连接，支撑杆16的下部通过第一轴承17与连接板19的一端连接，且连接板19的另一端通过设置在立柱15的上部上的第二轴承17与立柱15连接，使得连接板19和支撑杆16能够在水平方向上以任意角度移动。按照上述结构组成的支撑构件能够使杠杆的运动更加方便，从而使得长水口的移动更加准确和方便，并且其操作也更加方便灵活。在本发明的装置的一个示例性实施例中，所述中注管3可经过汤道2与钢锭模1 的底部连接，以使从第一钢包的水口 5流出的钢水经中注管3和汤道2后从钢锭模1底部进入钢锭模1中。浇注工艺采用底注方式能够提高钢锭的表面质量，而且能够防止当采用顶部浇注方式时出现的缺陷。当采用顶部浇注方式时，钢水从模口注入模内，从而造成钢水喷溅在模壁上，而且钢锭会产生表面结疤，表面质量极差，同时钢水氧化严重。在本发明的装置的一个示例性实施例中，所述长水口旋转启动机构可设置在浇钢车6上，以方便工作人员对长水口旋转启动机构进行操作，例如，对于由杠杆10等组成的上述长水口旋转启动机构而言，操作人员可以在浇钢车6上通过控制杠杆10的未连接长水口 9的一端来实现对长水口 9位置的调整。此外，可在杠杆10的未连接长水口 9的一端设置与长水口 9的重量相当的配重20，从而使得操作人员对长水口 9的操作更加灵活方便。在本发明的装置的一个示例性实施例中，所述装置还可包括设置在浇钢车6上的操作台21，以使工作人员可以在操作台21上操作长水口旋转启动机构，以根据浇注工艺的不同步骤将长水口 9调整为需要的状态。具体来讲，工作人员可以在操作台21上通过操作长水口启动机构，以使得在浇筑前，在确保长水口与钢液面垂直的情况下，将长水口 9的上端与第二钢包的水口 8连接并将长水口 9的下端深入第一钢包4的钢液中，且深度约为 200mm ；在打开第二钢包7进行浇注的步骤中，始终确保长水口 9的下端深入第一钢包4的钢液中的深度约为200mm;浇注完成后，移开长水口 9。此外，在另一示例性实施例中，操作台21也可设置在与浇钢车焊接连接的操作台支撑板22上。如图1和图2所示，在本发明的方法的一个示例性实施例中，两包合浇钢锭的方法包括以下步骤将第一钢包4、第二钢包7和钢锭模1分别设置在第一高度、第二高度和第三高度，第一高度低于第二高度并高于第三高度；在水平方向上调整第一钢包4、第二钢包 7和钢锭模1的位置，以使位于不同高度的第一钢包4、第二钢包7和钢锭模1在垂直方向上大致对齐，，然后通过与第一钢包4中的钢液面垂直的长水口 9将第二钢包7的水口 8与第一钢包4中的钢液连接，并通过与第一钢包4中的钢液面垂直设置的中注管3将第一钢包的水口 5与钢锭模1底部连接；进行浇注，以将钢水从第一钢包4和第二钢包7中注入钢锭模1，形成钢锭。在本发明中，始终保持长水口 9与第一钢包4中的钢液面垂直，能够减少钢液对长水口的冲刷和侵蚀，从而使得浇筑过程能够稳定进行，而且提高了长水口的寿命，还减少了钢液中带入因长水口冲刷和侵蚀而形成的夹杂的可能性，从而改善了钢锭的质量； 将中注管3设置为与第一钢包4的钢液面垂直，能够减少钢液对中注管的冲刷和侵蚀，从而使得浇筑过程能够稳定进行，而且提高了中注管的寿命，还减少了钢液中带入因中注管冲刷和侵蚀而形成的杂质的可能性，从而改善了钢锭的质量。在本发明的方法的一个示例性实施例中，所述长水口 9的与第一钢包4中的钢液连接的一端可始终保持伸入第一钢包中的长度不小于150mm。如果长水口 9的与第一钢包 4中的钢液连接的一端插入第一钢包4中的钢液的深度小于150mm，则容易造成卷渣(即， 将钢液面的浮渣卷入钢液内部)，从而造成钢锭内部出现夹杂，降低了钢锭的质量。如果将长水口 9插入钢液的深度设置为大于300mm，则要求长水口 9的长度较长，而通常情况下这不是必要的。因此，优选地，长水口 9伸入钢液中的长度可以在150mm-300mm的范围内。在本发明的方法的一个示例性实施例中，所述通过长水口 9将第二钢包的水口 8
5与第一钢包4中的钢液连接的步骤可以是通过上述关于两包合浇钢锭的装置的示例性实施例中描述的长水口旋转启动机构来实现的。在本发明的装置或方法的示例性实施例中，所述钢锭重量可以为50吨以上(例如，50吨至80吨)，所述第一钢包、第二钢包、行车、浇钢车可以为用于生产30吨以下钢锭的设备。具体来讲，本发明的方法的一个示例性实施例可以包括以下步骤。先将第一钢包放置在浇钢车上，然后通过浇钢车调整第一钢包的位置，使其位于钢锭模的上方，再通过天车调整第二钢包的位置，使其位于第一钢包的上方，最后通过长水口连接第一钢包的钢液和第二钢包的水口，并通过中注管连接第一钢包的水口和钢锭模的底部入口。这里，中注管也可以通过汤道于钢锭模的底部入口连接。在浇注时，可以先将上部第二钢包的滑动水口打开然后再打开第二钢包的水口，或者也可以先将第一钢包的水口打开然后再打开第二钢包的水口，或者也可以将第一钢包和第二钢包的水口一起打开。同时保证长水口下端浸入第一钢包钢液的深度基本保持不变(例如，深度可以保持在200mm左右)，以确保浇注的顺利进行。当从第二钢包中流入第一钢包并随后进入钢锭模的钢液量与第一钢包的钢液量之和满足钢锭的吨位数要求时，关闭第二钢包的水口。用行车移开第二钢包，第二钢包中剩余的钢液可用于浇注其它的钢锭(例如，其它的小规格钢锭)。本发明的两包合浇钢锭的装置和方法可适用于各种钢种。例如，本发明的两包合浇钢锭的装置和方法可适用于对诸如:35#、45#、;35CrMo、42CrMo、20SiMn、27SiMn、60CrMnMo、 20MnMO、GCrl5SiMn等碳钢、合金钢钢种进行了浇注。下面以采用2台电炉、2台精炼炉冶炼、以及采用1台VD炉进一步精炼的工艺路线浇注45#钢60吨钢锭为例来说明本发明的装置和方法在浇注时的工艺参数。然而，以下的各个工艺参数仅是示例性的，本领域技术人员应该清楚，本发明的装置和方法也可适用于其它的工艺路线而且对于不同的工艺路线需要控制各个工艺参数在一定的范围内。1、温度控制在本工艺路线中，由于只有1台VD炉，所以可将两个钢包的钢水精炼炉出钢时间设置为间隔30min，第二钢包先进行VD真空处理，等第一钢包的钢液经VD真空处理完成后， 再对第二钢包的钢液进行冶炼。第一钢包的钢液精炼炉出钢温度要比第二钢包的钢液精炼炉出钢温度高出20°C。也就是说，根据钢包使用情况、VD温降和软吹Ar期间的温降，可以将要进入第二钢包中的钢液的精炼炉出钢温度设定为1620士5°C，并将要进入第一钢包中的钢液的精炼炉出钢温度定为1640士5°C。第一钢包中的钢液经VD处理后在浇注位吹氩等待，待第二钢包中的钢液经VD处理完并移动到浇注位后，按照图2所示的方法准备好开浇。 考虑到大钢锭浇注时间长和45#钢的熔点，确定钢液浇注温度为1545士5°C。2、钢水量控制本发明的装置和方法可将浇注大规格钢锭和浇注小规格钢锭组合在一起。例如， 本发明的装置和方法可以根据大规格钢锭吨位大小和配浇小钢锭的吨位大小确定两个钢包中的钢水总量。如果是60吨配浇10吨钢锭，那电炉出钢量则控制在两包合计72 75吨之间，第一钢包的钢水可以比第二钢包的钢水多8 10吨，即第一钢包的钢水量如果控制在40 42吨，则第二钢包的钢水量控制在30 35吨。可以根据第二钢包上部自由空间内耐火砖的层数确定由第二钢包进入到第一钢包中的钢水量，待上部的第二钢包内的通过长水口流入下部的第一钢包内的钢水量达到18 20吨时，即刻关闭第二钢包的水口。然后，移走第二钢包和长水口，将第二钢包吊至待浇注的10吨钢锭模处，重新开启上部钢包水口，进行浇注小规格钢锭。3、浇注速度控制在本发明的装置和方法中可采用Ψ 50钢包水口并可采用分阶段控制浇注是钢液流速的方法。具体来讲，从开浇至钢锭模中的钢液到达锭身1/2处，开全流(S卩，最大流速) 的1/3，以保证钢液面平稳上升，从钢液面位于锭身1/2处开始，逐渐加大流速至全流，到接近冒口位置时逐渐减流，待钢液达到冒口位置的2/3处时将钢液的浇注流速减至全流的 1/4。在本示例中，钢锭锭身的浇注时间大约为33 36分钟，冒口浇注时间> 15分钟。本发明的装置具有设计合理、经济适用的特点，不仅实现了小包合浇大钢锭，而且制定的工艺包括两包的出钢温度、浇注温度，大钢锭前期和后期的浇注速度等关键参数成功应用于生产实践。在保证大钢锭质量的同时，提高了钢水的利用率。实施本发明的装置和方法生产得到的碳钢、模具钢、轴承钢等特殊钢锭的外表满足锻造坯表面质量要求；并且经检测分析，偏析、缩孔、疏松等低倍缺陷以及夹杂物缺陷评级等满足冶金行业和机械行业的国家标准的要求。使用本发明的装置和方法生产大规格钢锭(例如，50吨至80吨)的成坯率可达60% 70%。尽管上面已经结合一些示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对上述示例性实施例进行修改和改变。
权利要求
1.一种两包合浇钢锭的装置，所述装置包括钢锭模、与钢锭模连接的汤道和中注管、第一钢包和承载第一钢包的浇钢车，其特征在于，所述装置还包括第二钢包、行车、长水口和长水口旋转启动机构，所述行车用于吊起第二钢包，所述长水口用于连接第二钢包和第一钢包，所述长水口旋转启动机构与长水口连接，以在确保长水口与钢液面垂直的情况下控制长水口进行上下、左右、前后运动。
2.根据权利要求1所述的两包合浇钢锭的装置，其特征在于所述长水口旋转启动机构包括支撑构件、杠杆、第一轴和第一轴套、第二轴和第二轴套，第一轴和第一轴套将杠杆的一端与长水口连接，以确保长水口与钢液面垂直，支撑构件的下部固定在预定位置，第二轴和第二轴套将支撑构件的上部与杠杆的中部连接，以通过杠杆的运动来实现在确保长水口与钢液面垂直的情况下控制长水口进行上下、左右、前后运动。
3.根据权利要求2所述的两包合浇钢锭的装置，其特征在于所述支撑构件包括立柱、 支撑杆、第一轴承、第二轴承和连接板，立柱的下部固定在预定位置，支撑杆的上部与杠杆的中部通过第二轴和第二轴套连接，支撑杆的下部通过第一轴承与连接板的一端连接，且连接板的一端通过设置在立柱的上部上的第二轴承与立柱连接，使得连接板和支撑杆能够在水平方向上以任意角度移动。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的两包合浇钢锭的装置，其特征在于所述中注管经过汤道与钢锭模的底部连接，以使从第一钢包的水口流出的钢水经中注管和汤道后从钢锭模底部进入钢锭模中。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的两包合浇钢锭的装置，其特征在于所述长水口旋转启动机构设置在浇钢车上。
6.根据权利要求5所述的两包合浇钢锭的装置，其特征在于所述装置还包括设置在浇钢车上的操作台，以实现对所述长水口旋转启动机构的操作。
7.—种两包合浇钢锭的方法，所述方法包括以下步骤将第一钢包、第二钢包和钢锭模分别设置在第一高度、第二高度和第三高度，第一高度低于第二高度并高于第三高度；在水平方向上调整第一钢包、第二钢包和钢锭模的位置，然后通过与第一钢包中的钢液面垂直的长水口将第二钢包的水口与第一钢包中的钢液连接，并通过与第一钢包中的钢液面垂直设置的中注管将第一钢包的水口与钢锭模底部连接；进行浇注，以将钢水从第一钢包和第二钢包中注入钢锭模，形成钢锭。
8.根据权利要求7所述的两包合浇钢锭的方法，其特征在于所述长水口的与第一钢包中的钢液连接的一端始终保持伸入第一钢包中的长度不小于150mm。
9.根据权利要求7或8所述的两包合浇钢锭的方法，其特征在于所述通过长水口将第二钢包的水口与第一钢包中的钢液连接的步骤是通过如权利要求1至6中任意一项所述的两包合浇钢锭的装置中的长水口旋转启动机构来实现的。
10.根据权利要求1所述的两包合浇钢锭的装置或权利要求7所述的两包合浇钢锭的方法，其特征在于所述钢锭重量为50吨以上，所述第一钢包、第二钢包、行车、浇钢车为用于生产30吨以下钢锭的设备。
全文摘要
本发明提供了一种两包合浇钢锭的装置及其方法。所述两包合浇钢锭的装置包括钢锭模、与钢锭模连接的汤道和中注管、第一钢包和承载第一钢包的浇钢车，其中，所述装置还包括第二钢包、行车、长水口和长水口旋转启动机构，所述行车用于吊起第二钢包，所述长水口用于连接第二钢包和第一钢包，所述长水口旋转启动机构与长水口连接，以在确保长水口与钢液面垂直的情况下控制长水口进行上下、左右、前后运动。本发明的装置和方法能够在不增加大量投资的条件下利用现有小规模设备(例如，用于生产30吨以下钢锭的电炉、钢包、行车、浇钢车等设备)来生产大规格钢锭(例如，50吨至80吨的钢锭)，并且成本低、操作简单、灵活、安全性高。
文档编号B22D41/56GK102274932SQ20111022355
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者刘孝义, 刘学明, 刘茂文, 常福华, 李玉华 申请人:莱芜钢铁集团有限公司