专利名称：一种减少铸锭中夹杂物的浇注装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶金铸造技术领域，具体是给出了一种减少金属熔液中夹杂物的模铸浇注装置，能有效避免结晶器卷渣，去除铸锭中的夹杂物、提高铸锭的洁净度。
背景技术：
钢中夹杂物的存在是影响钢制品性能的重要因素，有时甚至是决定性因素。夹杂物对钢力学性能和工艺性能的影响，主要是降低材料的塑性、韧性、疲劳性能和耐腐蚀性能，尤其当夹杂物以不利的形状及分布特征存在时，对材料的机械性能影响更为严重。统计结果表明，机器零件的失效，疲劳破坏约占90%以上。钢中非金属夹杂物，如氧化物、硫化物等危害性就在于都呈独立项存在，破坏了钢基体的均匀连续性，造成了应力集中，促进了疲 劳裂纹的产生，并在一定条件下加速了裂纹的扩展，从而加速了疲劳破坏的过程，因此，为了满足日益提高的用户要求，就必须尽可能地去除钢中的夹杂物，不断地提高钢材的洁净度。虽然目前大部分的钢铁材料都采用连铸生产，但是在特殊钢的生产中模铸仍然有着广泛的用途，例如大型的涡轮用钢、车轴用钢以及航空航天用钢都是采用模铸来浇注。这些钢对钢中的夹杂物含量的要求更为严格，尤其是钢中的大尺寸的夹杂物必须去除干净。与连铸一样结晶器内是夹杂物去除的最后机会，夹杂物在结晶器内的去除效率与结晶器内的流场密切相关，有研究结果表明在结晶器内产生向上的旋流可以显著提高钢液中夹杂物的去除率，Z. Zhang, S. Yokoya, A. Tilliander, P. G. j5nsson提出在在烧道内安装旋流叶片可以产生旋流，提高钢液中夹杂物的去除率(ISIJ International, Vol. 50 (12)，2010，1756-1762。在浇道内安装旋流叶片虽然可以产生上升旋流，但高温高速流动的钢水必定会冲刷涡流叶片，涡流叶片的寿命很难保证，另一方面还会在钢液中产生新的夹杂物。本专利设计一种自身可以产生向上涡流的浇注装置，避免使用涡流叶片。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能够减少金属熔液中夹杂物的模铸浇注装置，通过该装置进行浇注时结晶器内能够产生向上的旋流，促进夹杂物的上浮，使钢液在结晶器内进一步净化，同时还可以避免卷渣，提高了铸锭的洁净度水平。一种减少铸锭中夹杂物的浇注装置包括水平浇道、垂直浇道和交口，所述的水平浇道横截面是直径为Dl的圆形，所述的垂直浇道分三段，其中上段和下段截面分别为直径Dl和D2的圆形，中间段为过渡段，下段直径D2等于直径Dl的I. 5-2倍，上、下两段浇道长度比Hl :Η3=1-2. 5，中间过渡段长H2是上段浇道Hl的1/5，堵住部分沿径向的厚度L=1/8D1-1/4D1。浇口的设计是本实用新型的核心，浇口的形状如附图I所示，交口是由水平浇道和垂直浇道连接所形成，在水平浇道的末端浇道的一部分被堵住，剩余浇道的截面为圆形的一部分，堵住部分沿径向的厚度为L。堵住部分沿径向的厚度L是本发明专利的重要参数，当L太大时浇口的截面积就会很小，钢水通过浇口的流速就会很大，就会造成结晶器内流动加剧，容易造成液面波动和卷渣；当L过小，产生的旋流就很弱，对去除夹杂物的效果不明显，本实用新型设计L=1/8D1-1/4D1。本实用新型能够产生旋流是这样实现的，当金属熔液流动到水平浇道末端时，由于浇道部分被堵住流速就会急剧加速，而且流速在剩余浇道的截面上分布极为不均匀，在截去部分一边速度很小，在沿水平浇道壁一边速度很大。沿浇道壁的快速流股进入垂直浇道后在浇道壁的导流作用下会继续沿浇道壁进行圆周运动，同时向上流动，这样就产生了 向上的旋流。本实用新型的特点就是无需安装旋流涡片自身就能产生向上的旋流，可以降低成本，避免外来夹杂物的产生，提高浇注装置的寿命，更重要的是本浇注装置容易制作，操作也非常简单，也非常容易实施。
图I :浇注装置主视图图2 :浇注装置左视图图3: A-A剖面图
具体实施方式
实施例I :一种减少铸锭中夹杂物的浇注装置由水平浇道I、垂直浇道和交口 4三部分组成，水平浇道横截面是直径为O. 05m的圆形，垂直浇道分三段，其中上段3和下段2截面分别为直径O. 05和O. 075的圆形，中间段为过渡段。上下两段浇道长度比H1:H3=1. 5，中间过渡段长H2是上段浇道Hl的1/5，堵住部分沿径向的厚度L=O. 02mm.实施例2 一种减少铸锭中夹杂物的浇注装置由水平浇道I、垂直浇道和交口 4三部分组成，水平浇道横截面是直径为O. 05m的圆形，垂直浇道分三段，其中上段3和下段2截面分别为直径O. 05和O. 085的圆形，中间段为过渡段。上下两段浇道长度比H1:H3=2. 0，中间过渡段长H2是上段浇道Hl的1/5，堵住部分沿径向的厚度L=O. 025mm.实施例3:一种减少铸锭中夹杂物的浇注装置由水平浇道I、垂直浇道和交口 4三部分组成，水平浇道横截面是直径为O. 05m的圆形，垂直浇道分三段，其中上段3和下段截面2分别为直径O. 05和O. 075的圆形，中间段为过渡段。上下两段浇道长度比H1:H3=2. 5，中间过渡段长H2是上段浇道Hl的1/5，堵住部分沿径向的厚度L=O. 0125mm.采用上述三种浇注装置进行浇注，钢液中的夹杂物得到了最大限度的去除，显著提高了铸锭的洁净度水平。通过取浇注前钢液试样和铸锭中的试样进行分析得到，三种浇注装置对大于50 μ m的夹杂物的去除效率分别是84%、87%和89%。
权利要求1.一种减少铸锭中夹杂物的浇注装置，其特征是包括水平浇道、垂直浇道和交口，所述的水平浇道横截面是直径为Dl的圆形，所述的垂直浇道分三段，其中上段和下段截面分别为直径Dl和D2的圆形，中间段为过渡段，下段直径D2等于直径Dl的I. 5-2倍，上、下两段浇道长度比Η1:Η3=1-2.5，中间过渡段长H2是上段浇道Hl的1/5，堵住部分沿径向的厚度 L=1/8D1-1/4D1。
专利摘要本实用新型是一种减少铸锭中夹杂物的浇注装置，属于冶金铸造技术领域。该装置包括水平浇道、垂直浇道和交口三部分。水平浇道横截面是直径为D1的圆形，垂直浇道分三段，其中上段和下段截面分别为直径D1和D2的圆形，中间段为过渡段，下段直径D2等于直径D1的1.5-2倍。上下两段浇道长度比H1:H3=1-2.5，中间过渡段长H2是上段浇道H1的1/5。堵住部分沿径向的厚度L=1/4R1-1/2R1。该浇注装置一方面可以改善结晶器内金属熔液的流动状态避免卷渣，另外还可以产生上升的旋流，钢液在结晶器内旋流有利于钢液中夹杂物的碰撞上浮，大于50μm的夹杂物在结晶器内的去除效率以达到80%以上。
文档编号B22D11/118GK202779636SQ201220539130
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月20日 优先权日2012年10月20日
发明者张立峰, 刘庭耀 申请人:北京科技大学