专利名称：插枪式塞棒装置以及用其在水口处吸附夹杂物的方法
技术领域：
本发明涉及连铸用塞棒的制造及应用领域，尤其是涉及一种插枪
式塞棒装置以及用其在水口处吸附夹杂物的方法。特别适用于钢铁厂浇铸铝镇静钢、含铝钢、含钛钢和稀土钢等易出现水口结瘤的钢种。
背景技术：
连铸是冶金生产流程中重要工序,作为连接中间包和结晶器的重要的耐火材料水口，被称为连铸的“脖颈”，具有承上启下的作用，是确保连铸稳定运行的重要环节。钢铁厂连铸过程中，中间包水口和浸入式水口经常出现结瘤并造成水口堵塞，影响连铸的浇注和铸坯质量。随着连铸工艺的改进和耐火材料的开发，水口的使用寿命有了显著提高，但是，在浇铸过程中会发生Al2O3及部分其它元素结瘤现象，尤其在浇铸Al镇静钢、含Al钢、含Ti钢和稀土钢时，堵塞现象很严重，一直困扰着连铸工序。水口结瘤或堵塞不仅降低了连铸机的生产效率，影响整个连铸过程，而且是引起钢铁产品缺陷的主要原因之一。日本新日铁在绝缘材料制成的浸入式水口本体内加装芯板，浇注之前，将芯板通电加热，提高水口内壁温度，从而避免因钢水接触水口内壁温度急剧下降引起的Al2O3粘附。住友金属开发了利用中间包突出部分使钢水产生涡流的技术，平稳了钢水的流动，有效抑制了水口堵塞物的聚集。日本神户制钢研制出一种带有空冷和电磁搅拌装置的新型浸入式水口，水口外壁上加工有IOmm深的环形沟槽以增加冷却表面积，可以实现全过程低过热度浇注，避免水口堵塞。美国Weirton钢铁厂开展了大量生产实验减轻浸入式水口堵塞，采取保护浇注等措施可以减少夹杂物的产生，从而提高钢水洁净度。出口形状对水口使用效果的影响主要体现在钢水流对结晶器钢液的冲击深度上，为满足高拉速薄板坯连铸的需要，田乃媛等开发出一种被称为耗散型的四侧孔水口，降低了钢液和夹杂物的冲击深度，有利于夹杂物的上浮，能在一定程度上起到防止水口堵塞的作用。赵广荣等认为合理设计水口内腔结构有利于改善水口内腔的堵塞，传统的直腔式水口内腔结构在引流过程中钢水与水口内壁直接接触面积大，Al2O3等夹杂物粘附几率也大，将其改进成阶梯环状式内腔水口及双环阶梯式水口，减轻了 Al2O3等夹杂物粘附。陈崇峰等研究认为当表面粗糙度超过O. 3mm时，钢水边界层的粘滞部分失效，粘滞层的保护作用消失，钢中的Al2O3等夹杂物易于富集，因此水口工作面应尽可能光滑。苏珑等从材质上研究认为，着力开发ZrB2、BN等非金属氧化物材料、ZrO-CaO-C材料、低碳材料(碳〈5%)、无娃Al2O3-C材料以及无碳无硅材料等材质的水口，投入实践具有一定的防堵塞效果。目前各种方法主要研究的是如何改善水口结构、如何预防和减缓水口结瘤，而对夹杂物的流向和已结瘤水口考虑非常少，未从根本上解决水口结瘤堵塞的问题。对本发明提出的插枪式塞棒吸附夹杂，避免水口结瘤，提高钢水洁净度的方法未见报道，此发明具有独特的创新性
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有技术的诸多不足，一是提供一种插枪式塞棒装置，二是提供一种用插枪式塞棒装置在水口处吸附夹杂物的方法，目的是通过吸附枪将流经水口的夹杂物及时吸附和固定，解决水口结瘤同时提高钢水洁净度的问题。特别适用于现有钢铁厂连铸塞棒多功能化技术升级和措施改造，促进洁净钢平台的建设。本发明采用以下技术方案
一种水口吸附夹杂用的插枪式塞棒装置，包括与水平夹持器相连接的升降电机，其特征在于，所述装置主要由吸附枪、中空塞棒、热吹氩装置、水平夹持器和垂直升降架组成；
a.所述的吸附枪为中空节状结构，插入中空塞棒内，其上端与水平夹持器连接，下端插入水口内；
b.所述的中空塞棒为长圆柱形结构，分为棒头和棒身，棒头为螺旋结构，棒头通过螺纹与棒身连接，中空塞棒的内部设有配合吸附枪插入的中空管，中空塞棒上端与水平夹持器固定；
c.所述的热吹氩装置由供气管路和喷嘴构成，喷嘴一端接在外部热氩气管道上，另一端插入中空塞棒顶部的中空管内；
d.所述的水平夹持器由塞棒水平夹持器和吸附枪水平夹持器组成，塞棒水平夹持器一端与垂直升降架相连，另一端与中空塞棒相夹持；吸附枪水平夹持器，一端与垂直升降架相连，另一端与吸附枪相夹持；
e.所述的垂直升降架为管状结构，固定在在中间包的侧壁上。作为优选方案，所述的吸附枪呈竹竿状，分为单节形或者多节形结构，多节形结构的节与节之间通过螺纹连接。作为优选方案，所述的吸附枪外表面设有多条凸棱或凹槽。作为优选方案，所述的吸附枪外表面设有多个凸点或凹孔，或者是凸棱、凹槽、凸点、凹孔的任意组合结构。作为优选方案，所述的吸附枪的内部基体用普通耐材材质制造，其外表面设有厚度为l 5mm特制耐材涂覆层。作为优选方案，所述的水平夹持器包括塞棒水平夹持器和吸附枪水平夹持器，塞棒水平夹持器、吸附枪水平夹持器的一端分别与垂直升降架滑动连接，另一端分别依次夹持在中空塞棒和吸附枪上。作为优选方案，所述的垂直升降架由升降管和固定板组成，升降管与水平夹持器相连，固定板固定在中间包侧壁上，通过垂直升降架调整夹持器的高度。一种用插枪式塞棒装置在水口处去除钢水中夹杂物的方法，其操作方法是
a.插枪中间包开浇前，将多节吸附枪通过螺纹连接，固定在水平夹持器上，调节垂直升降架，使吸附枪对中中空塞棒的中空管，将吸附枪插入中空塞棒内，待吸附枪枪头到达中空塞棒头部位后停止；
b.氩封打开氩气管路，通入热氩气，使氩气从塞棒头部的喷嘴吹入中空管内，一方面形成稳定的氩气氛，阻断空气沿缝隙渗入，起到密封作用，另一方面使吸附枪具有一定温度；
c.降枪打开中空塞棒，中间包开浇，钢水流动稳定后，降低垂直升降架，使吸附枪插入水口内，开始吸附钢水中的夹杂物； d.吸附钢水从中间包上水口流入浸入式水口中,其中裹挟的夹杂物与吸附枪I碰撞，形成复杂的高熔点盐类，粘附在吸附枪上。e.换枪当吸附枪沾满夹杂物后，拔出吸附枪，卸掉沾满夹杂物的吸附枪节，将吸附枪重新插入中空塞棒内，继续操作。采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的插枪式塞棒装装置，结构设计科学，节约了部分更换水口的时间，并且吸附枪调节方便、快捷，有利于连铸的顺浇。用其在在水口处吸附夹杂物，其显著的效果在于
I)提高了钢水洁净度。使钢水进入结晶器之前得到了进一步净化，对提高铸坯凝固质
量很有利。2)降低了水口结瘤几率。通过吸附枪吸附大部分流经水口的夹杂物，大大降低了水口结瘤几率，减缓了耐火材料的侵蚀，降低了耐材成本；
3)优化了连铸操作工艺。4)本发明用插枪式塞棒装置在水口处吸附夹杂的方法，操作工艺简单实用，降低了连铸耐材的经济成本，提高了铸坯质量，为连续、高效、稳定浇注洁净钢水奠定了基础。
图1是本发明使用状态图，即为水口去除夹杂物示意图。图2是本发明插枪式塞棒结构示意图。图3是本发明一节吸附枪结构示意图。图中，吸附枪I ;热吹氩装置2 ;中空塞棒3 ;水平夹持器4 ;垂直升降架5 ;钢水6 ；中间包7 ;水口 8 ;结晶器9 ;凹孔10 ;螺纹节11。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述。见图1-3，一种插枪式塞棒装置，由吸附枪1，热吹氩装置2，中空塞棒3，垂直升降架5，水平夹持器4组成。所述吸附枪I呈竹竿状，由枪头和强身组成。分两种类型，一种是单节型，插入钢水中的枪头部分采用特制耐材，枪身部分采用普通耐材，适用于钢水夹杂物较少、不用换枪的情况。另一种是多节型，整体分若干节，节与节之间通过螺纹11连接，每节材质都为特质耐材，适用于钢水夹杂物较多、需要换枪的情况。吸附枪I外表有若干条凸棱或凹槽，或者有大量凸点或凹孔10，或者是凸棱、凹槽、凸点、凹孔10的任意组合，便于吸附大量夹杂物。吸附枪I特制部分内部基体为普通耐材，材质为铝-碳质、铝-锆-碳质、熔融石英质、镁-碳质或铝-钙质等其中之一；外表面有特制耐材的涂覆层，厚度为f5mm，材质为氧化钙、氧化镁、氧化锆、氧化硅的一种或者任意两者的组合。中空塞棒3为长圆柱形，固定在中间包7的垂直升降架5上，中空塞棒3内部为中空管，中空管配合吸附枪I插入，下部棒头通过螺纹与棒身连接，可拆卸。中空塞棒3材质为铝-碳质、铝-锆-碳质或熔融石英质中的一种。热吹氩装置2由供气管路和喷嘴构成，喷嘴一端接在外部热氩气管道上，另一端插入中空塞棒3顶部的中空管内。水平夹持器4包括塞棒水平夹持器和吸附枪水平夹持器，塞棒水平夹持器与吸附枪水平夹持器相互平行设置，一端与垂直升降架相连，另一端分别夹持中空塞棒3和吸附枪I，水平夹持器4可进行水平移动，通过水平移动来调节水平距离。垂直升降架5由钢管和固定钢板组成，钢管焊接在固定板上，固定板固定在中间包 的侧壁上，与水平夹持器4相连。用插枪式塞棒装置在水口处去除钢水中夹杂物的方法
将多节吸附枪I通过螺纹11连接后，固定在水平夹持器4上，调节垂直升降架5，将吸附枪I插入中空塞棒3内，枪头下降至塞棒头处停止；通入热氩气,密封中空塞棒3的中空管。然后打开中空塞棒3，中间包7开浇，待钢水流动稳定后，降低垂直升降架5，使吸附枪I插入水口 8中一定深度，开始吸附钢水6中的夹杂物；当夹杂物吸附至一定量后，可拔出吸附枪1，卸掉吸附枪I沾满夹杂物的一节，然后将其重新插入中空塞棒3中，继续使用。具体操作步骤如下
步骤1:插枪。中间包开浇前，将多节吸附枪I通过螺纹11连接，固定在水平夹持器4上，调节垂直升降架5，使吸附枪I对中中空塞棒3的中空管，将吸附枪I插入，待枪头到达塞棒头部位后停止；
步骤2 :氩封。打开氩气管路，通入1300°C的热氩气，氩气的通气流量为1. 2L/min，使氩气从塞棒头部的喷嘴吹入中空管内，一方面形成稳定的氩气氛，阻断空气沿缝隙渗入，起到密封作用，另一方面使吸附枪具有一定温度；
步骤3 :降枪。打开中空塞棒3，中间包7开浇，钢水流动稳定后，将夹持吸附枪I的升降架降5低，使吸附枪I插入钢水中一定深度；
步骤4 :吸附。钢水从中间包上水口 8流入浸入式水口中，其中裹挟的夹杂物与吸附枪I碰撞，形成复杂的高熔点盐类，粘附在吸附枪I上。步骤5 :换枪。若钢水洁净度较高，一个浇次内无需换枪；若钢水质量较差，浇注一段时间后，吸附枪沾满夹杂物，则通过垂直升降架拔出吸附枪，注意同时调节氩气流量，使钢水流动保持稳定，卸掉沾满夹杂物的一节，换下一节，重新插入塞棒中，继续使用。实施例1单节型插枪式塞棒装置
本实施例插枪式塞棒装置见图3，这种插枪式塞棒装置适用于钢水夹杂物较少、不用换枪的情况，其吸附枪I是单节型，枪身长1900mm,直径25mm,其中枪头部分长250mm,枪头的外表面设有大量凹孔10，凹孔10的作用是吸附大量夹杂物。枪身用耐火材质为普通铝-碳质制造，枪头为特制耐火材料，其中基体为铝-碳质，枪头的外表面设有特制耐材的涂覆层，涂覆层厚度为4mm,材质为氧化隹丐。用单节型插枪式塞棒装置在水口出吸附夹杂物的方法
位于结晶器9上方的中间包7开浇前，将吸附枪I固定在水平夹持器4上，调节垂直升降架5，将吸附枪I插入中空塞棒3内，枪头下降至塞棒头处停止；通入热氩气,密封中空塞棒3的中空管；打开中空塞棒3，中间包7开浇，待钢水流动稳定后，降低垂直升降架5，使吸附枪I插入水口 8中250mm，钢水6中的夹杂物与吸附枪I的表层材质发生反应，生成高熔点复合夹杂物，并被吸附在凹孔10中，待浇注完毕后，拔出吸附枪I清理，大大提高了钢水洁净度。实施例3多节型插枪式塞棒装置
见图2本实施例制作了一种插枪式塞棒，适用于钢水夹杂物较多、需要换枪的情况，其吸附枪I是多节型结构，枪长2000mm,直径25mm,共分5节,每节长400mm,每节节头有螺纹11，吸附枪的外表面设有大量的凹孔10，凹孔10用来吸附大量夹杂物。吸附枪I的基体为铝-碳质，外表面有特制耐材的涂覆层，厚度为4mm，材质为氧化钙和氧化镁。用多节型插枪式塞棒装置在水口出吸附夹杂物的方法
位于结晶器9上方的中间包开浇前，将多节吸附枪I通过螺纹11连接后，固定在水平夹持器4上，调节垂直升降架5，将吸附枪插入中空塞棒3内，枪头下降至中空塞棒头处停止；打开热吹氩装置2的喷嘴，通入热氩气，密封中空塞棒3的中空管；然后打开中空塞棒3，中间包7开浇，待钢水流动稳定后，降低垂直升降架5，使吸附枪I插入水口 8中300_，钢水中的夹杂物与吸附枪I的表层材质发生反应，生成高熔点复合夹杂物，并被吸附在凹孔10中，待浇注一段时间后，吸附枪I沾满夹杂物，则通过垂直升降架5拔出吸附枪1，同时调节氩气流量，使钢水流动保持稳定，卸掉沾满夹杂物的吸附枪节，换下一节，重新插入中空塞棒3中，继续使用。实施例5凸棱单节型插枪式塞棒装置
制作了一种单节型插枪式塞棒，适用于钢水夹杂物较少、不用换枪的情况，其吸附枪I是单节型，枪长1900mm，直径25mm，其中枪头部分长250mm，枪头有大量凸棱，可吸附大量夹杂物。枪身耐火材质为普通铝-碳质，枪头为特制耐火材料，其中基体为铝-锆-碳质，夕卜表面有特制耐材的涂覆层，厚度为4mm,材质为氧化隹丐。用凸棱单节型插枪式塞棒在水口出吸附夹杂物的方法
位于结晶器9上方的中间包7开浇前，将吸附枪I固定在水平夹持器4上，调节垂直升降架5，将吸附枪I插入中空塞棒3内，枪头下降至塞棒头处停止；打开热吹氩装置2通入热氩气，密封中空塞棒3的中空管；打开中空塞棒3，中间包7开浇，待钢水流动稳定后，降低垂直升降架5，使吸附枪I插入水口中250mm，钢水中的夹杂物与吸附枪I的表层材质发生反应，生成高熔点复合夹杂物，并被吸附在凸棱处，待浇注完毕后，拔枪清理，大大提高了钢水洁净度。实施例6凸棱多节型插枪式塞棒
制作了一种插枪式塞棒，适用于钢水夹杂物较多、需要换枪的情况，其吸附枪I是多节型，枪长2000mm，直径25mm，共分5节，每节长400mm，每节节头有螺纹11，吸附枪I有大量凸棱，可吸附大量夹杂物。吸附枪I基体为铝-锆-碳质，外表面有特制耐材的涂覆层，厚度为4mm，材质为氧化钙和氧化镁。用凸棱多节型插枪式塞棒在水口处吸附夹杂物的方法
位于结晶器9上方的中间包7开浇前，将多节吸附枪通过螺纹11连接后，固定在水平夹持器4上，调节垂直升降架5，将吸附枪I插入中空塞棒3内，枪头下降至塞棒头处停止；通入热氩气，密封中空塞棒3的中空管；打开中空塞棒，中间包7开浇，待钢水流动稳定后，降低垂直升降架5，使吸附枪I插入水口中300_，钢水中的夹杂物与吸附枪I的表层材质发生反应，生成高熔点复合夹杂物，并被吸附在凸棱处，待浇注一段时间后，吸附枪I沾满夹杂物，则通过垂直升降架5拔出吸附枪，同时调节氩气流量，使钢水流动保持稳定，卸掉沾满夹杂物的一节，换下一节，重新插入塞棒中，继续使用。以上公开的仅为本发明的具体实施例，虽然本发明以较佳的实施例揭示如上，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，在不脱离本发明的设计思想和范围内，对本发明进行各种改动和润饰，都应落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种插枪式塞棒装置，包括与水平夹持器相连接的升降电机，其特征在于，所述装置主要由吸附枪、中空塞棒、热吹氩装置、水平夹持器和垂直升降架组成； a.所述的吸附枪为中空节状结构，插入中空塞棒内，其上端与水平夹持器连接，下端插入水口内； b.所述的中空塞棒为长圆柱形结构，分为棒头和棒身，棒头为螺旋结构，棒头通过螺纹与棒身连接，中空塞棒的内部设有配合吸附枪插入的中空管，中空塞棒上端与水平夹持器固定； c.所述的热吹氩装置由供气管路和喷嘴构成，喷嘴一端接在外部热氩气管道上，另一端插入中空塞棒顶部的中空管内； d.所述的水平夹持器由塞棒水平夹持器和吸附枪水平夹持器组成，塞棒水平夹持器一端与垂直升降架相连，另一端与中空塞棒相夹持；吸附枪水平夹持器，一端与垂直升降架相连，另一端与吸附枪相夹持； e.所述的垂直升降架为管状结构，固定在在中间包的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的插枪式塞棒装置，其特征在于，所述的吸附枪呈竹竿状，分为单节型或者多节型结构，多节型结构的节与节之间通过螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的插枪式塞棒装置，其特征在于，所述的吸附枪外表面设有多条凸棱或凹槽。
4.根据权利要求3所述的插枪式塞棒装置，其特征在于，所述的吸附枪外表面设有多个凸点或凹孔，或者是凸棱、凹槽、凸点、凹孔的任意组合结构。
5.根据权利要求1-4所述的插枪式塞棒装置，其特征在于，所述的吸附枪的内部基体用普通耐材材质制造，其外表面设有厚度为I 5mm特制耐材涂覆层。
6.根据权利要求1所述的插枪式塞棒装置，其特征在于，所述的水平夹持器包括塞棒水平夹持器和吸附枪水平夹持器，塞棒水平夹持器、吸附枪水平夹持器的一端分别与垂直升降架滑动连接，另一端分别依次夹持在中空塞棒和吸附枪上。
7.根据权利要求1所述的插枪式塞棒装置，其特征在于，所述的垂直升降架由升降管和固定板组成，升降管与水平夹持器相连，固定板固定在中间包侧壁上，通过垂直升降架调整夹持器的高度。
8.一种用插枪式塞棒装置在水口处吸附夹杂物的方法，其特征在于，其操作方法是 a.插枪中间包开浇前，将多节吸附枪通过螺纹连接，固定在水平夹持器上，调节垂直升降架，使吸附枪对中中空塞棒的中空管，将吸附枪插入中空塞棒内，待吸附枪枪头到达中空塞棒头部位后停止； b.氩封打开氩气管路，通入热氩气，使氩气从塞棒头部的喷嘴吹入中空管内，一方面形成稳定的氩气氛，阻断空气沿缝隙渗入，起到密封作用，另一方面使吸附枪具有一定温度； c.降枪打开中空塞棒，中间包开浇，钢水流动稳定后，降低垂直升降架，使吸附枪插入水口内，开始吸附钢水中的夹杂物； d.吸附钢水从中间包上水口流入浸入式水口中,其中裹挟的夹杂物与吸附枪I碰撞，形成复杂的高熔点盐类，粘附在吸附枪上； e.换枪当吸附枪沾满夹杂物后，拔出吸附枪，卸掉沾满夹杂物的吸附枪节，将吸附枪重新插入 中空塞棒内，继续操作。
全文摘要
一种插枪式塞棒装置以及用其在水口出吸附夹杂物的方法，所述装置主要由吸附枪、中空塞棒、热吹氩装置、水平夹持器和垂直升降架组成；其吸附枪为中空节状结构，插入中空塞棒内，中空塞棒为长圆柱形结构上端用水平夹持器固定；热吹氩装置一端接在外部热氩气管道上，另一端插入中空塞棒顶部的中空管内；塞棒水平夹持器一端与垂直升降架相连，另一端与中空塞棒相夹持；吸附枪水平夹持器，一端与垂直升降架相连，另一端与吸附枪相夹持。用该装置在水口处吸附夹杂物的方法分为插枪，氩封，降枪，吸附和换枪步骤，该装置结构设计科学，节约了部分更换水口的时间，用其吸附杂物，有利于连铸的顺浇，提高了钢水洁净度，降低了水口结瘤几率。
文档编号B22D11/10GK103008636SQ20131002112
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者赵定国, 王书桓, 崔小杰, 黄凯, 刘吉猛, 李伟峰 申请人:河北联合大学