多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的设备的制作方法
【专利摘要】多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的设备，属于真空铸锭领域。能解决现有真空铸锭时大气造成的二次氧化和耐火材料污染钢水及塞杆塞头易断等缺陷。其特征：包壳底与真空盖上加高了的上下法兰内装有滑动水口及其机构和能分别使上导流管和小真空盖坐在下导流管上的换位器。坐首包抽真空后开水口钢流经上下导流管时，钢流大量放气被喷淋成雨滴状落入模内浇完关水口。换位器升起旋来小真空盖压紧在下导流管上对真空室内密封，对小真空室内破真空后吊走空包换坐新包，再对小真空室内抽真空后，升起旋来上导流管坐在下导流管上开水口第二包开始浇注，浇完后以此类推，吊走空包换坐下个钢包…末包浇完关水口破真空向冒口加入发热保温剂。
【专利说明】多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的设 备
【技术领域】
[0001] 本发明属于真空铸锭【技术领域】 技术背景
[0002] 现有真空铸锭技术在我国已有近四十年的历史，是已坐好的大钢锭模和保温冒的 真空室扣上真空盖，抽真空后，吊来塞杆式中间包，将水口对准导流管中心后坐在真空盖 上，再吊来盛有LF精炼后钢水的滑动水口钢包，打开水口对中间包进行大气中倒包，中间 包钢水升到规定高度时提升塞杆，钢水流股冲化密封铝片，进入真空，大量放出气体，经过 导流管呈一定扩散角的滴状钢水喷淋落入大锭模内，最后浇注成大钢锭，也可多包钢水依 次向中间包倒包补充钢水，连续真空浇注成一支更大的大钢锭。（注1)
[0003] 该法设备和工艺看似简单实用，但其最大缺点是：
[0004] 1.大气中倒包时，钢水流股紧密接触大气吸收大气中氧、氮和水分中氢和氧，使钢 水中增加[H]含量并形成金属氧化物和氮化物，钢水流股由中间包中进行真空浇注时，钢 水中增加的[H]可以大量放出，而氧化物和氮化物十分稳定，不易分解，以较大颗粒有害夹 杂物状态残留在钢中，另外，中间包衬塞杆袖砖和塞头砖因钢水的机械冲刷和化学侵蚀也 会给钢水带来较大颗粒的有害的非金属夹杂物。
[0005] 2.塞杆袖砖厚度有限，塞头冲刷太快，尤其多包钢水依次倒包时使浇注总时间倍 增，很容易造成塞杆熔断和塞头脱落的重大事故。
[0006] 3.为了减少倒包时"二次氧化"和耐火材料污染钢水，以及塞杆、赛头造成的重大 事故的缺陷，特意限制了每包钢水倒包时间，现一般130吨左右的滑动水口钢包的允许浇 注时间在60分钟左右，而真空浇注时，向中间包大气倒包时，每包倒包时间限制在20-30分 钟左右，这样就在多包真空浇注一支大钢锭时造成很多困难，现在各大重机厂因年需大型 铸锻件数量有限，不能建多台百吨级高功率电弧炉，对需要每半小时内供应一包精炼钢水 的组织调度工作要求极高。
[0007] 另外，现有技术使用大吨位铸锭天车长时间吊着钢包在固定位置上进行大气中倒 包作业，对整个浇注跨其它天车正常工作也有影响，即使现有双层天车也不能完全克服上 述缺点。
[0008] 注1 :供实审用资料：真空工程技术化学工业出版社2006年8月第一版
[0009] 第 467 页表 16-38 中 TD-VC 法
[0010] 第 484 页图 16-147 图 16-148 图 16-149
[0011] 第 485 页图 16-150
[0012] 注2 :连续铸锭装置徐宝升著冶金工业出版社1959年11月北京第一版第一 次印刷统一书号：15062. 1003第66页第二节
【发明内容】
：
[0013] (一）.目的：克服现有钢水真空铸锭技术上述缺点
[0014] 1.避免钢水接触大气；
[0015] 2.尽可能减少钢水和耐火材料接触时间；
[0016] 3.简化设备和工艺流程，降低成本；
[0017] 4.减少浇注过程中设备事故；
[0018] 5.每包钢水在工艺合理条件下允许有较长的浇注时间，便于组织多包钢水依次间 断性真空浇注一支大钢锭，取消铸锭天车长时间吊包在固定位置上真空浇注作业，解放天 车，使浇注跨生产流畅，提高生产能力。
[0019] (二）.设备组成□内是本发明申请文件中的简称
[0020] 1-盛有精炼后钢水的滑动水口钢水包。[钢包]
[0021] 2-钢包（1)壳下部加高了的水冷上法兰A和真空盖上部加高了的水冷下法兰A及 密封圈。[上、下法兰A]
[0022] 3-在钢包（1)壳底上法兰A(2)内安装有真空条件下使用的带吹Ar透气塞的滑 动水口及其开闭机构和液压缸及水冷防热装置，其液压、供Ar、冷却水等管线伸出上法兰 A(2)外后通过快速接头接上源头。[水口]
[0023] 在真空室盖上部下法兰A(2)内设有和真空室同中心布置的以下装置：
[0024] 4-可升降和180°往返旋转的上部导流管。[上导流管]
[0025] 其中包括有：上部水冷环A，其下表面需加工平整，外侧面设有吹Ar喷嘴，用于升 起和旋转时对下导流管上表面进行吹Ar清扫。
[0026] 还包括有环形导流管砖及其与上水冷环A焊成一体的耐热钢筒状外壳。
[0027] 5-固定导流管。[下导流管]
[0028] 其中包括有：中部水冷环，其上、下表面需加工平整，与其耐热钢制筒状外壳焊成 一体，下导流管（5)内砌有多节环形导流管砖和绝热耐火层。
[0029] 6-下部水冷环。[下水冷环]
[0030] 其中包括有：其上表面需加工平整，装有密封圈用于下导流管（5)和真空室密封 用，下水冷环与真空盖中心安装圆孔焊接在一起，和下导流管（5)的耐热钢制筒状外壳间 留有规定的间隙，便于安装和更换。
[0031] 7-真空室盖。[真空盖]
[0032] 8-下导流管（5)的真空密封盖。[小真空盖]
[0033] 其中包括有：该盖上部设有上水冷环B，其下表面需加工平整，并且镶嵌有密封 圈，外侧装有气动能升降和伸缩的弧形防热板，保护密封圈在升起和旋转时不被烤坏，还设 有对下导流管（5)上表面吹扫用的Ar气喷咀，小真空盖（8)的中部为下凹一定尺寸的放射 状水冷盘和上水冷环B焊成一体，上表面焊多道立筋，保证小真空盖（8)平整不扭曲。
[0034] 9-由钢包（1)下部的上法兰A(2)和真空盖（7)上部的下法兰A(2)及密封圈所围 成的可抽成真空的空间。[小真空室]
[0035] 10-上导流管（4)和小真空盖（8)之间设有水冷联接梁，在联接梁中心点上安装有 带水冷壳的液压换位器（10)，它可以升降和180°往返旋转，能分别使上导流管（4)和小真 空盖（8)与下导流管（5)中心线对正，带动上导流管对正后落下即可，带动小真空盖（8)落 到下导流管（5)上后，还要加压压紧密封圈才行。[换位器]
[0036] 11-钢包（1)吊到真空盖（7)上方后，用来快速对正上、下法兰A(2)的三支定位 器。[定位器]
[0037] 12-真空盖（7)和真空室间上、下法兰B及密封圈。[上、下法兰B]
[0038] 13-真空浇注室体。[真空室]
[0039] 14-下法兰A(2)外部侧面装有抽真空阀和连接小真空室（9)与真空盖（7)内部
[0040] 的管线，打开时用于对小真空室（9)内抽真空，达到67Pa时自动关上。[小真空 阀]
[0041] 15-下法兰A(2)外部侧面装有N2气阀和连接小真空室（9)与队气源的管线，打 开时用于向小真空室（9)内通入定量的N 2气后，自动关上。[N2气阀]
[0042] 16-下法兰A(2)外部侧面装有破真空阀和连接小真空室（9)的管线，打开时自动 吸入大气，达到一个大压时，自动关上，用于小真空室（9)单独破真空或和真空室（13)内一 起破真空。[破真空阀]
[0043] 17-真空室（13)中心线上的大钢锭的保温冒。[保温冒]
[0044] 18-真空室（13)中心线上的大钢锭模。[大锭模]
[0045] 19-真空抽气管道。[抽气管道]
[0046] (三）·本技术方案的浇注程序
[0047] 1.准备工作：真空盖车和真空盖（7)在待用工位。
[0048] 1.1待用时上导流管（5)对正后坐在下导流管（5)上，主载阀、小真空阀（14)、N2 阀（15)、破真空阀（16)均为关闭状态。
[0049] 1. 2开浇前规定时间，真空室（13)内壁下部锭盘上及事故用钢水通道内均要求彻 底清理，再用天车分别将模底板、大钢锭模（18)、保温冒（17)对准真空室（13)中心后放下， 并对大锭模内异物取出后，用薄钢板盖上，坐真空盖（7)前取走。
[0050] 1. 3准备好的真空盖（7)用真空盖车开来，对正上、下法兰B(12)的密封圈后落下。
[0051] 精炼钢包（1)出钢吊包前规定时间启动蒸汽喷射泵对主载阀前的真空系统进行 予抽真空。
[0052] 1.4钢包吊来时先在渣罐处打开水口（3)，放出固体充填料和放少许钢水后关上 水口，并将下滑板上吹Ar透气塞对准上滑板流钢孔中心后，送Ar气吹Ar搅拌。
[0053] 如果水口（3)放不出钢水，立即用氧气管吹02烧开后，放出少许钢水后，关上水口 (3)并吹Ar搅拌。
[0054] 2.首个钢包的浇注程序
[0055] 2. 1坐包、抽真空、开浇：
[0056] 吊首个钢包（1)通过定位器（11)对正上、下法兰A(2)中心后，坐在真空盖（7)上， 靠自重压紧，需时间60-90秒，开走天车，开主载阀通过真空管道（20)对真空室（13)内和 小真空室（9)内抽真空，约5-6分钟，真空度达到67Pa，打开水口（3)开始真空浇注，钢水流 股进入真空室，开始大量放出气体使流股喷淋成雨滴状经过上、下导流管后以较大的扩散 角淋入大钢锭模（18)内，每包钢水设计的浇注时间为35-45分（以钢包盛有130吨左右钢 水取40分为例）。
[0057] 2. 2停浇、换坐小真空盖（8)并压紧、破真空：
[0058] 首包钢水浇完关水口（3)，用换位器（10)升起旋走上导流管（4)旋来小真空盖 (8)对准下导流管（5)中心后落下，用时10-20秒，压紧在下导流管（5)上，约用时20秒，总 用时30-40秒，目的为下步工序小真空室（9)内破真空时，能保持真空室（13)内密封，并继 续保持不停的抽真空。开N 2气阀（16)向小真空室（9)内通入规定量的氮气后，自动关上， 约用时5秒。
[0059] 再开破真空阀（15)使小真空室（9)吸入大气破真空，当小真空室内达到一个大压 时，自动关上，约用时10-25秒。立即用天车吊走空包，约用时25秒。因为关水口（3)后， 天车主钩即可对准空包两耳轴中心线，待破真空指令下达25秒内起吊和开大车，可以吊起 空包0. 25米并用大车开行到18米以外。
[0060] 3.第二个钢包的浇注程序
[0061] 3. 1坐包、对小真空室（9)抽真空、换坐上导流管、开浇：
[0062] 在吊走第一个空包的同时，用另一个天车吊来第二个引流后的钢包（1)，通过定位 器（11)坐到真空盖（7)中心上，靠自重压紧，约用时60-90秒。开小真空阀（14)对小真空 室（9)内抽真空，约用时20-30秒，真空度达到67Pa时自动关上。用换位器（10)升起旋走 小真空盖（8)和旋来上导流管（4)落到下导流管（5)的中心上，约用时1020秒，打开水口 (3)开始真空浇注。
[0063] 3. 2停浇、换坐小真空盖并压紧、破真空，吊走空包：
[0064] 第二个钢包（1)浇完，关水口（3)，用换位器（10)升起旋走上导流管（4)旋来小真 空盖（8)对准下导流管（5)中心后落下并压紧，约用时30-40秒。开N 2气阀（16)，通入定 量的队气，约用时5秒自动关上。开破真空阀（15)，吸入大气破真空，约用时10-25秒达到 一个大压时，自动关上。立即用天车吊走空包，约用时25秒。
[0065] 4.第三个钢包至到末支前钢包的浇注程序
[0066] 同第二个钢包的浇注程序相同。
[0067] 5.末支钢包的浇注程序
[0068] 5. 1坐包、对小真空室（9)抽真空，换坐上导流管（5)、开浇；
[0069] 在吊走末支前钢包的同时，用另一天车吊来引流后的末支钢包（1)，通过定位器 (11)坐到真空盖（7)上，靠自重压紧，用时60?90秒。开小真空阀（14)对小真空室（9) 内抽真空，约用时20?30秒，真空度达到67Pa时自动关上。用换位器（10)升起旋走小真 空盖（8)和旋来上导流管（4)落到下导流管（5)的中心上，用时约10?20秒，。打开水口 (3)，开始真空浇注。
[0070] 5. 2停浇、破真空，吊走空包，加入冒口发热齐[J、保温剂；
[0071] 当钢水浇到大钢锭的保温冒处时，关小水口（3)，按冒口（17)规定注速浇注和补 缩，补缩完毕后关水口（3)。停止蒸汽喷射泵工作，关闭主载阀，开氮气阀（16)，通入真空室 (13)破真空所需规定的N 2气后，自动关上，约用时60秒。再开破真空阀（15)，吸入大气最 后破真空，真空室（19)内达到一个大压后，自动关上。吊走最后一支空包。
[0072] 破真空后50秒内，通过真空盖（7)上加料斗向冒口（17)加入首批发热剂，打开真 空盖（7)后3分钟内向冒口（17)内加入末批发热剂，待发热剂火焰熄灭后，再向冒口（17) 加入定量的碳化稻壳保温剂。并将真空盖车开到指定待用工位处停放。
[0073] 大钢锭按原规定制度冷却、脱冒、脱锭，按有关规定热送锻造加热炉或热处理炉。
[0074] (四）.需要说明的几个问题
[0075] 1.多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的质量有无问题？
[0076] 申请人:认为间断性真空浇注时对大钢锭的质量没有影响，以第二个钢包真空浇注 为例，具体分析如下：
[0077] ①.第二个包吊到真空盖（7)上方，借用定位器（11)快速使上、下法兰A(2)对中 坐下所需时间约60-90秒；
[0078] ②.开小真空阀（14)对小真空室（9)内抽成真空到67Pa，所需时间约20-30秒；
[0079] ③.用换位器（10)升起旋走小真空盖（8)和旋来上导流管（4)并落到下导流管 (5)上，所需时间约10-20秒，打开水口（3)开始真空浇注；此过程小真空盖（9)经过下导 流管（5)上方高温区时间不超过5秒?10秒。（高温区指下导流管（5)内环形导流管砖内 径区域）
[0080] ④.真空浇注时间设定为：130吨LF精炼后滑动水口钢包40分钟；
[0081] ⑤.浇完后用换位器（10)升起旋走上导流管（5)和旋来小真空盖（8)，约用时 10?20秒，压紧在下导流管（5)上约时间约20秒；总时间为30?40秒；此过程小真空室 盖（9)经过下导流管（5)上方高温区时间不超过5?10秒。
[0082] ⑥.开N2气阀向小真空室（9)内通入定量的N2气，所需时间约5秒，自动关上；
[0083] ⑦.再开破真空阀（16)使小真空室（9)内吸入大气到一个大气压时，所需时间约 10-25秒，自动关上；
[0084] ⑧.用天车吊走空包，所需时间约25秒；（因为在通入N2气时，铸锭天车主钩即可 对准钢包耳轴中心）；
[0085] 合计每个钢包从坐包到吊走空包，总时间约为：
[0086] 60-90 秒 +20-30 秒 +10-20 秒 +40 分 +10-20 秒 +20 秒 +5 秒 +10-25 秒 +25 秒= 42分55秒?43分55秒
[0087] 其中间断浇注时间约175秒?235秒=2. 92分?3. 92分
[0088] 在2. 92-3. 92分钟内真空室（13)内大钢锭模内钢水在模壁开始形成新的凝固层， 其厚度根据现有经验公式（注2) δ =k VT",式中6-生成凝固层厚度（公分）；T-自结晶 开始到测定的时间.（分）；k-凝固系数；根据铸坯的断面形状及冷却强度的不同，k值在 2. 6-2. 9范围内。因为多包浇注的最大钢锭可达700吨，断面最大尺寸约3米，冷却强度远 小于连铸坯和轧制用的十几吨小钢锭，因此k值只能按2. 6计算（也可能更低），T按2. 92 分和3. 92分计算：
[0089]
【权利要求】
1.权利要求1 :多个滑动水口包和特殊导流管间断性真空浇注大钢锭的设备 与最接近的现有真空铸锭技术共有的必要技术特征是：多包钢水通过真空盖上导流管 对真空室内大钢锭模进行真空浇注； 其特征是： a. 用盛有精炼后钢水的滑动水口钢包（1)取代塞杆式中间包，能坐在真空盖（7)上，直 接进行真空浇注； 钢包（1)通过加高了的上法兰A (2)和真空盖（7)上加高了的下法兰A (2)及密封圈所 围成的，可抽成真空的空间-小真空室（9); 钢包壳底上法兰A(2)内安装有真空条件下使用的带吹Ar透气塞的滑动水口（3)及其 开闭机构，液压缸及水冷防热装置，其液压、Ar气、和冷却水等管线伸出上法兰A (2)外通过 快速接头接上源头； b. 真空盖（7)上部下法兰A (2)内装有上导流管（4)和小真空盖（8)，其间设有水冷联 接梁，在其中心处设有带水冷壳的液压换位器（10)将它们联接在一起，能升降和180°往 返旋转，能分别和真空室（13)同中心线布置的下导流管（5)对正，上导流管（4)对正下导 流管（5)后落下即可，小真空盖（8)落到下导流管（5)上后还要加压压紧密封圈才行，小真 空盖（8)外侧设有多支气动能升降和伸缩的弧形防热板，用于保护密封圈不被烤坏，上导 流管（4)外侧设有吹Ar清扫下导流管（5)上表面的喷咀，上导流管（4)由上水冷环A和耐 热钢筒状外壳及耐火材料构成，小真空盖（8)由上水冷环B及其水冷件构成，下导流管（5) 由中水冷环及耐热钢筒状外壳和耐火砖及绝热材料构成，真空盖上安装孔上部焊接有下水 冷环（6)和密封圈，下导流管（5)的耐热钢筒状外壳和下水冷环（6)间留有空隙，便于安装 和更换； c. 下法兰A (2)下部外侧面装有： 小真空阀（14)及连接小真空室（9)和真空盖（7)内部的管线，打开时用于对小真空室 (9)内抽真空，达到67Pa时，自动关上； N2气阀（15)及连接小真空室（9)和队气源的管线，打开时用于对小真空室（9)内通 入定量的N2气后，自动关上； 破真空阀（16)及连接小真空室（9)管线，打开时自动吸入大气，达到一个大压时，自动 关上；用于对小真空室（9)单独破真空或和真空室（13)内一起破真空用； d. 由于滑动水口钢包和钢水总重比现有技术中塞杆式中间包盛钢水后总重大了约一 倍以上，因此，真空盖（7)、真空室（13)和真空盖车需加固； e. 真空室（13)内真空浇注用大钢锭模、保温冒、锭模底盘等均不变。
【文档编号】B22D41/42GK104084546SQ201410359807
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】冬日耀, 冬燕 申请人:冬日耀, 冬燕