铸造设备和使用该铸造设备的铸造方法与流程

本公开涉及铸造设备和使用该铸造设备的铸造方法，并且更具体地涉及能够有效移除钢水中的夹杂物并限制钢水的再氧化的铸造设备以及使用该铸造设备的铸造方法。

背景技术：

连铸设备接纳来自钢制造设备的钢水以制造板坯。该连铸设备包括：钢包，该钢包对钢水进行运输；中间包，该中间包接纳来自钢包的钢水以暂时储存所接纳的钢水；结晶器，该结晶器连续地接纳来自中间包的钢水并且首先使钢水凝固成板坯；以及冷却区域，该冷却区域执行一系列成型工作、同时其次使从结晶器中被连续拉拔的板坯冷却。

在钢水容纳在中间包中并被保留预定时间时，夹杂物浮起以被分离，从而使炉渣稳定，并且防止再氧化。钢水接着被供给至结晶器以形成呈板坯形状的初始凝固层。此时，确定了板坯的表面品质。

结晶器中的板坯的表面品质的程度根据钢水就夹杂物而言的洁净度来确定。例如，当钢水就夹杂物而言的洁净度较差时，在板坯的表面上可能因夹杂物本身而出现缺陷，并且由于浸入式水口被夹杂物堵住，因此钢水流可能变得异常，从而降低板坯的表面品质。

钢水就夹杂物而言的洁净度可以根据在钢水于钢包中保持预定时间时夹杂物的浮动和分离的程度而大幅变化，并且夹杂物的浮动和分离的程度可以与钢水保持在钢包中的时间成比例。

因此，作为延长钢水在中间包中的停留时间的方法，常规上，通过在中间包中建立坝或堰来调节钢水的流，从而控制钢水的停留时间。然而，当混合至钢水的夹杂物中的每一夹杂物的尺寸为30μm或更小时，夹杂物浮动以被分离的时间大于钢水的停留时间。由于这一原因，通过利用中间包中的坝和堰可能很难移除尺寸分别为30μm或更小的夹杂物。

(现有技术文献)

日本登记专利no.4096635

日本登记专利no.3654181

技术实现要素：

技术问题

本公开提供了能够通过有效移除钢水中的夹杂物来限制铸造期间的水口堵塞现象的铸造设备以及使用该铸造设备的铸造方法。

本公开还提供了能够通过限制钢水的再氧化来确保洁净度的铸造设备以及使用该铸造设备的铸造方法。

技术解决方案

根据一个示例性实施方案，铸造设备包括：盖构件，该盖构件安装在中间包上，以在容纳于中间包中的钢水的熔融表面的上部部分的至少一部分中限定空间；真空泵，该真空泵连接至盖构件以在上述空间中形成真空；以及控制单元，该控制单元配置成控制真空泵的操作。

盖构件可以包括：竖向部件，该竖向部件具有中空形状，在该中空形状中，上部部分和下部部分是开放的，并且该竖向部件竖向地设置成使得至少一部分浸没到钢水中；以及水平部件，该水平部件连接至竖向部件的上部部分以在竖向部件与水平部件之间限定空间。此处，在水平部件中可以限定有用于与真空泵连接的排放孔。

水平部件可以仅覆盖竖向部件的上部部分。

水平部件可以坐置在中间包的上部部分上。

在中间包中可以设置有结构件和诱导构件。此处，该结构件可以在与中间包的底表面间隔开的同时横跨中间包的内部，以形成钢水的流，并且该诱导构件可以在与中间包的底表面间隔开的同时以平行于结构件的方式布置在结构件的两侧中的每侧处。

诱导构件的顶表面可以在位置上高于结构件的顶表面。

可以设置有喷嘴以向中间包供给气体，并且该喷嘴可以在诱导构件之间设置在结构件的一侧处。

铸造设备还可以包括检测单元，该检测单元配置成测量空间中的钢水的熔融表面的液位。

检测单元可以包括距离传感器和温度传感器中的至少一者。

根据另一示例性实施方案，铸造方法包括：准备中间包；将钢水注入至中间包；将真空形成件安装在中间包的上部部分上，以在容纳于中间包中的钢水的熔融表面的上部部分的至少部分区域中形成真空；通过将气体吹入到钢水中来形成旋流；以及在钢水的熔融表面的上部部分的至少部分区域中形成真空。

中间包的准备可以包括：形成诱导构件，该诱导构件构造成限定用于形成真空的区域。此处，诱导构件可以以平行于结构件的方式形成在该结构件的两侧中的每侧处：该结构件在与中间包的底表面间隔开的同时横跨中间包的内部。

真空形成件的安装可以包括：将盖构件安装在诱导构件之间；通过将盖构件的至少一部分浸没到钢水中而在盖构件中形成与钢水的熔融表面间隔开的空间；以及将真空泵连接至盖构件。

旋流的形成可以包括将气体吹至结构件的一侧。

真空的形成可以包括通过操作真空泵来抽吸空间。

真空的形成可以在盖构件的至少一部分浸没到钢水中时执行。

真空的形成可以包括：对空间中的钢水的熔融表面的液位的变化进行测量，并且可以根据钢水的熔融表面的液位的变化来调节空间的真空程度。

有利效果

根据依照示例性实施方案的铸造设备和使用该铸造设备的铸造方法，不论钢水的熔融表面如何变化，都可以在钢水中连续地形成旋流以有效地移除钢水中的夹杂物。也就是说，由于在容纳于中间包中的钢水的熔融表面的上部部分的至少一部分中形成有空间，并且该空间的内部被抽吸以形成真空，因此可以始终恒定地保持钢水的熔融表面的液位。因此，由于不论空间外部的钢水的熔融表面的如何变化，都通过在空间中形成真空而恒定地保持钢水的熔融表面的液位，因此钢水在中间包中的停留时间可以增加，以有效地移除钢水中的夹杂物。

此外，由于注入以形成旋流的气体通过形成真空的空间而被排放至外部，因此，可以防止因气体排放而引起的暴露的钢水接触大气，以限制或防止钢水的再氧化。

此外，由于保持了钢水的洁净度，因此可以限制或防止可能在铸造期间产生的水口堵塞或板坯缺陷。

附图说明

图1是图示了根据一个示例性实施方案的铸造设备的示意图。

图2是图示了根据一个示例性实施方案的铸造设备的主要构造的视图。

图3是应用至根据一个示例性实施方案的铸造设备的真空形成件的示例的视图。

图4是图示了应用至根据一个示例性实施方案的铸造设备的真空形成件的修改示例的视图。

图5是图示了安装用于测量根据一个示例性实施方案的铸造设备中的钢水的熔融表面的液位的检测单元的示例的视图。

图6是图示了在铸造期间通过使用根据一个示例性实施方案的铸造设备在钢水中形成旋流的状态的视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。然而，本发明可以以不同的形式来实施并且本发明不应被解释为受限于本文中所阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案以使得本发明将是透彻且完整的，并且将向本领域的技术人员充分传达本发明的范围。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。

图1是图示了根据一个示例性实施方案的铸造设备的示意图，图2是图示了根据一个示例性实施方案的铸造设备的主要构造的视图，图3是应用至根据一个示例性实施方案的铸造设备的真空形成件的示例的视图，图4是图示了应用至根据一个示例性实施方案的铸造设备的真空形成件的修改示例的视图，并且图5是图示了对用于测量根据一个示例性实施方案的铸造设备中的钢水的熔融表面的液位的检测单元进行安装的示例的视图。

参照图1，铸造设备1，例如连铸设备，可以包括：中间包20，该中间包20储存及分配从钢包10提供的钢水m，该钢包10是用于储存已经经历精炼的钢水的容器；塞棒(stopper)(未示出)或滑动板(未示出)，该塞棒或滑动板用于对钢水m的流量进行控制；浸入式水口32，该浸入式水口32将中间包20中的钢水m提供至结晶器30；以及结晶器30，该结晶器30通过使钢水m凝固而产生板坯s。此外，在结晶器30下方可以设置有用于使板坯s冷却的冷却线50。

参照图2，中间包20可以具有中空形状，在该中空形状中，上部部分是开放的，并且在下部部分中限定有钢出口孔21，钢水通过该钢出口孔21被排出。可以提供各种结构件，以在中间包20中形成钢水的流。结构件可以包括坝23、堰24和防涡流坝(未示出)。此处，坝23可以从中间包20的底表面向上突出。堰24可以与中间包20的底表面间隔开并且设置在中间包20的侧壁上以在高于钢水的液位和坝23的高度中的每一者的位置处横跨中间包20的内部。此外，防涡流坝可以设置成邻近于位于中间包20的下部部分中的钢出口孔21，以限制涡流的产生，使得防止炉渣被引入至结晶器30。坝23和堰24可以以平行、同时彼此间隔开的方式布置，并且在坝23与堰24之间可以限定钢水流动通过的通道。

在沿中间包20的纵向方向的两侧中的每一侧可以设置一个钢出口孔21，并且在套罩水口(shroudnozzle)12布置在沿中间包20的纵向方向的中央处时，容纳在钢包10中的钢水可以注入至中间包20。

通过上述构造，通过水口12注入的钢水可以移动通过由堰24和坝23在中间包20中限定的通道并且可以通过钢出口孔21排放。如上面所描述的，钢水在中间包20中的停留时间通过在中间包20中形成钢水流而增加，因此钢水中的夹杂物可以通过布置在钢水上的炉渣s收集。

然而，由于从套罩水口12注入的钢水形成简单地经过由中间包20的上述结构件中的堰24和坝23限定的通道的流，因此钢水中的夹杂物可能不会被充分移除。因此，通过将喷嘴26安装在中间包20的下部部分处并将气体，例如惰性气体，吹入中间包20中而可以在中间包中形成钢水的旋流。此处，喷嘴26可以设置于堰24的一侧，例如邻近于套罩水口12的部分。因此，钢水可以在环绕堰24的同时因从喷嘴26供给的气体而流动来形成旋流，并且钢水在中间包20中的停留时间可以进一步增加。

然而，在这种情况下，由于在注入到中间包中的气体排放时，炉渣移动而形成裸露钢水，因此钢水接触大气并且再氧化。此外，由于在更换钢包时，中间包20中的钢水的熔融表面的液位降低，因此不会平稳产生中间包20中的钢水的旋流。

因此，根据一个示例性实施方案，由于在安装了能够在中间包20的至少一部分中形成真空的真空形成件100，从而无论钢水的熔融表面的液位如何变化都连续产生旋流，钢水中的夹杂物可以被有效地移除，并且可以限制由钢水与大气之间的接触所引起的再氧化。

可以设置下述诱导构件25来安装真空形成件100：该诱导构件25限定用于恒定地保持中间包20中的钢水的熔融表面的液位的区域，即，用于形成旋流的区域。在通过使用真空形成件100在中间包20中的预定区域中形成真空的情况下，由于在钢水的熔融表面的液位低于堰24的上部部分时难以保持真空状态，因此可以通过将诱导构件25设置于中间包20而提前准备用于安装真空形成件100的区域，即，用于形成旋流的区域。例如，尽管在钢水的熔融表面的液位高于堰24的上部部分时可以通过使用真空形成件100形成真空，但是在钢水的熔融表面的液位低于堰24的上部部分时因为在真空形成件100与钢水的熔融表面之间形成空间而使该真空可被释放。

诱导构件25可以在与中间包20的底表面间隔开的同时横跨中间包20的内部，并且诱导构件25可以在平行于堰24的同时布置在堰的两侧中的每侧处。此处，诱导构件25可以设置在限定有喷嘴26的上侧处，以在诱导构件25与喷嘴26之间形成钢水的旋流。此外，堰24可以布置在诱导构件25之间，并且旋流可以借助于通过喷嘴26供给的气体通过沿着堰26在诱导构件25之间移动的钢水而形成。此处，引导构件25a可以设置于诱导构件25的至少一个侧表面，以平稳地产生钢水的旋流。引导构件25a可以通过在诱导构件25的一个侧表面上形成倾斜表面来控制钢水的运动方向。尽管倾斜表面25a设置于布置在堰24的在附图中形成下向流的一侧处的诱导构件25，但是倾斜表面可以设置于布置在堰24的形成上向流的另一侧处的诱导构件25。此处，设置于形成上向流的侧部的倾斜表面的方向与设置于形成下向流的侧部的倾斜表面的方向可以彼此不同。

诱导构件25可以具有下部部分和上部部分，下部部分布置成低于堰24的上部部分，上部部分布置成高于堰24的上部部分。因此，即使当钢水的熔融表面的液位降低时，例如当更换钢包时，钢水都可以在将熔融表面的液位保持成高于堰24的上部部分的同时平稳地产生旋流。

参照图3，真空形成件100可以包括：盖构件110，该盖构件110限定中间包20的内部的至少一部分中的空间(a)；以及真空泵120，该真空泵120连接至盖构件110以抽吸盖构件110的内部。此外，真空形成件100还可以包括：检测单元130，该检测单元130用于测量盖构件110中的钢水的熔融表面的液位；以及控制单元(未示出)，该控制单元用于根据测量的钢水的熔融表面的液位来控制真空泵120的操作。

盖构件110可以沿着中间包20的宽度方向布置并且具有开放的下部部分以及中空的上部部分，在该中空的上部部分中限定有排放孔114。盖构件110可以包括沿竖向方向延伸的竖向部件111以及连接至竖向部件111的上部部分的水平部件112。此处，排放孔114可以限定在水平部件112中并且通过单独的排放管连接至真空泵120。

由于竖向部件111插入在诱导构件25之间，竖向部件111的下部部分可以浸没到钢水中，并且竖向部件111可以具有一长度以在浸没到钢水中的同时限定自盖构件110中的钢水的熔融表面起向上的空间(a)。通过上述构造，盖构件110可以具有浸没到钢水中以在中间包20的上部部分处在该盖构件110中限定上述空间(a)的至少部分，例如下部部分。

此外，水平部件112可以连接竖向部件111的上部部分，以在水平部分112与竖向部分111之间限定空间(a)。水平部件112可以具有与在竖向部件111内所限定的区域相对应的区域，以仅覆盖竖向部件111的上部部分。替代性地，如在图4中图示出的，盖构件110a可以覆盖中间包20的上部部分。在这种情况下，水平部件112a可以坐置在中间包20的上部部分上，即，覆盖中间包20的上部部分，并且竖向部件111a可以在低于水平部件112a的部分处竖向地延伸。

此外，盖构件110可以包括用于测量空间(a)中的钢水的熔融表面的液位的检测单元130。如在图5的(a)中图示的，布置在水平部件112上以对从水平部件至钢水的熔融表面的距离进行测量的距离传感器130a可以用于检测单元130。此外，如在图5的(b)中图示的，布置在浸没到钢水中的竖向部件111上以对钢水的温度进行测量的温度传感器130b可以用于检测单元130。

真空泵120可以连接至盖构件110，以抽吸盖构件110中的空间(a)，从而在空间(a)中形成真空。因此，由于盖构件110的内部压力——即，空间(a)的压力——小于周围压力，盖构件110内部的钢水的熔融表面的液位高于周围部分，即盖构件110外部的钢水的熔融表面的液位。

控制单元可以接收由检测单元130测量的结果并且根据钢水的熔融表面的液位对真空泵120的操作进行控制，从而持续地控制空间(a)中的钢水的熔融表面的液位。例如，当钢水从钢包10连续地注入至中间包20时，可以由通过喷嘴26吹入的气体平稳地形成旋流。然而，当钢水的供给被暂时停止以用于更换钢包10时，中间包20中的钢水的熔融表面的液位可能降低。因此，盖构件110中的钢水的熔融表面的液位可以通过以下方式恒定地保持：通过根据盖构件110内的钢水的熔融表面的液位的变化对真空泵120的操作进行控制而适当地调节空间(a)的压力。

在下文中，将对根据一个示例性实施方案的铸造方法进行描述。

图6是图示了在铸造期间通过使用根据一个示例性实施方案的铸造设备在钢水中形成旋流的状态的视图。

首先，将已经经过精炼的钢水注入至钢包10，并且接着使钢包10移动至连铸设备并坐置在钢包转台上。当钢包坐置在钢包转台上时，包括有套罩水口12的水口单元(未示出)连接至位于钢包10的下部部分处的钢出口孔。

当水口单元连接至钢包10时，真空形成件100安装在中间包20的上部部分处，并且位于钢包10的下部部分处的钢出口孔被打开以将钢水注入至中间包20。

当钢水注入至中间包并且注入至中间包20的钢水的熔融表面的液位达到形成旋流、即达到堰24的上部部分时，气体通过喷嘴26吹入至钢水。此处，吹入到中间包20中的气体可以包括惰性气体比如氩(ar)。当气体供给至中间包20时，如在图6的(a)中图示出的，可以在中间包20中形成钢水的旋流。钢水的旋流可以形成在诱导构件25之间。在堰24的设置有喷嘴26的一侧处可以形成上向流，并且在堰24的另一侧处可以形成下向流。此外，由于钢水在堰24的另一侧处穿过形成于诱导构件25与坝23之间的空间，因此，钢水朝向中间包的钢出口孔21移动。

当通过将钢水注入至中间包20而使钢水的熔融表面的液位增加时，盖构件110的安装在中间包20上的下部部分，即竖向部件111的部分，可以浸没到钢水中，并且空间(a)可以形成在盖构件110内的钢水的熔融表面的上部部分处。

当竖向部件111浸没到钢水中以在盖构件110内形成空间(a)时，控制单元可以操作真空泵120以抽吸盖构件110的内部，从而形成真空。此处，由于当真空泵120在竖向部件111浸没之前抽吸盖构件110的内部时空气可能被引入到中间包20中，因此可以优选地在盖构件110的竖向部件111浸没到钢水中之后通过抽吸盖构件110的内部而形成真空。

竖向部件111是否浸没到钢水中可以通过检测单元130来测量。如在图5的(a)中图示出的，当距离传感器130a用作检测单元130时，竖向部件111是否浸没可以通过由距离传感器130a测量距盖构件110中的钢水的熔融表面的距离来确定。也就是说，当将由距离传感器130a测量出的结果传送至控制单元时，控制单元可以将由距离传感器130a测量的距钢水的熔融表面的距离与预设定距离比较，以确定竖向部件111是否浸没。

此外，如在图5的(b)中图示出的，当温度传感器130b用作检测单元130时，竖向部件111是否浸没可以通过使用沿竖向部件111的纵向方向安装至竖向部件111的多个温度传感器130b检测浸没到钢水中的竖向部件111的温度变化来确定。

板坯可以通过借助于打开钢出口孔21使钢水通过浸入式水口32注入至结晶器30来制造，该浸入式水口32连接成与位于中间包20的下部部分处的钢出口孔21连通。

在板坯的铸造期间，钢水的旋流可以通过将气体连续地注入到中间包20中来形成，并且真空状态可以借助于通过真空泵120抽吸盖构件110的内部来保持。因此，在铸造期间，在中间包20中可以连续地形成旋流。此外，由于产生旋流的气体排放至形成真空的区域，因此可以防止钢水接触大气。

另一方面，在更换钢包时，钢水至中间包20的供给可能暂时停止。在这种情况下，如图6的(b)中图示出的，由于中间包20中的钢水连续地注入至结晶器30，因此中间包20中的钢水的熔融表面的液位降低。在钢水的熔融表面的液位如上面所述的那样降低的情况下，当盖构件110的内部通过使用真空泵120而进一步强劲地抽吸时，可以调节内部真空形成程度。也就是说，当中间包20中的钢水的熔融表面的液位降低时，盖构件110中的钢水的熔融表面的液位可以以相应的方式降低。因此，在真空泵120的操作根据钢水的熔融表面的液位的变化(液位的变化由检测单元130来测量)来控制时，盖构件110中的内部真空形成程度以比在钢水的熔融表面的液位降低时的盖构件110中的内部真空形成程度更大的方式增大，由此盖构件110中的钢水的熔融表面的液位可以被恒定地保持。此处，由于在盖构件110的内部被过度抽吸时钢水可以通过排放孔114排出，因此真空泵120的操作优选地被控制成适应于熔融表面的液位的变化量。此外，由于诱导构件25之间的钢水的熔融表面的液位可以被恒定地保持，因此不论熔融表面的液位如何变化均可以连续地形成钢水的旋流。

如上面所描述的，不论中间包20中的钢水的熔融表面的液位如何变化，形成在诱导构件25之间(即形成在盖构件110的下部部分)的钢水的旋流可以被连续地保持。由于在板坯的铸造期间在中间包20中连续地形成钢水的旋流，因此钢水在中间包20中的停留时间可以增加，以有效地移除钢水中的夹杂物。此外，可以防止钢水在形成有钢水的旋流的区域中接触大气，以防止钢水的再氧化。

尽管通过使用特定术语描述并说明了特定实施方案，但是这些术语仅为用于清楚解释实施方案的示例，并且因此，对于本领域的技术人员而言明显的是，实施方案和技术术语可以在不改变技术构思或基本特征的情况下以其他特定形式来执行及改变。因此，应当理解的是，根据本发明的实施方案的简单的修改可以属于本发明的技术精神。

工业实用性

根据一个示例性实施方案的铸造设备和使用该铸造设备的铸造方法可以有效地移除钢水中的夹杂物以保持钢水的洁净度。因此，可以限制或防止在铸造期间所产生的水口堵塞或板坯缺陷，并且通过此方式，可以提高处理效率和生产率。