一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖的制作方法

本发明属于冶金技术领域，涉及到钢铁冶金连铸中间包冶金工艺技术，具体涉及一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖。

背景技术：

连铸生产中，中间包水口是连铸钢水从中间包进入结晶器的通道，具有防止中间包注流二次氧化、钢水飞溅及壁面结晶器卷渣和改善结晶器流动分布等作用，对提高连铸坯质量、改善劳动条件、稳定连铸操作和防止铸坯表面缺陷等方面都有显著效果。然而，一些钢种的连铸生产中，高熔点的固态夹杂物易在水口内壁粘附沉积、造成水口结瘤堵塞。一旦发生水口堵塞，水口内钢液出现偏流，堵塞物有可能突然冲进结晶器钢液内，引起结晶器液面剧烈波动甚至造成钢液卷渣，影响连铸多炉浇注率、中间包浇钢炉数等技术经济指标。

为防止水口堵塞，提高铸坯质量，人们采取了大量的技术手段，这些技术手段在一定程度上改善了水口堵塞行为，但并未彻底解决这个问题。

目前采取的主要技术手段及存在问题包括：

(1)提高钢液纯净度，降低钢液中al2o3等夹杂物的含量。堵塞水口夹杂物只占钢液中总夹杂物的很小一部分，降低流经水口钢液夹杂物的数量，虽然有利于减轻水口堵塞，但是单纯地提高钢水洁净度还不能彻底解决水口堵塞问题。

(2)改进水口材质。减弱钢水与水口内壁的润湿性、降低钢液夹杂物与水口内壁的反应性、减小氧化铝等夹杂物在水口内壁上的粘附力、促使水口内壁生成的夹杂物为低熔点物质，这些措施均有利于减少水口堵塞，但是这种水口的生产成本过高，在实际生产中难以推广应用。

(3)采用塞棒或上水口吹氩技术。可以防止al2o3等夹杂在水口内壁沉积，分散破裂的气泡能够冲洗沉积在水口内壁上的夹杂物，捕捉粘附夹杂物，既可以减缓水口堵塞，又可以改善水口偏流现象。然而会带来负面效应，即部分细小的气泡随钢液进入结晶器内来不及上浮，粘附到铸坯壳上，形成铸坯皮下气泡或夹渣型气泡。

(4)采用电磁旋流水口。利用电磁力使水口内钢液旋转流动，消除了上水口内由于缩口效应产生的钢液流动分离现象，从而防止夹杂物在水口内壁粘附，达到防止水口堵塞的目的；同时促进水口中钢液内夹杂物的碰撞长大，有利于夹杂物在结晶器内的上浮去除。但由于中间包水口位置空间有限，安装电磁旋流装置比较困难，同时电磁旋流装置安装、使用和维护成本较高，限制了其在工业生产中的广泛应用。

(5)一些授权专利所采取的技术。(a)公开号为cn202539509u的中国实用新型专利公开了一种连铸用中间包定向吹氩透气上水口，在本体内埋入预融定型纤维，产品烧制后，在水口内壁碗部至快换面之间规定区间内形成环状均匀分布的等径圆孔，其主体由含碳无机非金属复合材料制作而成。水口的内腔均匀分布有100～300个直径为0.2～0.8mm的等径圆形透气孔，圆孔与水平方向形成夹角α，这些透气孔与水口本体内的气室相连接。氩气等惰性气体经过气室，由透气孔溢出，在水口的内壁形成厚度均匀的气膜，防止钢水中的三氧化二铝等杂质附着堵塞水口内腔。但是这种透气上水口只能减轻钢液中夹杂物在上水口内壁的粘附，并不能有效去除钢液中的夹杂物，并且由于制作工艺复杂，成本较高，在实际生产中难以推广应用。(b)公开号为cn204035547u的中国实用新型专利公开了一种连铸中间包透气上水口座砖，包括上水口座砖本体、透气环和气室盒。上水口座砖本体包括一体成形的上凸台和下凸台，下凸台的外径小于上凸台。圆环形的透气环和环形的气室盒位于上水口座砖本体的上凸台内，气室盒上部与透气环连通、底部连接有进气管。透气环的圆环宽度从下端至上端逐渐减小。吹入氩气后，在上水口周围形成环形的气幕挡墙，对即将进入上水口的钢液进行气洗，促进夹杂物的上浮，同时减轻了中间包的上水口结瘤问题。但水口吹氩产生的部分氩气泡会随钢液进入结晶器内，直径很小的氩气泡有可能在钢凝固前来不及上浮并析出，易造成铸坯皮下气泡缺陷。同时由于微气泡对等效直径小于50um以下的微小夹杂物去除效果差，仅仅依靠底吹氩对减轻上水口堵塞作用有限，在实际生产应用中效果并不理想。(c)公开号为cn203356556u的中国实用新型专利公开了一种中间包气动旋流水口，水口本体里面具有内衬，内衬中具有内腔通道，在水口本体与内衬之间具有气室环缝。通过在中间包上水口或浸入式水口的通道内布置大量、一定孔径的吹入惰性气体的通道，并且沿着一定角度布置，可以得到理想大小的惰性气体泡，并且在旋流的作用下，气泡的碰撞长大的几率增加，容易在结晶器内上浮逸出，同时惰性气体流沿钢流圆周方向产生旋流，使钢流在水口通道圆周方向上分布更均匀，减缓甚至消除了偏流现象。但由于浇注过程中夹杂物不断在水口内壁黏附，极易造成气孔堵塞，使得气流分布不均，旋流效果减弱，同时制作工艺复杂，工业应用受到限制。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖，通过将氩气吹入扇形透气砖形成环形气幕，对进入上水口的钢液进行气洗，利用环形气幕屏障中的大量微小气泡和钢液中的非金属夹杂物颗粒发生碰撞粘附并将其俘获，促进夹杂物的上浮和去除，同时在扇形透气砖螺旋状间隙所形成的钢液旋流通道实现中间包水口内钢液的旋转流动，可降低夹杂物与水口内壁的黏附，促进进入水口内气泡和夹杂物的碰撞长大以及气泡对夹杂物的吸附，起到净化钢液、防止水口堵塞、减少铸坯皮下气泡的作用。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖，包括透气砖、气室、进气管和上水口座砖本体；所述透气砖位于上水口座砖的上部，置于上水口座砖本体内；所述透气砖包括上部扇形透气部分和下部圆环状透气部分，上部扇形透气部分之间的非透气间隙形成螺旋状的钢液旋流通道，下部圆环状透气部分用于均匀气压和连通气体；所述气室位于透气砖下部圆环状透气部分与上水口座砖本体之间，并与透气砖连通；所述进气管的一端连接气室的侧部，另一端从上水口座砖本体的侧面穿出并与外部连接管相连。

优选地，所述透气砖的上部扇形透气部分以水口为中心呈环形阵列均匀分布，透气砖的上下部分内外径相同。

优选地，所述透气砖的上部扇形透气部分伸出所述上水口座砖本体的上表面一定高度，用于增强旋流强度。

优选地，所述透气砖的类型包括弥散型透气砖、狭缝式透气砖、直通孔式透气砖、复合式透气砖。

优选地，所述气室整体为圆环形，采用金属盒一体成型，金属盒的横截面为矩形，其宽度与透气砖的宽度相当。

优选地，所述进气管为可拆连接，采用耐热不锈钢管。

进一步地，所述可拆连接为螺纹连接。

优选地，所述上水口座砖本体的上部位于透气砖内弧侧的位置留有适当距离的非透气部分，用于保证上水口座砖的抗冲蚀性；上水口座砖本体的中部设置有上下贯穿的上水口安装孔，包括上部的圆台性通孔和下部的圆柱形通孔。

优选地，所述透气砖的材质包括莫来石、刚玉、氧化镁、氧化锆、氧化铬、氧化硅、有机纤维、有机改性剂、铝酸钙水泥；所述上水口座砖本体的材质包括石墨、莫来石、刚玉、金属硅粉、金属铝粉、镁铝尖晶石、氧化锆、氧化铝-碳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖，其透气砖分为上部扇形透气部分和下部环形透气部分，其下部环形透气部分与气室直接连通，起到连通气体和均匀气压气量的作用。

(2)吹入氩气后，气体从扇形透气砖孔口溢出，在上水口周围形成完整的环形气幕屏障，对即将进入上水口的钢液进行气洗，促进了夹杂物的上浮和去除，净化了钢液。

(3)吹入氩气后，在扇形透气砖之间螺旋状间隙所形成的钢液旋流通道，能够实现水口内钢液的旋转流动，防止中间包水口堵塞。

(4)吹入氩气后，能够使上水口附近吹氩所形成的微气泡随钢液进入上水口内部，在旋流钢液作用下，有利于水口内气泡与夹杂物的碰撞和长大以及气泡对夹杂物的吸附，从而有利于气泡、夹杂物在结晶器内的上浮去除，减小了铸坯皮下气泡的发生概率。

附图说明

图1是本发明实施例1所提供的一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖的俯视图。

图2是本发明实施例1所提供的一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖的剖视结构示意图。

图3是本发明实施例1所提供的一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖中透气砖的三维结构示意图。

图4是本发明实施例2所提供的一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖的俯视图。

图5是本发明实施例2所提供的一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖的剖视结构示意图。

图6是本发明实施例2所提供的一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖中透气砖的三维结构示意图。

附图标记说明：1、透气砖；2、气室；3、进气管；4、上水口座砖本体。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖，包括透气砖1、气室2、进气管3和上水口座砖本体4；所述透气砖1位于上水口座砖的上部，置于上水口座砖本体4内；所述透气砖1包括上部扇形透气部分和下部圆环状透气部分，上部扇形透气部分之间的非透气间隙形成螺旋状的钢液旋流通道，下部圆环状透气部分用于均匀气压和连通气体；所述气室2位于透气砖1下部圆环状透气部分与上水口座砖本体4之间，并与透气砖1连通；所述进气管3的一端连接气室2的侧部，另一端从上水口座砖本体4的侧面穿出并与外部连接管相连。

具体地，所述透气砖1的上部扇形透气部分以水口为中心呈环形阵列均匀分布，透气砖1的上下部分内外径相同。

具体地，所述透气砖1的上部扇形透气部分伸出所述上水口座砖本体4的上表面一定高度，用于增强旋流强度。

具体地，所述透气砖1的类型包括弥散型透气砖、狭缝式透气砖、直通孔式透气砖、复合式透气砖。

具体地，所述气室2整体为圆环形，采用金属盒一体成型，金属盒的横截面为矩形，其宽度与透气砖1的宽度相当。

具体地，所述进气管3为可拆连接，采用耐热不锈钢管。

具体地，所述可拆连接为螺纹连接。

具体地，所述上水口座砖本体4的上部位于透气砖1内弧侧的位置留有适当距离的非透气部分，用于保证上水口座砖的抗冲蚀性；上水口座砖本体4的中部设置有上下贯穿的上水口安装孔，包括上部的圆台性通孔和下部的圆柱形通孔。

具体地，所述透气砖1的材质包括莫来石、刚玉、氧化镁、氧化锆、氧化铬、氧化硅、有机纤维、有机改性剂、铝酸钙水泥；所述上水口座砖本体4的材质包括石墨、莫来石、刚玉、金属硅粉、金属铝粉、镁铝尖晶石、氧化锆、氧化铝-碳。

实施例1

如图1-图3所示，本发明实施例1公开了一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖，包括上水口座砖本体4、透气砖1、气室2和进气管3；上水口座砖的上部装有透气砖1，在所述的上水口座砖本体4内放置透气砖1，所述的透气砖1为弥散型透气砖，包括一体成形的上部扇形透气部分和下部圆环状透气部分，其下部圆环状部分起到均匀气压和连通气体的作用，扇形透气砖之间的非透气间隙形成螺旋状的钢液旋流通道；环形气室2位于透气砖1下部圆环状部分与上水口座砖本体4之间，气室2位于透气环底部并与透气砖1连通，气室2连接有进气管3；进气管3的一端连接在环形气室2的侧部，另一端从上水口座砖本体4的侧面穿出与外部的连接管相连。

透气砖1上部扇形透气部分以水口为中心呈环形阵列均匀分布，扇形透气个数为8个；透气砖1上下部分内外径相同，内径为65mm，外径为155mm，透气砖高度为60mm，其中，上部扇形透气部分高度为40mm；各扇形透气部分两侧弧形所在圆半径为350mm，透气砖1上表面与上水口座砖本体4上表面相平。

气室2整体呈圆环形，采用金属盒一体成型，金属盒的横截面为矩形，矩形宽度为74mm，高度为20mm。进气管3采用耐热不锈钢，规格为四分管，作为优选，进气管3均为螺纹连接。

上水口座砖本体4外形为方形，边长为380mm，高度为212mm，上水口座砖本体4的中部设置有上下贯穿的上水口安装孔，包括上部的圆台形通孔和下部的圆柱形通孔，上水口上部安装直径为110mm，下部安装直径为128mm。

透气砖1的材质为高纯刚玉、莫来石，上水口座砖本体4的材质采用刚玉质浇注料。

在上水口内径为50mm、拉坯速度为1.5m/min、铸坯断面尺寸为1235mm×175mm、吹氩量为5l/min的工艺条件下，水口内钢液向下平均流速为2.752m/min，距上水口弧面下端50mm处，水口近壁面横向旋转流速为0.61m/s，在上水口区域形成稳定的环形气幕，实现了良好的去除夹杂物和旋流效果。

实施例2

如图4-图6所示，本发明实施例2公开了一种连铸中间包用气动旋流上水口座砖，包括上水口座砖本体4、透气砖1、气室2和进气管3；所述上水口座砖的上部装有透气砖1，在上水口座砖本体4内放置透气砖1，所述透气砖1为弥散型透气砖，包括一体成形的上部扇形透气部分和下部圆环状透气部分，其下部圆环状部分起到均匀气压和连通气体的作用，扇形透气砖之间的非透气间隙形成螺旋状的钢液旋流通道；环形气室2位于透气砖1下部圆环状部分与上水口座砖本体4之间，气室2位于透气环底部并与透气砖1连通，气室2连接有进气管3，进气管3的一端连接在环形气室2的侧部，另一端从上水口座砖本体4的侧面穿出与外部的连接管相连。

透气砖1上部扇形透气部分以水口为中心呈环形阵列均匀分布，扇形透气个数为6个，透气砖1上下部分内外径相同，内径为65mm，外径为155mm，透气砖高度为70mm，其中，上部扇形透气部分高度为50mm；各扇形透气部分两侧弧形所在圆半径为305mm，透气砖上表面伸出上水口座砖本体上表面10mm。

气室2整体呈圆环形，采用金属盒一体成型，金属盒的横截面为矩形，矩形宽度为74mm，高度为20mm。进气管3采用耐热不锈钢，规格为四分管，作为优选，进气管3均为螺纹连接。

上水口座砖本体4外形为方形，边长为380mm，高度为212mm，上水口座砖本体4的中部设置有上下贯穿的上水口安装孔，包括上部的圆台形通孔和下部的圆柱形通孔，上水口上部安装直径为110mm，下部安装直径为128mm。

透气砖1的材质采用氧化锆、刚玉、莫来石，上水口座砖本体4的材质采用刚玉、镁铝尖晶石。

在上水口内径为50mm、拉坯速度为1.5m/min、铸坯断面尺寸为1235mm×175mm、吹氩量为5l/min的工艺条件下，水口内钢液向下平均流速为2.752m/min，距上水口弧面下端50mm处，水口近壁面横向旋转流速为0.72m/s，在上水口区域形成稳定的环形气幕，实现了良好的去除夹杂物和旋流效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。