一种多气道塞棒

1.本发明涉及塞棒技术领域，更具体地说，涉及一种多气道塞棒。


背景技术：

2.在钢铁连铸过程中，中间包有着稳定钢流、减少夹杂物等作用，而其与结晶器水口上方相连的塞棒，则是对钢液能否在结晶器中平稳凝固形成铸锭，以及成品的质量有着重要的影响，塞棒是控制进入结晶器的钢液流动状态的重要设备，同时也有着对水口处的夹杂物进行清除控制的作用。
3.目前通用的塞棒，基本由塞棒本体、塞棒底部的棒头和内部的氩气管道所组成。塞棒本体用来执行其最重要的控制水口流量的作用，而内置的氩气管道则是为了清除在水口与塞棒之间缝隙堆积的夹杂物沉积，以保证水口浇铸的正常进行，防止堆积的夹杂物颗粒破碎后掺杂进铸坯中形成大块夹杂物，影响铸坯质量。现有的塞棒设计，并未曾将水口处因连铸钢水流动所产生的汇流漩涡考虑在内，汇流漩涡会带来卷渣等危害，严重影响铸坯质量。另外，现有塞棒设计都是将其视为一个整体的构造，往往内部的损耗不及外部，更换时却需要一起更换，并且因为内部同样为耐火材料制备，所以不宜在内部添加更便于使用的其他装置，无法充分利用塞棒在中间包的位置和所占据的空间。已知的塞棒设计中，并没有在外部设置多个控制吹氩的开关，因为他们的氩气管道只有负责底吹的一条主管道，其吹氩的主要目的，只是清理在塞棒棒头处水口的沉积夹杂物，无法兼顾其他吹氩的有益效果，吹氩的功能显得单一，受水口下部结晶器内钢液波动的限制无法灵活运用氩气。
4.经检索，中国专利申请号为201320187371.6的申请案，公开了一种连铸用多孔塞棒，其包括塞棒体及连接于塞棒体底部的塞棒头，所述塞棒体内部开设有氩气通道，所述氩气通道延伸至塞棒头内部，所述塞棒头上水平开设有导气孔，所述导气孔与氩气通道轴线垂直，所述导气孔设置在水口与塞棒头接触面上方且与氩气通道连通。该申请案通过在塞棒棒头处设置多个导气孔，虽然能够很好的清除水口处夹杂物，减缓钢液的不稳定状态，但并不能有效抑制汇流漩涡的产生，对改善整体钢液流动稳定性的效果不佳。
5.又如，中国专利申请号为201520241089.0的申请案，公开了一种连铸用弥散性吹氩塞棒，该塞棒包括塞棒本体和固定在塞棒本体前端的塞棒头，塞棒本体内设有通往塞棒头的氩气通道，塞棒头采用多孔材料制成，氩气透过多孔材料弥散性地吹入到钢水中。该申请案塞棒头不设导气孔，而是通过显气孔率较大的多孔材料弥散性地吹入氩气，氩气吹入的均匀性好，可以清除掉沉积在塞棒头上的杂质，提高控流精度。但该申请案并没有对水口处流场进行改善，仍有汇流漩涡的产生。


技术实现要素：

6.1、要解决的问题
7.本发明的目的在于克服现有技术中，水口处易产生汇流漩涡影响铸坯质量，且吹氩功能单一的问题，提供了一种中间包抑流用的多气道塞棒，本发明不仅能够实现对水口
处产生的汇流漩涡的抑制作用，且通过对现有塞棒设计进行进一步的开发，进一步加大了塞棒的空间利用率，能够更加灵活的进行吹氩。
8.2、技术方案
9.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.本发明的一种多气道塞棒，包括塞棒本体以及塞棒头，塞棒本体底部与塞棒头相连，所述的塞棒本体包括塞棒外壳和棒芯，塞棒外壳内层嵌套棒芯；棒芯内设有主通道和支通道，主通道的两端分别与氩气进气孔和塞棒头相连；所述的塞棒外壳内设有侧边通道，该侧边通道与支通道连通，且支通道的一端与氩气进气孔相连通。
11.进一步地，所述的支通道设置有多个，且每个支通道上沿着其轴向设有多个导气孔，该导气孔的开设位置与侧边通道相对应，且与侧边通道相连通。
12.进一步地，所述的支通道成组设置，单组支通道设置1-3个，各组支通道排布在以主通道为中心的圆周上，且相对的两组支通道以主通道为轴对称分布。
13.进一步地，以主通道为轴对称分布的两个支通道之间设置环形过渡通道，所述支通道位于相同高度的导气孔通过过渡通道相连，该过渡通道与侧边通道相连通。
14.进一步地，所述的侧边通道整体向下倾斜，该侧边通道相对水平方向向下倾斜的角度为5-30
°
，其中，侧边通道从低位到高位的倾斜角度依次增大。
15.进一步地，所述的塞棒外壳包括上部外壳和下部外壳，其中，上部外壳包括过渡环和耐侵蚀环，耐侵蚀环设置在过渡环和下部外壳之间，所述的侧边通道设在下部外壳内。
16.进一步地，所述的下部外壳的高度小于内部棒芯；所述的耐侵蚀环为空心圆柱，内部匹配棒芯的形状、尺寸，该耐侵蚀环的厚度大于下部外壳，且耐侵蚀环连接下部外壳的一端设置空心环，该空心环套设于下部外壳上。
17.进一步地，所述的塞棒还包括固定环，该固定环为空心圆柱，固定环内部开设有内螺纹，所述的棒芯顶部设置有外螺纹，固定环与棒芯通过螺纹连接；固定环上安装有吊环。
18.进一步地，所述的棒芯底部设有凸块，下部外壳内开设有与凸块相配合的凹形缺口；棒芯一端由下部外壳限位，另一端与固定环配合，将过渡环、耐侵蚀环夹持固定于固定环和下部外壳之间。
19.进一步地，所述的固定环采用高强度金属，耐侵蚀环采用抗侵蚀能力强的耐火砖制备。
20.3、有益效果
21.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
22.(1)本发明的一种多气道塞棒，其塞棒外壳内设有侧边通道，棒芯内设有主通道和支通道，主通道的两端分别与氩气进气孔和塞棒头相连，支通道与侧边通道相互连通，且支通道的顶部与氩气进气孔相连接。这种设计使得主通道和支通道相互独立，能够做到主通道停止吹气的情况下，侧边通道仍能够输送氩气以达到抑制汇流漩涡的效果，在保证有效抑制汇流漩涡的同时节约了氩气的使用量。
23.(2)本发明的一种多气道塞棒，其支通道设置有多个，且每个支通道上沿着其轴向设有多个导气孔，该导气孔与侧边通道相连通，通过在不同高度设置侧边通道，可以在中间包的特定位置吹出氩气流，对出水口上方钢液流场产生扰动，破坏因钢液流出产生的汇流漩涡，防止卷渣，保证铸坯的质量，同时减轻钢液因汇流漩涡对塞棒以及中间包内壁的侵蚀
冲刷。
24.(3)本发明的一种多气道塞棒，以主通道为轴对称分布的两个支通道之间设置环形过渡通道，所述支通道位于相同高度的导气孔通过过渡通道相连，该过渡通道与侧边通道相连通。这种设计能够使同一高度下的侧边通道吹出氩气流相同，使该高度下的钢液流场更加均衡稳定，过渡通道的设置还可有效延长氩气在管道内的流通路径，能够更有效地对整个钢液流场状态进行调控。
25.(4)本发明的一种多气道塞棒，通过上部外壳和下部外壳分开设计，可根据上下外壳各自的腐蚀情况单独更换，节约了成本。另外，上部外壳包括耐侵蚀环和过渡环，因为耐侵蚀环处于钢渣界面处，可选用抗侵蚀能力强的材料，而过渡环则可以选用一般的材料，在保证塞棒上部耐用性的同时，避免了对耐侵蚀材料的浪费。
26.(5)本发明的一种多气道塞棒，耐侵蚀环和下部外壳连接处采用挡墙设计，能够有效的阻止钢液通过部件之间的缝隙进入塞棒内部，从而侵蚀氩气管道。且足够长的挡墙设计也可有效的防止下部外壳受钢水冲击产生偏移，从而能够保证上下外壳连接的稳固性，另外对挡墙采用增厚、耐侵蚀的设计，使此处的受渣线侵蚀部分的寿命得到有效的延长。
附图说明
27.图1为本发明的多气道塞棒的整体结构主视剖面图；
28.图2为本发明的下部外壳的主视剖面图；
29.图3为本发明的上部外壳的主视剖面图；
30.图4为本发明的实施例1中棒芯结构的俯视图；
31.图5为本发明的实施例2中棒芯结构的俯视图。
32.图中：1、塞棒外壳；11、上部外壳；110、过渡环；111、耐侵蚀环；112、挡墙；12、下部外壳；121、侧边通道；122、凸块；
33.2、塞棒头；
34.3、棒芯；31、主通道；32、支通道；33、导气孔；
35.4、固定环；41、吊环；5、过渡通道。
具体实施方式
36.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
37.实施例1
38.如图1所示，本实施例的一种多气道塞棒，包括塞棒本体以及塞棒头2，塞棒本体底部与塞棒头2相连，塞棒本体包括塞棒外壳1和棒芯3，塞棒外壳1内层嵌套棒芯3。其中，所述的棒芯3与塞棒外壳1分开制备，棒芯3主要材料为耐高温金属。所述的塞棒外壳1内具有多组内外联通的侧边通道121，棒芯3内包含塞棒重要组成部分氩气通道，该氩气通道在塞棒整体组合完成后，与塞棒外壳1内的侧边通道121以及底部的氩气通道相连通，各氩气通道都由耐火材料制备，并且可以分组从外部控制氩气流通。通过在塞棒外壳1内设置多组侧边通道121，可以在中间包特定的位置吹出氩气流，对出水口上方钢液流场产生扰动，破坏因钢液流出而产生的汇流漩涡，防止卷渣，减轻钢液因汇流漩涡对塞棒以及中间包内壁的侵蚀冲刷。同时通过可拆卸结构设计以及金属制棒芯，节省塞棒更换所用材料，充分利用塞棒
内部空间，提高塞棒在中间包内的功能性，节约成本。
39.如图2所示，塞棒外壳1内在距离塞棒底部h1、h2、h3高度有着侧边通道121，该侧边通道121与内部棒芯3中氩气通道相通，通过对内部棒芯3的氩气通道的开关来控制对应外部氩气通道即侧边通道121的气体吹出时间。通过在塞棒不同高度设置侧边通道121，能够在出水口上方的流场不影响连铸过程的情况下，破坏汇流漩涡，防止汇流漩涡产生卷渣现象以及对中间包内衬的侵蚀，改良中间包水口处流场，并减少进入结晶器内的夹杂物，提高钢液的洁净度，改善铸坯的质量。内部棒芯3的氩气通道与侧边通道121相连，这样可以在外面操控棒芯氩气通道的通气量与时间，来操控塞棒中各组氩气通道在连铸过程中吹出氩气的时机和吹出量，来降低氩气的用量，保证氩气的应用效率同时保证经济性。侧边通道121采用弥散多孔耐火材料，保证吹出氩气所形成的气泡大小不一，减轻气流的冲击力，从而可以保证吹出的氩气不会对钢液流场产生过大的影响，形成的气泡也可以吸收各大小阶段的夹杂物。同时耐火材料制备的通道可以防止钢液进入塞棒内部破坏塞棒，以及污染钢液。
40.上述各高度的侧边通道121具有不同的倾斜角度，如图2所示，侧边通道121整体相对水平方向向下倾斜5-30
°
，具体来说，h1高度的侧边通道121向下倾斜0-5
°
，h2高度的侧边通道121向下倾斜5-15
°
，h3高度的侧边通道121向下倾斜15-30
°
。通道方向向下，可以减轻钢液对通道缝隙的侵蚀，且使氩气流有着比向上方向更长的行动轨迹，便于吸附钢液中气泡以及夹杂物，向下吹气也有利于对汇流漩涡的破坏和抑制。但同样的，向下倾角过大不利于氩气流在中间包内的行动轨迹，并会对塞棒边缘产生不必要的冲刷，对汇流漩涡的影响也会更小，综合考虑当向下倾角为5-30
°
时是较好的。而各高度下侧边通道121倾斜角度不同，是因为侧边通道121越靠下，其吹出氩气流对水口处流场的影响就越强，h1高度的侧边通道121所吹出氩气流对中间包底部也会有一定影响，所以高度越低的侧边通道121倾角就越小。这样可以保证汇流漩涡的破坏完全，使钢液流场更加均衡且不会影响水口注流，同时氩气在钢液内部的行动轨迹，能够更好的吸附钢液夹杂物。
41.本实施例中，所述的棒芯3中的氩气通道分为主通道31和支通道32，主通道31的两端分别与氩气进气孔和塞棒头2相连，支通道32与侧边通道121连通，且支通道32的一端与氩气进气孔相连接。如图4所示，所述塞棒棒芯3设计了特殊的氩气通道，其具备轴向的通管作为主通道31，上方为氩气进口处，下方连接下部棒头，棒芯3设有四条半封闭通道为支通道32，支通道32分别连通一侧的导气孔33，并通过导气孔33实现与侧边通道121的连通。该半封闭通道上部与进气装置连接，用于输送气体，底部深度至最低处导气孔33，不与棒头相通。
42.该特殊棒芯设计能够保证主通道31有足够的管径，同时，将支通道32与主通道31分开处理，能够做到塞棒下部停止吹气的情况下，侧边仍能够输送氩气以达到抑制汇流漩涡的效果，能够更有效率更灵活的利用氩气。该设计将塞棒的输气系统分为五个独立的互相不影响的输气系统，便于对输气的控制，更容易对钢液内部的流场进行有效的控制。这种设计侧重于控制塞棒在某一方位的流场影响。
43.如图2和3所示，所述的塞棒外壳1包括上部外壳11和下部外壳12，多组侧边通道121设在下部外壳12内。其中，所述的下部外壳12的高度小于内部棒芯3，上沿低于钢渣界面处，上部外壳11分为两部分，自下往上分别为耐侵蚀环111和过渡环110，两者的材料并不相同，耐侵蚀环111所用材料为抗侵蚀能力强的耐火砖，同时保证其热膨胀系数较小或适中，
过渡环110的材料没有特定的要求，但需要上表面摩擦系数要小，下表面足够平整没有缺陷。耐侵蚀环111外形为空心圆柱，内部匹配棒芯3的形状、尺寸，其主要部分厚度大于下部外壳12，同时下部最外侧有着长度约50-100mm、厚度约20-40mm的空心环，该空心环可刚好套在下部外壳12上，将上下外壳套接在一起，即在该连接处形成挡墙112。同时，所述棒芯3底部有约厚度30-50mm的突出边沿，相对于主体的圆柱形状，此处边沿为边长60-80mm的矩形，同样的，下部外壳12此处会缺失对应的体积，使两者在组装后保持契合。
44.这种设计，对塞棒整体在实用性上有所补足，耐侵蚀环111下部分的挡墙式设计，能够有效的阻止钢液通过部件之间的缝隙进入塞棒内部侵蚀通道，足够长度的挡墙也可有效的防止下部棒体受钢水冲击产生偏移，能够保证上下外壳衔接良好，不会对塞棒整体的稳定性有着不好的影响；同时，可以对塞棒在工作过程中最容易受到侵蚀、寿命最短的渣线部位，采用最厚、耐侵蚀能力最强的材料，从而延长塞棒的使用寿命。单独设计上部外壳11保证了外壳在具有高强度的同时，还具有烧制的简易性。另外也可以实现在不更换下部材料的情况下，对耐材损耗较大的渣线处部件进行更换处理，从而节省材料以减少成本。对于过渡环110所要求的上表面摩擦系数较小是针对固定环4的安装，较小的摩擦系数能够更好的将固定环4拧紧，保证外壳的紧密性，减小缝隙，保证各部件之间的紧密接触，而对于耐侵蚀环111所要求的热膨胀系数是避免因高温膨胀对棒体产生变形的应力。
45.本实施例中，所述棒芯3上部外侧表面具有外螺纹，与固定环4的内螺纹相匹配。所述固定环4在整体塞棒的顶部，主体为空心圆柱，主要材料为高强度金属，内侧具有与棒芯3外螺纹匹配的内螺纹，上部具有吊环41，外侧壁面要求摩擦系数较大。通过螺纹将固定环4与棒芯3紧密连接，同时给予上部外壳11向下的力，使塞棒的上下部外壳紧密贴合，保证了整体的紧密性。固定环4外侧壁面具有的较大的摩擦系数有助于夹持稳定，且吊环41能够减少夹持杆所受的剪切应力，同时也便于塞棒的上下移动，便于调节塞棒高度。
46.实施例2
47.本实施例中的一种多气道塞棒，其结构基本同实施例1，其主要区别在于：所述棒芯3的具体结构不同，如图5所示，所述棒芯3设计了特殊的氩气通道，其具备轴向的通管作为主通道31，上方为进口处，下方连接下部棒头，棒芯3内设有六条支通道32，每个支通道32上沿着其轴向设有多个导气孔33，以主通道31为轴对称分布的两个支通道32之间设置环形过渡通道5，所述支通道32上位于相同高度的导气孔33通过过渡通道5相连，该过渡通道5与侧边通道121相连通，侧边通道121与过渡通道5的连接处位于支通道32夹角的中心线上，呈中心对称分布。各高度下的过渡通道5水平方向直径并不相同；h1高度的过渡通道5在最内侧，h3高度的过渡通道5在最外侧，且每组导气孔在过渡通道5内侧没有延伸部分。
48.该特殊棒芯设计能够保证通道内有足够流量，同时，将支通道32单独处理，能够在主通道停止输送气体时，各侧边通道仍可吹出氩气流对汇流漩涡进行抑制，能够在不影响结晶器工作的情况，更好的控制上方流场。过渡通道5的设计能够使同一高度下的侧边通道121吹出氩气流相同，使该高度下的流场更加均衡稳定；对于过渡通道5的布置同时也考虑到氩气在该组通道内的整体路径，防止出现氩气到达侧边通道121的路程较短的问题。该设计将塞棒输气系统分为四个独立的互不影响的输气系统，能够对各高度侧边通道进行流量控制，这种设计侧重于对塞棒高度方向上的流场状态调控。
49.所述塞棒外壳1在每个高度上可设有多个不同方位但整体构造相同的侧边通道
121。每个高度的侧边通道121数量并非固定，但侧边通道121数量过多，则会使各侧边通道121的氩气流相互影响，扰乱钢液流动，同时使塞棒在该高度的强度降低，容易使塞棒受钢液冲击而弯曲断裂，产生严重的生产事故；而侧边通道121数量较少，则没有足够的动能对汇流漩涡产生影响，且成本与所得到的效果并不相符。当侧边通道121设为4或6个等距通道时，此时中间包出水口上方会有较好的流场状态，各氩气流之间不会有较大的相互影响，且对汇流漩涡有着较大的抑制作用。
50.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。