CN116441501A - 一种真空水平连铸和模铸的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空水平连铸和模铸的装置，包括：移动浇铸车；中间包组件，包括永久层，永久层上方设置有与移动浇铸车连接的包嘴，永久层内设置有漏斗，漏斗的底部连接有包座砖，包座砖上安装有中间包水口；结晶器，其由内到外依次套接有石墨套、长铜套、不锈钢套，隔水组件由内到外依次套接有短铜套、隔水套、螺套，螺套与不锈钢套螺接，结晶组件与隔水组件外还套接有结晶器壳体；安全闸机构，安装在中间包组件与结晶器之间；拉坯机，包括若干个拉胚辊组，拉胚辊组包括两个上下布置的拉胚辊。能够降低了成品铸坯的夹杂物含量，提高了铸坯的冶金质量，提高了特种合金的成材率，既降低了生产成本，又减少生产对大气环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业连铸技术领域，特别涉及一种真空水平连铸和模铸的装置。
背景技术
水平连铸指的是钢水由水平方向注入水平放置的结晶器内，铸坯凝固过程和在铸机内运动直至到达冷床均呈水平状态的连续铸钢类型。水平连铸技术是目前常见的生产钢坯的技术，其适合于生产小型断面铸坯。
高温合金和精密合金是航空航天部件的重要材料，我国每年约需近万吨铸造高温母合金，产值达数亿元。虽然高温母合金的制备技术相对已经成熟，但仍然面临着诸多亟待解决的问题。在世界主要钢铁工业国家的连续铸造技术领域，碳钢类合金的连铸比已经大于90％，不锈钢和耐热钢的连铸比也已经大于60％，但高温合金的连铸比尚不足1％。这是因为高温合金母合金目前较多的使用传统生产工艺，即真空冶炼金属模铸造成型。但金属模铸造成型难以控制母合金中的夹杂物数量。在浇铸过程中，不可避免地会将坩埚材料、浇流槽中的非金属材料和浮渣带入铸锭，使高温母合金的品质受到影响。尤其是用在航空航天部件上，可能将会发生严重的事故。
另一方面，传统金属模铸生产工艺决定了铸棒是自下而上进行冷却，因此，就会产生在铸棒的顶部聚集大量浮渣的铸造集中缩孔冒口，而在使用时必须切除，在使用高温母合金棒材时还需对其表面进行打磨甚至加工，最终使母合金的成材率仅在80％-85％之间，造成大量的资源浪费。
现有模铸法生产高温合金母合金的一些问题：①模铸法生产母合金铸锭的成品率低真空感应熔炼钢管铸造方法生产出的母合金电极需要切除头部和尾部，每支电极切除头部和尾部后电极的损耗率约为3-5％，高温合金材料贵重，成本较高。
②模铸法生产母合金铸锭缩孔无法消除普通的钢管浇注方法会形成较大的缩孔尺寸(图1所示缩孔直径约为15mm宽)，虽然通过降低浇注速度、浇注温度以及使用保温冒口可以改善合金的缩孔尺寸(如图2所示缩孔尺寸约为5mm宽)，但是从根本上解决不了消除电极缩孔。
③模铸法生产母合金大尺寸夹渣或夹杂物倾向性大模铸法生产母合金浇注过程中大尺寸夹杂物或夹渣比较难去除，并且使用分流盘会增加分流盘本体材料进入模管的风险，采用水平连铸中间包结构使得金属液中大尺寸夹渣或夹杂物上浮可能性增大，降低大尺寸夹渣或夹杂物进入铸锭风险。
④模铸法生产母合金批量生产成本高由于高温合金母合金对产品的夹杂物含量、氧元素/氮元素含量以及电极二次缩孔尺寸要求越来越严，因此不可避免的会使用分流盘、保温冒口和模管，这些都是耗材，并且分流盘和保温冒口只能使用一次，模管使用次数一般为5-8次，但是有些特殊要求的母合金模管报废率较高，有可能使用一次烫壁就报废。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种真空水平连铸和模铸的装置，能够降低了成品铸坯的夹杂物含量，提高了铸坯的冶金质量，提高了特种合金的成材率，既降低了生产成本，又减少生产对大气环境的污染。
根据本发明的第一方面实施例的一种真空水平连铸和模铸的装置，其特征在于，包括：
移动浇铸车；
中间包组件，呈L型浇道砖结构，包括中间包外壳体、以及设置在所述中间包外壳体内部的永久层，所述永久层上方设置有与移动浇铸车连接的包嘴，所述永久层内设置有漏斗，所述漏斗的底部连接有包座砖，所述包座砖上安装有中间包水口，所述中间包外壳体的上部安装有密封盖，所述密封盖上开设有用于抽取空气的真空管；
结晶器，包括结晶组件，以及螺接在所述结晶组件一端的隔水组件，所述结晶组件成圆筒状，其由内到外依次套接有石墨套、长铜套、不锈钢套，所述隔水组件由内到外依次套接有短铜套、隔水套、螺套，所述螺套与所述不锈钢套螺接，所述结晶组件与隔水组件外还套接有结晶器壳体；
安全闸机构，安装在所述中间包组件与所述结晶器之间，包括通过法兰安装在所述结晶器的端部的液压支撑板，所述法兰上设置有结晶器水口，所述液压支撑板上滑动安装有结晶器滑板，所述结晶器滑板与所述结晶器水口抵接，所述结晶器滑板上设置有与所述结晶器水口配合的第一圆孔，所述包座砖上设置有滑槽，所述滑槽内安装有中间包滑板，所述中间包滑板上设置有与所述中间包水口配合的第二圆孔，所述结晶器滑板与所述中间包滑板之间加装有硅酸铝板，所述硅酸铝板上开设有与所述第一圆孔、所述第二圆孔连通的第三圆孔；
引锭杆，从所述结晶器远离所述中间包组件的一端插入并延伸到所述隔水组件的短铜套内，所述引锭杆的插入端螺接有引锭头；
拉坯机，包括若干个拉胚辊组，所述拉胚辊组包括两个上下布置的拉胚辊。
根据本发明实施例的一种真空水平连铸和模铸的装置，至少具有如下有益效果：1、降低了成品铸坯的夹杂物含量，提高了铸坯的冶金质量：传统的真空冶炼工艺是顶铸成形的，在浇铸过程中，不可避免地会将坩埚材料和浮渣或多或少地带入铸锭，而造成钢材的污染，影响材料的性能；而本发明是水平底铸充型，因为各种非金属夹杂物的比重比钢液小，浮于钢液熔池顶面远离充型区，从而可使获得少夹杂或无夹杂铸锭，大大提高特种合金铸坯的冶金质量，这一特性对制备特殊用途的高品质粉末特种合金有特别重要的意义。
2、提高了特种合金的成材率：传统的铸锭成材工艺，由于铸锭自下而上冷却，在铸锭的顶部存在有铸造集中缩孔，在集中缩孔部位的内部有富集大量浮渣，因此必须切除冒口才能交货，铸锭成材率只有85％左右，造成大量的资源浪费；而本发明由于采用水平连续铸造的方式成型，在凝固过程中存在的体收缩能够得到中间包钢液的有效补缩，不存在集中缩孔，连铸的坯材可以提高到95％左右。
3、既降低了生产成本，又减少生产对大气环境的污染：采用本发明生产的坯材是在真空条件下水冷的铜模中快速凝固成形的，表面光洁、无氧化、无外来污染物污染，可以铸态表面方式交货，取消了传统工艺必须的表面打磨工序，既降低了生产成本，又减少生产对大气环境的污染，是一种适用于中小断面(φ40～φ80mm)水平连铸的环保型新产品。
根据本发明的一些实施例，所述中间包外壳体包括中间包上部、中间包中部、中间包下部；所述漏斗的外部缠绕有感应线圈，所述中间包中部呈栅栏状并套接在所述感应项圈的外围。
根据本发明的一些实施例，所述包座砖安装在所述中间包下部并延伸到所述漏斗的底端，所述包座砖内设置有浇道，所述浇道与所述漏斗的底端连通。
根据本发明的一些实施例，所述拉坯机的前后两端均设置有导引辊道，所述导引辊道包括可移动支架、及安装在所述可移动支架上的多个自由辊。
根据本发明的一些实施例，还包括有结晶器冷却系统，所述结晶器冷却系统包括蓄水池，连通于所述结晶器和所述蓄水池之间的循环进水管和循环出水管，以及并联与所述循环进水管的换热机构，与所述循环进水管上串联有吸水泵，所述结晶器壳体与所述结晶组件之间设置有冷却腔，所述循环进水管和所述循环出水管分别与所述冷却腔连通。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的内部结构示意图；
图3为本发明实施例的结晶器冷却系统700示意图。
200、中间包组件；210、中间包外壳体；220、永久层；230、包嘴；240、漏斗；241、感应线圈；250、包座砖；251、滑槽；260、中间包水口；270、密封盖；280、真空管；300、结晶器；310、结晶组件；320、隔水组件；330、石墨套；340、长铜套；350、不锈钢套；360、短铜套；370、隔水套；380、螺套；390、结晶器壳体；391、冷却腔；400、安全闸机构；410、液压支撑板；420、结晶器水口；430、结晶器滑板；450、中间包滑板；470、硅酸铝板；500、引锭杆；510、引锭头；600、拉坯机；610、拉胚辊；700、结晶器冷却系统；710、蓄水池；720、循环进水管；730、循环出水管；740、换热机构；750、吸水泵。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1至3，根据本发明的第一方面实施例的一种真空水平连铸和模铸的装置，其特征在于，包括：
移动浇铸车；
中间包组件200，呈L型浇道砖结构，包括中间包外壳体210、以及设置在所述中间包外壳体210内部的永久层220，所述永久层220上方设置有与移动浇铸车连接的包嘴230，所述永久层220内设置有漏斗240，所述漏斗240的底部连接有包座砖250，所述包座砖250上安装有中间包水口260，所述包座砖上安装有中间包水口210，所述中间包外壳体210的上部安装有密封盖270，所述密封盖270上开设有用于抽取空气的真空管280，在工作的过程中，关闭密封盖270，并利用真空管280对永久层220内部进行真空处理，保证钢水在真空状态下完成水平连铸；
结晶器300，包括结晶组件310，以及螺接在所述结晶组件310一端的隔水组件320，所述结晶组件310成圆筒状，其由内到外依次套接有石墨套330、长铜套340、不锈钢套350，所述隔水组件320由内到外依次套接有短铜套360、隔水套370、螺套380，所述螺套380与所述不锈钢套350螺接，所述结晶组件310与隔水组件320外还套接有结晶器300壳体；
安全闸机构400，安装在所述中间包组件200与所述结晶器300之间，包括通过法兰安装在所述结晶器300的端部的液压支撑板410，所述法兰上设置有结晶器300水口，所述液压支撑板410上滑动安装有结晶器300滑板，所述结晶器300滑板与所述结晶器300水口抵接，所述结晶器300滑板上设置有与所述结晶器300水口配合的第一圆孔，所述包座砖250上设置有滑槽251，所述滑槽251内安装有中间包滑板450，所述中间包滑板450上设置有与所述中间包水口260配合的第二圆孔，所述结晶器300滑板与所述中间包滑板450之间加装有硅酸铝板470，所述硅酸铝板470上开设有与所述第一圆孔、所述第二圆孔连通的第三圆孔；
引锭杆500，从所述结晶器300远离所述中间包组件200的一端插入并延伸到所述隔水组件320的短铜套360内，所述引锭杆500的插入端螺接有引锭头510；
拉坯机600，包括若干个拉胚辊610组，所述拉胚辊610组包括两个上下布置的拉胚辊610。
本实施例的一种真空水平连铸和模铸的装置的真空浇注(连铸)工艺路线：A.生产准备
中间包采用“井式炉+L型浇道砖导流结构”与结晶器300水口连接并置于移动浇铸车上。生产前移动浇铸车移到炉室外，安装好引锭头510、结晶器300水口砖等。先送引锭装置安装引锭杆500，将引锭头510水平送入结晶器300内浇注起始位置(引锭头510前端距铜套进口80～90mm)，引锭头510送入时应避免损伤结晶器300石墨套330和铜套；用压缩空气吹扫引锭头510，以除去污染物及湿气，保持引锭杆500头清洁干燥；用撬棍或铜钎等将引锭头510撬进结晶器300，并使引锭头510距结晶器300四周的距离均匀，然后将石棉绳塞紧铜套与引锭头510的间隙；塞石棉绳时应注意不要将铜套打坏，四周塞紧塞均匀。引锭头510与结晶器300出口处采用O型密封圈密封。同时安装好中间包座砖250等。将中间包和结晶器300对接，用螺栓+蝶形弹簧锁紧。
将移动浇铸车引入炉室内浇钢位置、移动锭模室密封门到位，锁紧锭模室门，连接结晶器300出口密封圈。连接密封完成后，将锭模室密封门装好，准备完毕。
中间包--井式炉+L型包座砖250在浇钢前采用电阻加热(>0℃)，用埋入式铠装热电偶测温。
移动浇铸车运行到位后采用液压锁紧定位。
B.熔炼与连铸生产
装好炉料的感应炉关闭好密封炉门后开始抽真空，通电加热熔化(按常规作业)。出钢前30分左右，开启井式炉加热中间包组件200。当熔炼炉充氩调压后，打开锭模室密封门，将引锭头510与引锭杆500连接。
出钢时，倾动炉体将钢水按照工艺要求速度浇入包嘴230(流钢槽)，浇铸开始时可按照一般水平连铸作业要求进行拉坯生产。
同时关闭井式炉电加热。取下结晶器300出口密封装置。
通过窥视镜和电视探头查看钢水液面，开闭井式炉可以稍微调节浇铸温度。
根据本发明实施例的一种真空水平连铸和模铸的装置，至少具有如下有益效果：1、降低了成品铸坯的夹杂物含量，提高了铸坯的冶金质量：传统的真空冶炼工艺是顶铸成形的，在浇铸过程中，不可避免地会将坩埚材料和浮渣或多或少地带入铸锭，而造成钢材的污染，影响材料的性能；而本发明是水平底铸充型，因为各种非金属夹杂物的比重比钢液小，浮于钢液熔池顶面远离充型区，从而可使获得少夹杂或无夹杂铸锭，大大提高特种合金铸坯的冶金质量，这一特性对制备特殊用途的高品质粉末特种合金有特别重要的意义。
2、提高了特种合金的成材率：传统的铸锭成材工艺，由于铸锭自下而上冷却，在铸锭的顶部存在有铸造集中缩孔，在集中缩孔部位的内部有富集大量浮渣，因此必须切除冒口才能交货，铸锭成材率只有85％左右，造成大量的资源浪费；而本发明由于采用水平连续铸造的方式成型，在凝固过程中存在的体收缩能够得到中间包钢液的有效补缩，不存在集中缩孔，连铸的坯材可以提高到95％左右。
3、既降低了生产成本，又减少生产对大气环境的污染：采用本发明生产的坯材是在真空条件下水冷的铜模中快速凝固成形的，表面光洁、无氧化、无外来污染物污染，可以铸态表面方式交货，取消了传统工艺必须的表面打磨工序，既降低了生产成本，又减少生产对大气环境的污染，是一种适用于中小断面(φ40～φ80mm)水平连铸的环保型新产品。
根据本发明的一些实施例，所述中间包外壳体210包括中间包上部、中间包中部、中间包下部；所述漏斗240的外部缠绕有感应线圈241，所述中间包中部呈栅栏状并套接在所述感应项圈的外围。本实施例中的中间包中部对感应线圈241进行外围保护。
进一步，根据本发明的一些实施例，所述包座砖250安装在所述中间包下部并延伸到所述漏斗240的底端，所述包座砖250内设置有浇道，所述浇道与所述漏斗240的底端连通。液态金属从包嘴230进入漏斗240后，再从浇道流出并进入结晶器300，通过漏斗240的外部的感应线圈241可对金属液态进行加热保温，防止冷却凝固。
进一步，根据本发明的一些实施例，所述拉坯机600的前后两端均设置有导引辊道，所述导引辊道包括可移动支架、及安装在所述可移动支架上的多个自由辊。通过自由辊对拉料进行承托与输送，防止拉料再重力作用下变形。
进一步，根据本发明的一些实施例，还包括有结晶器冷却系统700，所述结晶器冷却系统700包括蓄水池710，连通于所述结晶器300和所述蓄水池710之间的循环进水管720和循环出水管730，以及并联与所述循环进水管720的换热机构740，与所述循环进水管720上串联有吸水泵750，所述结晶器300壳体与所述结晶组件310之间设置有冷却腔391，所述循环进水管720和所述循环出水管730分别与所述冷却腔391连通。本实施例通过在进水管上并联设置换热机构740，进而当进水管内的水温无法满足冷却要求时，可通过换热机构740对进入结晶器300之前的循环水进行降温，保证生产的顺利性，可满足高温合金母合金的生产要求。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种真空水平连铸和模铸的装置，其特征在于，包括：
移动浇铸车；
中间包组件(200)，呈L型浇道砖结构，包括中间包外壳体(210)、以及设置在所述中间包外壳体(210)内部的永久层(220)，所述永久层(220)上方设置有与移动浇铸车连接的包嘴(230)，所述永久层(220)内设置有漏斗(240)，所述漏斗(240)的底部连接有包座砖(250)，所述包座砖(250)上安装有中间包水口(260)，所述中间包外壳体(210)的上部安装有密封盖(270)，所述密封盖(270)上开设有用于抽取空气的真空管(280)；
结晶器(300)，包括结晶组件(310)，以及螺接在所述结晶组件(310)一端的隔水组件(320)，所述结晶组件(310)成圆筒状，其由内到外依次套接有石墨套(330)、长铜套(340)、不锈钢套(350)，所述隔水组件(320)由内到外依次套接有短铜套(360)、隔水套(370)、螺套(380)，所述螺套(380)与所述不锈钢套(350)螺接，所述结晶组件(310)与隔水组件(320)外还套接有结晶器(300)壳体；
安全闸机构(400)，安装在所述中间包组件(200)与所述结晶器(300)之间，包括通过法兰安装在所述结晶器(300)的端部的液压支撑板(410)，所述法兰上设置有结晶器(300)水口，所述液压支撑板(410)上滑动安装有结晶器(300)滑板，所述结晶器(300)滑板与所述结晶器(300)水口抵接，所述结晶器(300)滑板上设置有与所述结晶器(300)水口配合的第一圆孔，所述包座砖(250)上设置有滑槽(251)，所述滑槽(251)内安装有中间包滑板(450)，所述中间包滑板(450)上设置有与所述中间包水口(260)配合的第二圆孔，所述结晶器(300)滑板与所述中间包滑板(450)之间加装有硅酸铝板(470)，所述硅酸铝板(470)上开设有与所述第一圆孔、所述第二圆孔连通的第三圆孔；
引锭杆(500)，从所述结晶器(300)远离所述中间包组件(200)的一端插入并延伸到所述隔水组件(320)的短铜套(360)内，所述引锭杆(500)的插入端螺接有引锭头(510)；
拉坯机(600)，包括若干个拉胚辊(610)组，所述拉胚辊(610)组包括两个上下布置的拉胚辊(610)。
2.根据权利要求1所述的一种真空水平连铸和模铸的装置，其特征在于：所述中间包外壳体(210)包括中间包上部、中间包中部、中间包下部；所述漏斗(240)的外部缠绕有感应线圈(241)，所述中间包中部呈栅栏状并套接在所述感应项圈的外围。
3.根据权利要求1所述的一种真空水平连铸和模铸的装置，其特征在于：所述包座砖(250)安装在所述中间包下部并延伸到所述漏斗(240)的底端，所述包座砖(250)内设置有浇道，所述浇道与所述漏斗(240)的底端连通。
4.根据权利要求1所述的一种真空水平连铸和模铸的装置，其特征在于：所述拉坯机(600)的前后两端均设置有导引辊道，所述导引辊道包括可移动支架、及安装在所述可移动支架上的多个自由辊。
5.根据权利要求1所述的一种真空水平连铸和模铸的装置，其特征在于：还包括有结晶器冷却系统(700)，所述结晶器冷却系统(700)包括蓄水池(710)，连通于所述结晶器(300)和所述蓄水池(710)之间的循环进水管(720)和循环出水管(730)，以及并联与所述循环进水管(720)的换热机构(740)，与所述循环进水管(720)上串联有吸水泵(750)，所述结晶器(300)壳体与所述结晶组件(310)之间设置有冷却腔(391)，所述循环进水管(720)和所述循环出水管(730)分别与所述冷却腔(391)连通。
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