CN100365136C - 用于传送冶金成分改进的熔融金属的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种提高熔融金属冶金工艺的方法和设备，包括一个封闭的浇铸包内膛(23)，它避免了浇铸包从制造容器如炉子(13)传送到中间工艺(15)或精炼位置，或在处理和传送到接收容器例如漏斗(17)的过程中的热损失。该方法包括在浇铸包内膛(23)内引进一个耐热体，所述耐热体由钢压舱物、耐火材料和渗透抑制剂材料的均匀混合物形成，与耐火材料相比，所述渗透抑制剂材料对抑制浇铸包内熔融金属与炉渣对耐热体的渗透具有更好的效果。并且所述耐热体的比重在2.7-4.5的范围内，这样所述渗透抑制剂材料提高了所述耐热体抵抗浇铸包(22)内熔融金属和炉渣的渗透的能力。此方法包括封闭浇铸包(22)，例如用盖子(90)封闭浇铸包和将耐热体保持在浇铸包内直至熔融金属从浇注包中基本排出。

Description

用于传送冶金成分改进的熔融金属的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种在传送和传递熔融金属过程中提高熔融金属成份冶金工艺的方法和设备。

背景技术

在传统的金属合金制造中，将用于制造金属的预定材料成份引入例如氧气顶吹转炉和电弧炉等高炉中，在炉中进行后续的用以形成金属浇铸熔液的液化和混合工艺。包含杂质和催化剂的炉渣层位于熔融金属的顶层，熔融金属然后流入浇铸包，以送入下一个加工位置或另一台制造设备，如带轧或板轧设备。在制造设备中熔融金属从浇铸包流入容器如漏斗中。加工位置可提供有热源，以使浇铸液到达加工位置时仍保持为液体混合物，但同时有相当大的热量从上文所述的顶部开放的浇铸包中损失。

在避免能量损失的问题中，已经发现将熔融金属从炉子传递到加工设备并在加工过程中封闭浇铸包是有效的。此外，另一项最近的创新通过改善炉渣层或熔融金属的冶金工艺来改善浇铸液的冶金成份。同时，保持浇铸包中热量或改善浇铸包中热量损失。不幸的是，尽管在熔融金属从高炉传送到加工位置或生产设备的过程中，包括加热和热量难以到达的工艺条件的延长期间中，将所述浇铸包密封能够带来冶金、改进，却不能使现有浇铸控制技术成功地用在现有容器中。

举例而言，先前已知的在浇铸包内控制熔液浇铸的技术，如在固定的炉子中用机械臂放置耐火塞和降低喷嘴，并不能在封闭的浇铸包中采用。并且已知的在KoFFron的美国专利No.4,601,415中所述的耐热体，当浇铸包内熔融金属位于排出喷嘴上方形成漩涡的临界水平时并不能在密封浇铸包中使用。此外，先前的耐热体形成时独特的比重设计使它们在熔液中受到浮力支持，而长期暴露在浇铸包下，会迅速磨损，从而达不到它们与熔融金属和炉渣层界面长期接触的预定作用。

发明内容

本发明克服了上述缺点，它提供了一种持续加工熔融金属的方法及设备，并且改进工艺后，提高了从浇铸包中排出的质量得以改进的金属浇铸液的含量。总之，改进金属浇铸的冶金处理与改进送料相结合，包括给金属浇铸包加盖密封，特别是在精炼刚刚结束时，例如在浇铸包内通过加入平衡成份来达到目标平衡成份。这种方法包括引进特殊结构的耐热体，使金属浇铸液保持更好的平衡成份，使浇铸包中的耐热体保持至熔融金属液浇铸结束。所述耐热体由钢压舱物、耐火材料和渗透抑制剂材料的均匀混合物形成，与耐火材料相比，所述渗透抑制剂材料对抑制浇铸包内熔融金属与炉渣对耐热体的渗透具有更好的效果。并且所述耐热体的比重比所述浇铸包中熔融金属浮力支持该耐热体所需的比重要小，并且比浇铸包中炉渣层浮力支持该耐热体所需的比重要大。所述耐热体的比重在2.7-4.5的范围内，这样所述渗透抑制剂材料提高了所述耐热体抵抗浇铸包内熔融金属和炉渣的渗透的能力。耐热体保持时间延长需要一个特殊结构的漩涡制止器，制止器中包括一个至少部分位于浇铸包内并且与其形状配合的耐火材料体，它具有调整后的比重，调整后的比重具有的钢压舱物对耐火材料的比值小于浇铸包中熔融金属与炉渣界面中的熔融金属的浮力支持所需的比重的比值。为了更好的矫正界面，比值优选地高于炉渣层中完全支持耐热体所需比重的比值。更优选的是，耐热体也包括一个渗透抑制剂用以防止耐热体在熔融金属中受到破坏。

因此，本发明提供了一种能长时间暴露在熔融金属中、炉渣中或余热中的而不易损坏的耐热体。本发明的耐热体提供了相当结实的结构，它能够保持耐热体的完整，与先前无遮挡浇铸包和先前已知的炉渣控制技术或生产提高技术相比，它减少了浇铸过程中的漩涡。此外，封盖的浇铸包具有改进的传送机制和改进的冶金制造***，它使得合金制造中的精度更高，制造技术得到改进，使用大量高质量的金属，并且能量效率比已知的制造***更高。

附图简要说明

图1是金属制造工艺设备的局部示意图，包括***所使用的传送浇铸包的剖面图；

图2是浇铸包底部的剖面放大图，包括一个控制熔融金属流出的喷嘴阀门；

图3是沿图2中3-3线的放大剖面图。

具体实施方式

参照图1，一种金属制造***10，它包括一个制造设备12，一个传送机械14和一个加工设备16。制造设备12可以包括氧气顶吹转炉、电弧炉或其它的合金熔炼设备。制造金属的原料加入炉中，加热至熔化并将其混合以制成具有预定需要成份的金属。尽管在炉子13中金属的质量和特定的成份与原料一致，但组分中的杂质会导致加工设备16将使所用的金属成份与预定的金属成份不同。加工设备16可以为成品批量生产设备，例如带轧设备，它包括一个接收传送的熔融金属的漏斗，熔融金属为带状、板状或其它形状，加工设备使熔融金属硬化以便用于随后的再次加热、成形、冲压和其它加工工序。然而，制造设备12与加工设备16间的复杂性、尺寸和功能的不同造成需要使用传送机械14将熔融的金属从制造设备12卸下并传送至中间工艺位置15或加工设备16，或中间工艺位置15与加工设备16之间。

本发明也适用于***10，其中中间工艺位置15，例如二次精炼设备，可以位于制造设备12和加工设备16之间。通常，熔炉生产出化学成份和温度都在规定范围内的钢水，然后钢水流入浇铸包并依次被传送至浇铸精炼炉、搅拌处、脱气处--每一处都可描述为中间工艺位置--用于调整金属化学成份。化学成份和温度被调整得更精确，范围更窄，以达到顾客订单对产品等级的要求。因此，最好每次从炉中生产出的热(浇铸液)化学成份范围基本相同。然后所有不同等级产品在精炼炉中进行化学调整。举例而言，加入如Ca，Mn，Al，MgO，Si和碳化钙等材料，在钢水中吹氩气，用电极或其它加热方式再次加热，以提高符合规格的程度。中间工艺最好发生在引入耐热体之前，因为不能通过外界手段把耐热体限制在排出喷嘴之上的位置。

一般而言，传送机械14包括一个用于传送熔融金属负载的置换器18。在最佳实施例中，置换器1 8包括一个浇铸包22，它由起重机20或其他运输设备支撑，还包括用于起吊浇铸包22的盖子90的起重机20。通常，起重机20传送浇铸包到制造设备12处，打开浇铸包22的顶部26以接受从喷嘴或制造设备12的炉子13的其它开口处排放出的浇铸液。同样，浇铸包包括一个排出喷嘴28，它使得熔融物流入加工设备16的漏斗或其它接受容器。最好是，排出喷嘴28有一个阀门30，阀门30与控制器32相响应。

控制器32包括一个位于喷嘴处的探测传感器，用于检测通过喷嘴的流体减少的时间，即通过漩涡制止器或其它活塞降低流量，以停止金属从浇铸包中流出，优选在炉渣漂浮在熔融金属层的熔融金属混合物顶层之前终止金属流出。然而，当漩涡制止器工作时，从熔融金属层到炉渣层的移动几乎是同时发生的，因为漩涡制止器通过排除漩涡来排除金属炉渣混合物。移动发生十分快以至于几乎不可分离。虽然节流阀终止响应时，观察到的并不是最大产出量，但是通常情况下由工人或自动探测器发现炉渣的时候停止浇铸液流出。节流效应和熔融金属到炉渣的移动可以由工人或自动探测器发现。此外，与节流或炉渣成份的检测响应，可以人工或自动控制控制器32。

如图2所示，终止流动的响应可以通过液压机械装置在探测到节流后完成。举例而言，液压缸40的活塞42与传导装置44耦合，液压缸40与滑动壳体46接合。滑动壳体46包括一个凹形槽，它支撑耐火材料制成的滑动盘48。滑动盘48相邻底盘50滑动，底盘50也由耐火材料制成，并被支撑在砖形金属装置52之间。砖形金属装置52包括支撑底盘的四个侧支撑物和一个具有螺栓54的连接机械，当砖形金属装置安装到浇铸包上时，螺栓54用于调节底盘50相对于喷嘴嵌入物的位置，这样底盘开口56与喷嘴嵌入物60中的开口58在一条直线上。底盘支撑物62安装或焊接在浇铸包外壳上，并与滑动盘机构64相啮合，滑动盘机构64被螺栓固定在底盘支撑物62上。

开口66与液压缸40以众所周知的方式配合，滑动盘48的开口66被滑动壳体替代。此外，滑动块通过夹臂76(图3)支持在夹子68内，以便斜槽喷嘴70支持在斜槽喷嘴壳体中。斜槽喷嘴70也包括一个开口74，它可以与滑动盘48的开口66、底盘50的开口56和喷嘴嵌入物60中的开口58在一条直线上。斜槽喷嘴壳体72滑入并旋转入卡销，并固定在滑动壳体46上。夹臂76包括一个偏心的曲柄杠杆机构，它的行动响应于夹紧把手80，用于保持斜槽喷嘴70与喷嘴嵌入物60在一条直线上，并且通过滑动盘48相对于底盘50的滑动打开阀门。螺旋弹簧82安装在受阀门热量影响最小的位置，用于支持滑块48的表面负载。

浇铸包的开放顶部26由盖子90封闭，盖子可以由耐火材料或以耐火材料覆壳制成。盖子90由起重机24支持和定位。盖子90可以被放置或悬吊到浇铸包上，以便在封闭的喷嘴28和开放的顶部26之间封闭浇铸包的内膛23。这种用于封闭浇铸包的内膛23来保存热量的盖子是先前已知的。并且，由于保存浇铸包内的热量，可以在传送时对浇铸包内的钢水进行冶金工艺方面的调整。特别是，在盖子90放置在浇铸包22的开放顶部26之前，另外的合金元素和催化剂可以被加入到内膛23内，从而进行钢水的精练。特别是，由于炉渣层继续提供催化剂和从熔融金属中去除杂质，避免了杂质的再次介入，使内膛23内熔融金属的成份可以被保持在所设计的合金及化合物的成份范围。

最好不要在传送时进行调整，而是在浇铸包处在中间工艺位置15或二次熔炼炉中时进行。直至钢水的化学成份和温度达到窄小的目标范围内后，浇铸包才离开中间工艺位置15或二次熔炼炉。最好是耐热体在中间工艺位置15或二次熔炼炉进行的所有调整结束后再***浇铸包。不论中间工艺发生在精炼炉，还是在运输到生产炉的过程中，或是在生产炉中，都最好在盖子90放置在浇铸包的顶部之前，并且最好在耐热体介入之前结束中间工艺。

封闭浇铸包的开放顶部26和喷嘴28的结果是，内膛23难以被进一步改进，从而当需要排放熔融金属浇铸液时，使用漩涡制止器来控制熔融金属层和炉渣层的混合物。此外，当浇铸包通过机械机构24传送到加工设备16的目标容器17时，不能打开盖子90，直至熔融金属浇铸液大量或全部流出。在一些工厂中，当浇铸包几乎流空以后再打开盖子。可以在一个浇铸包基本排空，而另一个用于继续浇铸的基本充满的浇铸包尚未封闭时进行开盖操作。

结果，将漩涡制止器引入封闭的浇铸包表示完全不同的一个期间，在此期间内耐热体与熔融金属与炉渣层的接触更大，这与已知的使用不同。与先前已知的漩涡制止器不同，浇铸步骤中耐热体的比重和耐火性都调整到了合适的程度，该浇铸步骤发生在浇铸包灌满并在长时间的封闭传送之后。浇铸最好发生在中间工艺之后。尽管浇铸的持续时间范围为35-180分钟，耐热体必须在浇铸步骤的最后时间内，如10分钟，提供良好的性能。

举一个例子，当耐热体的比重范围为4.8-5.2，即通常保持炉子中炉渣层和熔融金属层分离2-10分钟的比重范围，耐热体在封闭浇注包环境中是无效的，其中2-10分钟指从阻止炉中熔融金属，在临界高度形成漩涡，到节流或到使用其它终止方式以终止钢水从喷嘴排出的时间。因此，对浇铸包环境中的漩涡制止器作了几项对其寿命有贡献的改进。特别是，氧化铝(Al₂O₃)在剩下组分中的重量百分比从45％增加到了70％，其含量增加到了高温范围，性质也增加并保持下来。此外，耐热体组份与如1％至2％的重量百分比的高温水泥混合，例如钙铝高温水泥、高强度水泥或低含水量水泥。

此外，钢压舱物对耐火材料的比值减小，从而得出比重最佳值为3.7左右，适合值范围大致为2.7-4.5。另外，优选把由颗粒状含碳材料制成的渗透抑制剂加入到耐火材料混合物中，以减少耐热体与熔融金属或炉渣长期接触被其浸入而导致的破坏、侵蚀、腐蚀、损坏和剥落的数量。然而，还可以加入其它的无机化合物作为防渗物，最好是硅、硼硅酸盐和其它玻璃。

一般可以使用更多的昂贵的耐火材料，如MgO，但为了限制成本应尽量避免使用。无论如何耐热体包括钢压舱物与耐火材料的混合物，并根据先前已知的耐热漩涡制止器，将耐热体比重作了调整。调整可以包括由于设计的目标化学成份所引起的变化，例如可以包括不锈钢丝、硅碳、镁耐火材料、铬耐火材料、锆石耐火材料、氧化锆耐火材料、片状氧化铝耐火材料、mallite耐火材料等。调整也由规定的块状密度和熔融金属的平均寿命决定。钢压舱物的最佳寿命为每立方英尺300-400#，最佳重量百分比在30％至80％之间，而前面公开了上述耐火材料的重量百分比为30％至80％。高温水泥的粘合剂至少应经受住1000高温，但最好可以承受2400-3300的高温而无实质破坏，最佳重量百分比为2％至12％。

钢压舱物对耐火材料的比值减小了，其比重小于浇铸包中熔融金属与炉渣界面处的熔融金属浮力支持耐热体所需比重的比值，但最好是比重高于炉渣层中完全支持耐热体浮力所需比重的比值。结果，比重和耐热性(在液态金属环境中支撑和存留的能力)的调整，使得耐热体即使在长时间暴露在从炉子向接收容器传递的封闭浇注包环境中的熔融金属中依旧保持工作的形状，能进行漩涡制止器和节流的工作。改变耐热体比重使耐热体不过早地被吸附到排出喷嘴。

尽管图示和描述了一个发明实施例，并不试图图示并描述本发明的所有可能形式的实例。而且，说明书中词句为不作限制性描述词句，应理解为在不背离本发明的精神和范围情况下可作不同改变。

Claims (8)

1.一种用于在传送过程中持续处理熔融金属的漩涡制止器，熔融金属由浇铸包(22)传递，浇铸包(22)具有开口、设在所述开口上的可以封闭的盖子(90)和设在浇铸包(22)内的排出喷嘴(28)，所述漩涡制止器包括：

形状能够配合在所述浇铸包的开口内的耐热体；

所述耐热体由钢压舱物、耐火材料与含碳微粒材料、硅石和硅酸盐基玻璃中的至少一种的混合物形成；并且

所述耐热体的比重在2.7-4.5的范围内，且含碳微粒材料、硅石和硅酸盐基玻璃中的所述至少一种提高了所述耐热体抵抗浇铸包(22)内熔融金属和炉渣的渗透的能力。

2.如权利要求1所述的漩涡制止器，其中，所述耐火材料包括耐火土和氧化铝中的至少一种。

3.如权利要求1所述的漩涡制止器，其中，所述混合物中含有高温粘合剂。

4.一种利用金属浇铸包(22)改进金属浇铸工艺的方法，所述金属浇铸包(22)内盛有熔融金属并且具有排出喷嘴(28)，所述方法包括：

形成由钢压舱物、耐热材料和含碳微粒材料、硅石和硅酸盐基玻璃中的至少一种的混合物所构成的耐热体，所述耐热体的比重在2.7-4.5的范围内，且含碳微粒材料、硅石和硅酸盐基玻璃中的所述至少一种提高了所述耐热体抵抗浇铸包(22)内熔融金属和炉渣的渗透的能力；

将所述耐热体置入金属浇铸包内；

用盖子封闭金属浇铸包；和

将所述耐热体保持在所述浇铸包中，直至熔融金属排出。

5.如权利要求4所述的方法，其中，进一步包括在浇铸包内进行中间工艺处理。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述中间工艺包括浇铸包精炼。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述精炼步骤包括在加盖步骤之前平衡浇铸包内成份。

8.如权利要求6所述的方法，其中，所述精炼步骤包括脱气。

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