CN1071606C - 一种连铸中间包 - Google Patents

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Abstract

用于容纳一钢水溶池的连铸中间包，包括设置在缓冲杆(5)下游的闸门(3)，及设置在中间包闸门(3)和喷嘴(2)之间的电源(4)。闸门(3)用于接收由缓冲杆(5)发出的熔融金属输入流体，并使熔融金属流变为以派生流体，它们能将夹杂的杂质带向熔池上的渣粒盖，以此增强杂质的浮出。能源(4)提供了对派生流体恢复动能的方式并增加其在渣料盖下通过的数量，从而进一步增强了杂质的浮出能力。

Description

一种连铸中间包
                    本发明背景
本发明涉及用于容纳一钢水溶池的连铸中间包，且更特别的是在于提供一种熔融金属的流动形式以增强杂质浮出的能力并提高连铸钢制品的显微清洁度。
中间包为容器状大桶，被设置在连铸模和将钢水送至铸造机的铸桶之间。所述中间包应被设计成能容纳一池钢水，该钢水能从中间包注入铸造机内以形成所需产品。在将熔融金属送至中间包期间，通过一从铸桶伸出的管套，输入的熔融金属流能从中间包底板向上返回而产生破坏熔池表面上的渣料盖的紊流沸腾效应，并将渣料盖上的颗粒带入钢水，且使钢水暴露在空气中。
美国专利申请5,169,591通过使用一缓冲杆而克服了上述紊流及渣料夹带，该缓冲杆应被加工成能改变输浇包液流所形成的流体流动方向。所述缓冲杆包括一底座及一沿该底座周边向上伸出的侧壁。浇包液流对所述底座进行冲击并产生朝向侧壁的放射状流体，且所述侧壁包括一沿其内表面延伸的切槽，且其形状应能接收并使放射状流体的流动方向变为返向输入浇包液流的方向。所述返回的流体消耗了离开缓冲杆的流体流动能量并减弱了中间包内的表面紊流度。返回的流体还增加了杂质间碰撞的可能性，并促进了较大杂质颗粒的聚集和形成。由于其较高的浮力，因而较大的杂质颗粒能更快地浮出。
对于中间包内流体流动的研究已表明：通过使用与缓冲杆相配合的辅助流体控制装置，能进一步提高钢制品的显微清洁度。所述新的流体控制装置能产生平稳的上升液流以增强浮向浮在钢水池表面上的渣料盖的能力。这些平稳的液流以一降低的速度流向熔池表面以防止表面沸腾效应及渣料盖的损坏。从缓冲杆流出的钢水中聚集的杂质被送向渣料盖，在该处杂质被吸收从而提高了钢制品的显微清洁度。
虽然，将中间包设备中的不同部件，储如缓冲杆和辅助控制闸相结合能减弱引起表面沸腾效应的紊流。但是，同时也会减弱所希望的钢水流向中间包设备下游处的动能。结果，削弱了下游钢水的方向控制性能，并且在中间包下游截面处的流动形式会受到出口液流的控制。由于流动流体会从端壁且特别是下游角落处附近的中间包熔池区域绕过，所以便导致了不希望有的滞流现象。为使流动流体流入这些滞流区域，必须将动能从象惰性气体起泡器或电磁搅拌器这样的辅助能源输送至流动流体。通过允许具有足够动能的流体流过闸门，贯穿于流体控制闸上的孔也能削弱滞流现象。
所述辅助能源应被设置在闸门与中间包喷嘴间的流体控制闸的下游处。这些能源会增加中间包内钢水的动能量及其滞留时间，并在不产生表面沸腾效应的情况下，形成平稳的上升流体。贯穿于闸门的孔能调节闸门上游及下游的流量。
                           本发明概述
因此，本发明的一个目的在于通过控制连铸中间包内部熔融钢水的流动而提高钢制品的显微清洁度。
本发明的另一个目的在于通过增强杂质浮出装在中间包熔融水池的能力而提高钢制品的显微清洁度。
本发明的还一目的在于通过导引熔融钢水上升以流向熔池表面上的渣料盖而增强了杂质浮出的能力。
本发明的另一目的在于提供用以与中间包缓冲杆相配合的流动控制设备，以将熔融钢水导向渣料盖并增强了杂质浮出的能力。
本发明的另一个目的在于提供一种能源以维持熔融钢水朝向渣料盖的持续流动。
本发明的另一目的在于减少在中间包角落处流体流动的滞留现象。
最后，本发明的另一目的在于提供一种能源，用以控制熔融钢水流过中间包的滞留时间。
我们已经发现上述目的能在一中间包内的一熔融钢水熔池内实现，其特征在于一流动控能闸门被设置在所述缓冲杆的下游处，该缓冲杆具有一上部部分，该部分应被加工成能接收并使从所述缓冲杆放出的熔融金属流变为最少一股派生流体，所述派生流体应能流向浮在所述钢水熔池上的一渣料盖。
                      附图简述
图1为一剖面正视图，所示产为用于一多铸造机中间包的优选流动控制设备。
图2为一剖面正视图，所示为所述流动控制设备的闸门部分。
图3为流动控制设备中整个闸门的平面剖视图。
图4为部分中间包的一等角图，所示为通过本发明的流动控制而产生的不同下层液流。
图5为图1中的放大部分视图，所示为当下层液流通过中间包时，速度的变化。
图6为一剖面正视图，所示为用于一单流铸造机中间包的优选流动控制设备。
图7为用于一铸造中间包的本发明中流动控制的另一实施方案。
                        优选实施方案详述
对于更清洁钢需求量的增加而引出不断的研究以研制用于提高某些钢品种的显微清洁度的方法和设备。从在先的美国专利申请5,169,591中已认识到利用一缓冲杆接收并改变由输入浇包液流产生的流体流动能在技术上带来这一优点。现在，我们已发现通过使用与流动变向缓冲杆相配合的辅助流动控制设备能进一步提高钢水的显微清洁度。
参照附图1，多流连铸机1如图所示，具有第一端部1a和一第二端部1b。除为了说明的目的外，所述第一和第二端应相对如图1所示，不同的能源4被设置在喷嘴2附近的中间包底板内。但在实际中，多流连铸机中间包通常使用设置在每喷嘴附近的相同能源4。因为所述两端部是相对设置的，因此必须明白若不另作说明的话，以下所披露的内容均适用于所述多流连铸机中间包的两端部。
如图1所示，最佳实施方案中的流动控制设备包括闸门3及能源4，该设备与回流中间包缓冲杆5相配合，所述缓冲杆被设置在受到输入浇包液流冲击的中间包冲击区域内。缓冲杆5包括贯穿于侧壁7的开孔6，在美国专利No,5,169,591的附图9-11中已对其作了更为详细地说明。熔融金属通过一从一浇包(未示出)上伸出的浇包管套8被注入中间包1内，并且由输入浇包液所产生的流体被切槽部分10接收，该切槽部分应沿位于缓冲杆顶面11下方的侧壁7的内表面延伸。所述切槽能改变流体流动方向以使其向输入浇包液流9回流。从而在该处使液流的动能得以消耗。从附图6和7中可更清楚地看出，这样便减弱了表面紊流度。返回液流增加了夹杂在钢水中杂质间形成碰撞，及杂质聚集以形成较大颗粒的可能性，该颗粒能更迅速地向浮在熔池表面上的渣料盖13浮起。
流动控制闸门3被设置在缓冲杆5的下游处，并最少沿中间包1的宽度方向伸出一定长度。所述闸门包括一具有上游表面16及一下游表面20的垂直件14。所述垂直件还包括一上部部分，该部分的形状同与中间包底板相邻的异形上部部分的形状有所不同，异形上部部分包括一具有一切槽15的向上延伸的臂17。图2和3更清楚地表明，切槽15应沿位于向上延伸的臂17下方的垂直件14顶部延伸，且切槽15及向上延伸的臂17应被加工成能接收并改变由开孔6排出的熔融金属流的方向，所述开孔应贯穿于缓冲杆的侧壁7。
图3和4更清楚地表明，流动控制闸门还包括贯穿于壁14的孔18。孔18以α为0°至大约30°的角、从面16至面20沿向上的方向穿过壁14。所述向上的孔能改变一部分由缓冲杆5发出的流体方向以使其沿向上的方向朝熔池表面处的渣料盖13流动。
所述孔也可以以一复合角θ贯穿于壁14。所述具有复合角的孔18′包括0°至大约30°的向上角α，该角与一大约不大于60°的向外的角相结合。所述向外的应向各自的中间包侧壁22倾斜。角度θ也可在孔至孔间发生变化，并且任何孔18和18′的结合均可被用来微调一特定中间包的流动形式。除沿向外方向朝向中间包下游角落19的方向以外，具有复合角的孔18′还能朝渣料盖13沿向上方向改变一部分输入流体的方向。下游角落通常为中间包内的死容积区，并且由所述孔所产生的液流在中间包端壁19′处提供了一种改进的流动形式。
所述孔18和18′的倾斜度可以变化以改善由所述孔所产生作用于下层流体上的方向控制性能。
再参照图1，在喷嘴2和闸门3之间最少设置一能源4。所述能源可采用任何目前已知或将来所能了解的装置，这些装置应能提高目前的流动控制装置所产生的下层流体动能量。例如，中间包1的第一端1a包括一汽体起泡器21。这种装置应通过将一股惰性气体21′射入熔池12中而改变中间包内下游流体的方向。但是，如图所示，中间包1的第二端1b具有一电磁搅拌器4。这种装置应能在熔池12内产生一平稳的向上紊流23′以改变下层流体的速度。
如上所述，反向流动缓冲杆能引起夹杂在钢水熔池内的杂质的碰撞，且这些碰撞能形成较大的、更易浮出的颗粒，这些颗粒具有更好的浮起性能。但是，为增强不需要杂质的浮出条件，则必须将杂质推向熔池表面，在该处它们能被吸入浮在熔池表面的渣料盖内。为完成这一工作，应将流动控制闸门3设置在一位于缓冲杆5下游并能充分拦截从缓冲杆的开口端6发出的流体F的位置处。壁14的上游表面16能拦截并缓冲流体F，且孔18、切槽15及上游延伸臂17将被缓冲后的流体F分为三股派生流体。主要的派生流体F1，反向上游派生流体F2及流向角落19的下游向外派生流体F3。其中，主要的派生流体F1具有最大流量而派生流体F3的流量最小。
贯穿于闸门上臂14的所有孔的结合截面区域，孔离中间包底板的距离，及孔的斜度确定了派生流体F1,F2和F3的流量。例如，具有较小角度α且离中间包底板距离较小的大孔能产生一较大的派生流体F3，并能减小F1和F2派生流体的流量。相反，离中间包底板较大的较小孔则能减小F3派生流体的流量而产生较大流量的F1和F2派生流体。因此，能够看出通过适当地制定孔的直径d，角度α及θ的斜度，及孔处于中间包底板上方的距离，则可提供一较宽范围的流体调节以控制流体流动形式以满足不同铸造条件的需要。此外，空闸门3与上游缓冲杆间的距离增大或减小时，通过增大或减小臂14的高度H能进行进一步的流动控制调节。并且闸门3中向上延伸的臂17的长度L和/或角度也可被调节以进一步提供控制中间包内流体形式的方式。
参照图1,4和5，用V0-V5的比例等级来测定输入浇包液流9，流体F及F1-F3的派生流体速度，其中V5为最大的流量而V0为不可测流量。浇包液流以大约V5的流量被注入中间包内，冲击缓冲杆5的底部，并被切槽10转向反缓冲。液体F从贯穿于侧壁7的开口端6流出并在大约V4的范围内流向闸门3。流体F对闸门3的上游表面16进行冲击并被进一步缓冲，且被孔18和18′，切槽15及上游臂7分为三服派生流体F1,F2和F3。
切槽15及臂17一起工作以将一部分流体F向上改变成具有流量大约V3的部分反向流体，且所述部分反向流体进一步被分为派生流体F1和F3。派生流体F2以大约为V1至V2的流量范围沿上游方向流动。派生流体F2应恰好和上流至渣料盖13的下方。当派生流体F2从渣料盖下边通过时，它们带去了被夹带的杂质并提高了杂质浮起的可能性。
派生体F2依靠输入浇包液流9的力量被向下牵引，且将任何残留在派生流体F2内的杂质循环回浇包液流9内。随后，为这些残留的杂质提供了结合并形成更大颗料的更多机会，从而提高了杂质浮起的可能性。通过这种方式，在流体通过渣料盖13下方时而未浮起的微小颗料，借助F/F2的环路作经过缓冲杆5的反复循环。这样，便大大增加了它们浮起进入熔池表面上的渣料盖的机会。
主要的派生流体F1以大约为V1-V2的流量沿下游方向对臂17进行冲洗。F1中标号24所示的较慢流动部分从闸门3上面通过并被向喷嘴牵引。F1中的较快流动部分则以小于V2的流量直接向上流向渣料盖13，所述流量将不会导致表面紊流效应的产生和/或渣料盖的破裂。派生流体F1以大约V1-V2的流量将所夹杂的杂质带至渣料盖13下方，从而也增大了杂质浮起进入渣料盖13的能力。当其流量低于V1时，其液流部分25便被向下朝喷嘴牵引，并与液流部分24混合，如标号26所示。此处，派生流体F1或通过喷嘴2被排入铸模，或由标号4所示的辅助能源将动能送至派生流体F1而形成一朝向熔池表面的额外上升派生流体F1′以便将残留的杂质从另一途径恰好送至渣料盖13下方，从而进一步增强了杂物浮起进入渣料盖的能力。
能源4可包括任何现有技术中适合的装置。为便于说明，如图所示，我们在一端1a处设置了一气体起泡器21，并在另一端1b处设置了一电磁搅拌器23。能源4被设置在闸门3和喷嘴2之间，并提供了一上升流体，该流体具有大约为V2的流量。这一上升流体能够朝渣料盖13、沿向上方向改变派生流体F1中的部分26的方向。派生体F1′中的更新上升流体分为上游流体27和下游流体28。两股流体27和28以大约为V1的流量在渣料盖13下方缓慢地流动，并将被夹杂的残留杂质恰好带至渣料盖下方以增强在另一时间内杂质浮起进入渣料盖13的能力。上游流体27以与派生流体F2相同的方式流动，从而以大约V1的流量使所夹杂的杂质落向熔池表面并随后落向形成有一循环环路26/27的中间包底板。当流体27在渣料盖下方流动时，未浮起的大量杂质被向下引入所述环路中以与从派生体F1中的下落部分26所输入的残留杂质发生碰撞。通过这种方式，便为大量的残留杂质提高了反复结合形成较大颗粒的机会以进一步改善其浮起的性能。
下游流体28也能以大约V1的流量在渣料盖13的下方流动以增加任何夹杂在流体内的残留杂质浮起能力。流体28被引向喷嘴并落至中间包底板，在该处大部分熔融态钢水通过喷嘴2被排入铸模内。
派生流体F3以大约V1-V2的流量从孔18和18′沿下游方向射出。孔18′的复合角将派生流体引向渣料盖13及中间包的下游角落19。派生流体F3以大约为V1的流量将一些被夹杂的杂质送至恰好处于渣料盖13下方的一通道上，但是，流体F3的主要作用是沿端壁19′，特别是在端壁角落19处形成平缓地冲洗，以减弱其死流体积区域内的滞流现象。
从附图中能清楚地看到，每一时，均有一派生体被引向渣料盖13，杂质浮起的能力得到增强，及钢制品的显微清洁度得以提高。但是，众所周知，每一中间包均具有其固有的流动特性，且中间包相互间的特性并不相同。因此，除能源的布置以外，闸门的设置及尺寸应根据这些独特的流动特性来确定。为了使效率更高，必须对目前的流体控制设备驾调整以适应每一中间包的独特铸造条件。通过这种方式，便能实现良好的杂质浮起效果。例如，浇铸速度，在中间包底板上方的浇包管套高度，中间包壁的形状和斜度，及缓冲杆的设计恰好是几个影响中间包内部流体流动形式的因素。
现在参照附图6，中间包流动控制的发明的第二优选实施方案如图所示，被用于一单流连铸机1A内。所述第二优选实施方案包括一沿中间包宽度方向最少伸出一定距离的闸门3及一能源4，这些设备与一中间包缓冲杆5A相配合，所述缓冲杆具有一贯于侧壁7的开孔6。美国专利No.5,169,591对图中所示的所述缓冲杆5A作了更详细地描述。
由输入浇包液流9产生的流体被缓冲杆5A的切槽10接收。切槽10沿位于上表面11下方的侧壁7内表面延伸，并且所述上表面11应沿缓冲杆的三个侧面延伸。所述切槽能改变并缓冲所述输入浇包液流，从而减弱了上面所述的多流连铸中间包1内的表面紊流度。
第二实施方案中的流动控制闸3被设置在缓冲杆5A的下游处，且闸门3包括一具有一上游表面16和一下游表面20的垂直壁14，一切槽15，及一向上延伸臂17。切槽15和臂17应被加工成能接收从缓冲杆5A开口端6放出的流体6并使其方向发生改变。应明白，虽然切槽15所示为一倾斜的表面，但如锥形面这样的任何适合的结构也能被用来改变流体F的方向。
同所披露的多流连铸中间包1一样，闸门3能够拦截输入流体F并将其分为三股派生流体。三股派生流体包括具有最大流量的主要下游派生体F1，上游派生体F2，及具有最小流量的下游向外派生流体F3。三股派生流体的流动形式与以前所描述的中间包1中流体流动的形式相同，能源4被设置在闸门3和中间包喷嘴2之间以提供一股更新出的派生流体F1′。
参照附图7所示，中间包流体控制的本发明的另一实施方案如图所示，被用于一多连铸机1B中。该第三实施方案包括多个闸门3及多个能源4(未绘出)，它们与具有一连续侧壁7的中间包缓冲杆5B相配合。
由输入浇包液流9产生的流体被缓冲杆5B的切槽部分10接收。刀槽10沿位于上表面11下方的侧壁7内表面延伸，而表面11应沿缓冲杆的整个周边延伸。所述切槽能象以前所述的那样改变并缓冲输入流体，但不会将流体F引入前两个优选实施方案中一清楚地限定出的通道内。
第三实施方案中的闸门3被设置在缓冲杆5B的下游处，且闸门3应沿中间包1B的宽度方向最少伸出一定距离。所述闸门包括一垂直壁14，该壁具有一切槽15及一向上延伸的臂17，用于接收由缓冲杆5B放出的部分被缓冲的流体F。但是，与前两个实施方案中应最少具有一贯穿于侧壁7的开孔不同，在本实施方案中，沿缓冲杆5B整个周边延伸的连续侧壁7并未给定流体F的方向。闸门3的表面16能够对由缓冲杆5B放出的部分流体下加以拦截。型线模型试验表明，最好应将液体F分为两个派生流体，主要的下游派生流体F1及被引入中间包角落19中的较小的下游派生流体F3。通过将这一实施方案同前两个最佳实施方案的附图加以比较便能看出，当闸门3与缓冲杆5B相配合时，派生流体F2被消除，环路F/F2不再使残留的杂质循环通过缓冲杆区域，从而减少了杂质浮起的机会。结果，由第三实施方案制造的连铸钢制品质量不如图1和图6所示的实施方案所制造的钢制品。
虽然已通过一最佳方案对本发明进行了描述，但应明白，在遵循本发明总体原则并包括了那些虽偏离本发明所披露的内容但仍在现有技术中与本发明有关的已知或习惯作法的基础上，能够对本发明作出进一步的改进，利用和/或改变，同这里以前所述的适用于本发明主要特点的内容一样，它们应落入其后的附加权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1．用于容纳一钢水熔池的连铸中间包，包括一位于熔融金属输入流(9)冲击区内的缓冲杆(5)，其特征在于：一流动控制闸门(3)被设置在所述缓冲杆(5)的下游处，该缓冲杆具有一上部部分，其应被加工成能接收由所述缓冲杆(5)放出的熔融金属液流(F)并将其变为最少一派生流体(F1)，该派生流体沿下游方向流向渣料盖(13)，以及至少一派生流体(F2)，该派生流体沿上游方向流向所述渣料盖。
2．根据权利要求1所述的连铸中间包，其特征在于：所述上部部分包括一向上延伸的臂(17)。
3．根据权利要求2所述的连铸中间包，其特征在于：所述上部部分包括一位于所述向上延伸臂(17)下方的切槽(15)，所述切槽(15)应被加工成能使所述熔融金属流变为最少一股流向所述渣料盖(13)的派生流体(F2,F3)。
4．根据前面权利要求中任意一个所述的连铸中间包，其特征在于：所述闸门(3)的上部部分将至少一股派生流体(F2)沿上游方向返回至所述的缓冲杆(5)中。
5．根据权利要求4所述的连铸中间包，其特征在于：所述闸门(3)包括最少一个贯穿于所述闸门(3)的孔(18,18′)，用以将所述熔融金属流变为最少一股流向所述渣料盖(13)的派生流体。
6．根据权利要求5所述的连铸中间包，其特征在于：所述的最少一个孔(18)应以一向上角α贯穿于所述闸门(3)。
7．根据权利要求6所述的连铸中间包，其特征在于：所述向上角α在0°-30°之间。
8．根据权利要求7所述的连铸中间包，其特征在于：最少一个孔(18′)应以一复合角贯穿于所述闸门(3)，该复合角包括一向上角α及一向外的角θ。
9．根据权利要求8所述的连铸中间包，其特征在于：所述向上角α应导引最少一股派生流体流向所述渣料盖(13)，且所述向外角θ应导引最少一股派生流体沿向外的方向流向所述中间包(1)的最少一个端壁角落(19)。
10．根据权利要求9所述的连铸中间包，其特征在于：所述向上角α在0°-30°之间，所述向外的角θ在0°-60°之间。
11．根据权利要求10所述的连铸中间包，其特征在于：在所述中间包(1)内的所述闸门(3)和一喷嘴(2)之间最少设有一个能源(4)。
12．根据权利要求11所述的连铸中间包，其特征在于：所述的最少一个能源(4)包括一气体起泡器(21)。
13．根据权利要求12所述的连铸中间包，其特征在于：所述的最少一个能源(4)包括一电磁搅拌器(23)。
14．根据权利要求13所述的连铸中间包，其特征在于：所述的最少一个能源(4)能提供能量以使最少一股派生流体沿下游方向流向所述渣料盖(13)，且使最少一股派生流体沿上游方向流向所述渣料盖(13)。
15．根据权利要求14所述的连铸中间包，其特征在于：释放被所述闸门(3)所接受的所述熔融金属流的所述缓冲杆(5)包括一底座，该底座具有一受到输入浇包液流(9)冲击的表面，一使所述底座暴露出的周边上表面(11)，及一以向上方向、沿所述底座周边延伸的侧壁(7)，所述侧壁(7)在所述底座及所述周边上表面(11)之间延伸，并包括一内表面，该内表面具有一在所述周边上表面(11)下方连续延伸的切槽(10)，所述切槽(10)被加工成能使由所述输入浇包液流(9)产生的钢水流动的方向改变为返回所述浇包液流(9)的方向。
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