[发明专利]一种模铸浇注用注流保护装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及模铸浇注技术，尤其是指一种模铸浇注用注流保护装置及方法。

背景技术

冶金生产过程中，常用的工艺流程为：电炉——精炼——浇注，其中浇注过程是尤为重要的环节。钢液浇注分模铸和连铸两种，随着钢铁行业的发展，模铸逐渐被连铸取代，但由于仍有较多重要特殊钢种的连铸产品质量达不到设计要求，或无法代替模铸工艺，因此模铸工艺至今仍是钢铁冶金生产中不可或缺的工艺。

模铸浇注质量的控制对成品质量起到了尤为重要的作用，在浇注过程中，关系到钢锭质量的关键环节主要是防止钢液的二次氧化。模铸生产中，通常采用下注法浇注，在钢包水口与中注管之间的一段距离内，钢流会直接裸露在空气中，因此如何保护好这段钢流，避免其产生二次氧化，是保证产品质量的关键。目前国内外诸多模铸生产车间均采用了氩气保护浇注装置来防止钢液的二次氧化，也有使用保护罩，其作用主要是阻止外界空气进入保护罩内，进而减少钢液的二次氧化。其他的相对比较先进的保护装置是能通氩气的保护罩，即通过充入适量的保护性气氛，在保护罩内形成稳定的保护性气氛——氩气，并紧密环绕在浇注钢液流周边，不但能阻止外界空气进入保护罩内，而且能将保护罩内的氧化性气氛排出，进而有效地防止钢液的二次氧化。

现有的氩气保护浇注装置参见图1，是在钢包10与模铸浇注设备的中注管之间安装一个完全密闭的氩气保护浇注装置，装置中包含一个圆柱形的氩气保护罩11，该保护罩下侧连接有陶瓷质纤维套裙，且套裙与中注管铁壳之间的垂直距离为0，即确保氩气保护装置与中注管铁壳之间完全密封，而且保护罩是底面呈开口状的圆柱形装置，其中一个底面开口，在另一个底面的内壁上有一根通氩环12，环上整齐均匀排列有30个5—6mm的通气孔，且通气孔的朝向是平行于钢液流浇注方向排列，即浇注过程中，氩气从通气孔喷出之后，直接垂直向下，并与钢液流同向向下运动。在浇注使用氩气保护浇注时，氩气流量控制在20—30Nm³/h，虽然较好的改善了浇注过程中氩气保护的条件，但此装置仍存在一下缺陷：

1、在浇注过程中，由于氩气喷射方向与钢液流浇注方向相同，会沿着氩气环通气孔方向形成一个以氩气环为母线，一定高度的管状保护性气雾墙，类似于一个圆柱体，虽然能有效地防止外界氧化性气体的进入，但对于前期残留在气雾墙以内的氧化性气氛，并不能有效地去除，因此在浇注初期仍存在钢液二次氧化的可能；

2、此保护罩内仅有一根通氩环，而在保护罩外形尺寸固定的情况下，一根通氩环的内氩气流量也是相对较低的，氩气不能再短时间内充满整个保护罩，特别是通氩环与钢包水口之间的区域，氩气只能在后期才能逐步充满此区域，因此造成氩气保护浇注效果滞后严重，一般要滞后2—3min才能凸显效果，特别是浇注前期；

3、此方案中要求在浇注开始至结束时，要求保护罩一直处于密闭状态，即钢包水口至中注管铁壳直接是处于密封状态。在浇注过程中，氩气从通气孔中喷射出来，由于整个保护罩处于完全密封状态，没有出气孔将保护罩内压缩的气体排出，因而在浇注后期，随着氩气源源不断的充入氩气保护罩内，保护罩内的氩气量越来越多，压力越来越大，过多的氩气很容易随钢液流卷入浇注系统内，在铸锭凝固过程中形成皮下气泡、针孔或卷渣质量问题；

4、氩气的流量要求控制在20-30Nm³/h，氩气流量相当大以后，而且由于通气孔的口径为5—6mm，更易于产生较大喷射距离的氩气流量，管道内氩气温度一般控制在25℃，即常温氩气在高流量的控制下会直接产生强烈的喷射，氩气流直接冲击在中注管浇口14周边，由于中注管浇口与中注管铁壳之间是用石英砂13来塞紧填充的，石英砂上平面仅比中注管浇口上表面低3－5cm，在氩气流量过大时，会产生较强的氩气喷射压力（以氩气流量为20Nm³/h，氩气环上气孔直径为5—6mm，合计30个小孔，假设所以气孔均完好无堵塞情况，则单个孔的流量平均为0.67Nm³/h，单个孔每秒喷射的流量为185ml/s，流量相对偏高），浇口周边的石英砂容易被强对流的氩气卷入浇口内，进而产生各类非金属夹杂物，影响钢锭质量；

5、由于氩气流量偏大以后，浇注过程中，氩气会在通气孔与钢液流之间形成回路，氩气在喷吹过程中会直接接触纯净的钢液流，并会因氩气温度与钢液流温差大而致使氩气吸收裸露钢流的大量热量，进而导致钢水温降过快，特别是在钢包水口附近很容易形成结瘤情况，严重影响到现场的生产顺行和钢锭产品质量；