專利名稱：一種兩包合澆鋼錠的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及冶金領域的鋼錠模鑄生產技術及裝置，更具體地講，涉及一種通過兩包合澆方式來生產50噸以上大規格鋼錠的裝置和方法。
背景技術：
近年來，由于機械、電力、模具和造船行業處于良好發展態勢，并向大型化發展，對大鍛件的需求處于上升趨勢，從而使50t以上大鋼錠的需求進一步擴大。目前國內50t以上大鋼錠的生產，集中在幾大重型機械制造公司如一重、二重、上重等，對于生產30噸以下鋼錠的中小規模企業來說面臨電爐、鋼包、澆注工裝等重多設備的系統改造，如何在不增加大量投資的條件下利用現有小規模設備生產大規格鋼錠是中等企業發展急待解決的一大難題。

發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的目的之一在于解決上述現有技術中的一個或多個問題。本發明的一方面提供了一種兩包合澆鋼錠的裝置。所述裝置包括鋼錠模、與鋼錠模連接的湯道和中注管、第一鋼包和承載第一鋼包的澆鋼車，其特征在于，所述裝置還包括第二鋼包、行車、長水口和長水口旋轉啟動機構，所述行車用于吊起第二鋼包，所述長水口用于連接第二鋼包和第一鋼包，所述長水口旋轉啟動機構與長水口連接，以在確保長水口與鋼液面垂直的情況下控制長水口進行上下、左右、前后運動。根據本發明一方面的兩包合澆鋼錠的裝置，其中，所述長水口旋轉啟動機構可包括支撐構件、杠桿、第一軸和第一軸套、第二軸和第二軸套，第一軸和第一軸套將杠桿的一端與長水口連接，以確保長水口與鋼液面垂直，支撐構件的下部固定在預定位置，第二軸和第二軸套將支撐構件的上部與杠桿的中部連接，以通過杠桿的運動來實現在確保長水口與鋼液面垂直的情況下控制長水口進行上下、左右、前后運動。本發明的另一方面提供了一種兩包合澆鋼錠的方法。所述方法包括以下步驟將第一鋼包、第二鋼包和鋼錠模分別設置在第一高度、第二高度和第三高度，第一高度低于第二高度并高于第三高度；在水平方向上調整第一鋼包、第二鋼包和鋼錠模的位置，然后通過與第一鋼包中的鋼液面垂直的長水口將第二鋼包的水口與第一鋼包中的鋼液連接，并通過與第一鋼包中的鋼液面垂直設置的中注管將第一鋼包的水口與鋼錠模底部連接；進行澆注，以將鋼水從第一鋼包和第二鋼包中注入鋼錠模，形成鋼錠。與現有技術相比，本發明的有益效果在于能夠在不增加大量投資的條件下利用現有小規模設備(例如，用于生產30噸以下鋼錠的電爐、鋼包、行車、澆鋼車等設備)來生產大規格鋼錠(例如，50噸至80噸的鋼錠)，并且成本低、操作簡單、靈活、安全性高。


圖1示出了根據本發明示例性實施例的兩包合澆鋼錠的裝置的示意圖。圖2示出了根據本發明示例性實施例的兩包合澆鋼錠的方法的示意圖。1-鋼錠模；2-湯道；3-中注管；4-第一鋼包；5-第一鋼包的水口 ；6-澆鋼車 ’7_第二鋼包；8-第二鋼包的水口 ；9-長水口 ；10-杠桿；11-第一軸；12-第一軸套；13-第二軸； 14-第二軸套；15-立柱；16-支撐桿；17-第一軸承；18-第二軸承；19-連接板；20-配重； 21-操作臺；22-操作臺支撐板；23-鋼液。
具體實施例方式本發明的兩包合澆鋼錠的裝置和方法提供了一種采用現有小規模設備生產50噸以上大規格鋼錠的生產工藝。通常，50噸以上的鋼錠由于受到電爐出鋼量和鋼包盛鋼量的限制，無法實現一包澆注，本發明采用兩包合澆方式成功澆注出50-80噸的大規格鋼錠。下面將參照圖1和圖2來詳細描述本發明的兩包合澆鋼錠的裝置及其方法的示例性實施例。圖1示出了根據本發明示例性實施例的兩包合澆鋼錠的裝置的示意圖。圖2示出了根據本發明示例性實施例的兩包合澆鋼錠的方法的示意圖。如圖1和圖2所示，在本發明的裝置的一個示例性實施例中，兩包合澆鋼錠的裝置包括鋼錠模1、與鋼錠模1連接的湯道2和中注管3、第一鋼包4、承載第一鋼包4的澆鋼車 6、第二鋼包7、行車(未示出)、長水口 9和長水口旋轉啟動機構。所述行車用于吊起第二鋼包7，長水口 9用于連接第二鋼包7和第一鋼包4，長水口旋轉啟動機構與長水口 9連接， 以在確保長水口 9與鋼液面垂直的情況下控制長水口進行上下、左右、前后運動。例如，所述長水口旋轉啟動機構可以具有下面描述的結構，也可以是液壓機械裝置，只要能夠實現在確保長水口與鋼液面垂直的情況下控制長水口進行上下、左右、前后運動即可，本發明不限于此。這里，鋼錠模可以采用由尺寸匹配的分體式錠身、嵌入式保溫冒口組成的具有一模多用功能的模具。這里，一模多用是指能夠澆注多種規格不同噸位的鋼錠。例如，可通過調整嵌入式保溫冒口在鋼錠模內的位置，來調整嵌入式保溫冒口內鋼液的澆注高度，從而獲得多種規格不同噸位的鋼錠。在本發明的裝置的一個示例性實施例中，所述長水口旋轉啟動機構可包括支撐構件、杠桿10、第一軸11和第一軸套12、第二軸13和第二軸套14，第一軸11和第一軸套12 將杠桿10的一端與長水口 9連接，以確保長水口 9與鋼液面垂直，支撐構件的下部固定在預定位置(例如，可以固定在澆鋼車上)，通過第二軸13和第二軸套14將支撐構件的上部與杠桿10的中部連接，以通過杠桿10的運動來實現在確保長水口 9與鋼液面垂直的情況下控制長水口 9進行上下、左右、前后運動。這里，支撐構件用于為杠桿提供支撐點，它可以是各種常用的固定支撐件。在本發明的裝置的一個示例性實施例中，所述支撐構件可包括立柱15、支撐桿 16、第一軸承17、第二軸承18和連接板19，立柱15的下部固定在預定位置(例如，可以固定在澆鋼車上)，支撐桿16的上部與杠桿10的中部通過第二軸13和第二軸套14連接，支撐桿16的下部通過第一軸承17與連接板19的一端連接，且連接板19的另一端通過設置在立柱15的上部上的第二軸承17與立柱15連接，使得連接板19和支撐桿16能夠在水平方向上以任意角度移動。按照上述結構組成的支撐構件能夠使杠桿的運動更加方便，從而使得長水口的移動更加準確和方便，并且其操作也更加方便靈活。在本發明的裝置的一個示例性實施例中，所述中注管3可經過湯道2與鋼錠模1 的底部連接，以使從第一鋼包的水口 5流出的鋼水經中注管3和湯道2后從鋼錠模1底部進入鋼錠模1中。澆注工藝采用底注方式能夠提高鋼錠的表面質量，而且能夠防止當采用頂部澆注方式時出現的缺陷。當采用頂部澆注方式時，鋼水從?？谧⑷肽?，從而造成鋼水噴濺在模壁上，而且鋼錠會產生表面結疤，表面質量極差，同時鋼水氧化嚴重。在本發明的裝置的一個示例性實施例中，所述長水口旋轉啟動機構可設置在澆鋼車6上，以方便工作人員對長水口旋轉啟動機構進行操作，例如，對于由杠桿10等組成的上述長水口旋轉啟動機構而言，操作人員可以在澆鋼車6上通過控制杠桿10的未連接長水口 9的一端來實現對長水口 9位置的調整。此外，可在杠桿10的未連接長水口 9的一端設置與長水口 9的重量相當的配重20，從而使得操作人員對長水口 9的操作更加靈活方便。在本發明的裝置的一個示例性實施例中，所述裝置還可包括設置在澆鋼車6上的操作臺21，以使工作人員可以在操作臺21上操作長水口旋轉啟動機構，以根據澆注工藝的不同步驟將長水口 9調整為需要的狀態。具體來講，工作人員可以在操作臺21上通過操作長水口啟動機構，以使得在澆筑前，在確保長水口與鋼液面垂直的情況下，將長水口 9的上端與第二鋼包的水口 8連接并將長水口 9的下端深入第一鋼包4的鋼液中，且深度約為 200mm ；在打開第二鋼包7進行澆注的步驟中，始終確保長水口 9的下端深入第一鋼包4的鋼液中的深度約為200mm;澆注完成后，移開長水口 9。此外，在另一示例性實施例中，操作臺21也可設置在與澆鋼車焊接連接的操作臺支撐板22上。如圖1和圖2所示，在本發明的方法的一個示例性實施例中，兩包合澆鋼錠的方法包括以下步驟將第一鋼包4、第二鋼包7和鋼錠模1分別設置在第一高度、第二高度和第三高度，第一高度低于第二高度并高于第三高度；在水平方向上調整第一鋼包4、第二鋼包 7和鋼錠模1的位置，以使位于不同高度的第一鋼包4、第二鋼包7和鋼錠模1在垂直方向上大致對齊，，然后通過與第一鋼包4中的鋼液面垂直的長水口 9將第二鋼包7的水口 8與第一鋼包4中的鋼液連接，并通過與第一鋼包4中的鋼液面垂直設置的中注管3將第一鋼包的水口 5與鋼錠模1底部連接；進行澆注，以將鋼水從第一鋼包4和第二鋼包7中注入鋼錠模1，形成鋼錠。在本發明中，始終保持長水口 9與第一鋼包4中的鋼液面垂直，能夠減少鋼液對長水口的沖刷和侵蝕，從而使得澆筑過程能夠穩定進行，而且提高了長水口的壽命，還減少了鋼液中帶入因長水口沖刷和侵蝕而形成的夾雜的可能性，從而改善了鋼錠的質量； 將中注管3設置為與第一鋼包4的鋼液面垂直，能夠減少鋼液對中注管的沖刷和侵蝕，從而使得澆筑過程能夠穩定進行，而且提高了中注管的壽命，還減少了鋼液中帶入因中注管沖刷和侵蝕而形成的雜質的可能性，從而改善了鋼錠的質量。在本發明的方法的一個示例性實施例中，所述長水口 9的與第一鋼包4中的鋼液連接的一端可始終保持伸入第一鋼包中的長度不小于150mm。如果長水口 9的與第一鋼包 4中的鋼液連接的一端插入第一鋼包4中的鋼液的深度小于150mm，則容易造成卷渣(即， 將鋼液面的浮渣卷入鋼液內部)，從而造成鋼錠內部出現夾雜，降低了鋼錠的質量。如果將長水口 9插入鋼液的深度設置為大于300mm，則要求長水口 9的長度較長，而通常情況下這不是必要的。因此，優選地，長水口 9伸入鋼液中的長度可以在150mm-300mm的范圍內。在本發明的方法的一個示例性實施例中，所述通過長水口 9將第二鋼包的水口 8
5與第一鋼包4中的鋼液連接的步驟可以是通過上述關于兩包合澆鋼錠的裝置的示例性實施例中描述的長水口旋轉啟動機構來實現的。在本發明的裝置或方法的示例性實施例中，所述鋼錠重量可以為50噸以上(例如，50噸至80噸)，所述第一鋼包、第二鋼包、行車、澆鋼車可以為用于生產30噸以下鋼錠的設備。具體來講，本發明的方法的一個示例性實施例可以包括以下步驟。先將第一鋼包放置在澆鋼車上，然后通過澆鋼車調整第一鋼包的位置，使其位于鋼錠模的上方，再通過天車調整第二鋼包的位置，使其位于第一鋼包的上方，最后通過長水口連接第一鋼包的鋼液和第二鋼包的水口，并通過中注管連接第一鋼包的水口和鋼錠模的底部入口。這里，中注管也可以通過湯道于鋼錠模的底部入口連接。在澆注時，可以先將上部第二鋼包的滑動水口打開然后再打開第二鋼包的水口，或者也可以先將第一鋼包的水口打開然后再打開第二鋼包的水口，或者也可以將第一鋼包和第二鋼包的水口一起打開。同時保證長水口下端浸入第一鋼包鋼液的深度基本保持不變(例如，深度可以保持在200mm左右)，以確保澆注的順利進行。當從第二鋼包中流入第一鋼包并隨后進入鋼錠模的鋼液量與第一鋼包的鋼液量之和滿足鋼錠的噸位數要求時，關閉第二鋼包的水口。用行車移開第二鋼包，第二鋼包中剩余的鋼液可用于澆注其它的鋼錠(例如，其它的小規格鋼錠)。本發明的兩包合澆鋼錠的裝置和方法可適用于各種鋼種。例如，本發明的兩包合澆鋼錠的裝置和方法可適用于對諸如:35#、45#、;35CrMo、42CrMo、20SiMn、27SiMn、60CrMnMo、 20MnMO、GCrl5SiMn等碳鋼、合金鋼鋼種進行了澆注。下面以采用2臺電爐、2臺精煉爐冶煉、以及采用1臺VD爐進一步精煉的工藝路線澆注45#鋼60噸鋼錠為例來說明本發明的裝置和方法在澆注時的工藝參數。然而，以下的各個工藝參數僅是示例性的，本領域技術人員應該清楚，本發明的裝置和方法也可適用于其它的工藝路線而且對于不同的工藝路線需要控制各個工藝參數在一定的范圍內。1、溫度控制在本工藝路線中，由于只有1臺VD爐，所以可將兩個鋼包的鋼水精煉爐出鋼時間設置為間隔30min，第二鋼包先進行VD真空處理，等第一鋼包的鋼液經VD真空處理完成后， 再對第二鋼包的鋼液進行冶煉。第一鋼包的鋼液精煉爐出鋼溫度要比第二鋼包的鋼液精煉爐出鋼溫度高出20°C。也就是說，根據鋼包使用情況、VD溫降和軟吹Ar期間的溫降，可以將要進入第二鋼包中的鋼液的精煉爐出鋼溫度設定為1620士5°C，并將要進入第一鋼包中的鋼液的精煉爐出鋼溫度定為1640士5°C。第一鋼包中的鋼液經VD處理后在澆注位吹氬等待，待第二鋼包中的鋼液經VD處理完并移動到澆注位后，按照圖2所示的方法準備好開澆。 考慮到大鋼錠澆注時間長和45#鋼的熔點，確定鋼液澆注溫度為1545士5°C。2、鋼水量控制本發明的裝置和方法可將澆注大規格鋼錠和澆注小規格鋼錠組合在一起。例如， 本發明的裝置和方法可以根據大規格鋼錠噸位大小和配澆小鋼錠的噸位大小確定兩個鋼包中的鋼水總量。如果是60噸配澆10噸鋼錠，那電爐出鋼量則控制在兩包合計72 75噸之間，第一鋼包的鋼水可以比第二鋼包的鋼水多8 10噸，即第一鋼包的鋼水量如果控制在40 42噸，則第二鋼包的鋼水量控制在30 35噸。可以根據第二鋼包上部自由空間內耐火磚的層數確定由第二鋼包進入到第一鋼包中的鋼水量，待上部的第二鋼包內的通過長水口流入下部的第一鋼包內的鋼水量達到18 20噸時，即刻關閉第二鋼包的水口。然后，移走第二鋼包和長水口，將第二鋼包吊至待澆注的10噸鋼錠模處，重新開啟上部鋼包水口，進行澆注小規格鋼錠。3、澆注速度控制在本發明的裝置和方法中可采用Ψ 50鋼包水口并可采用分階段控制澆注是鋼液流速的方法。具體來講，從開澆至鋼錠模中的鋼液到達錠身1/2處，開全流(S卩，最大流速) 的1/3，以保證鋼液面平穩上升，從鋼液面位于錠身1/2處開始，逐漸加大流速至全流，到接近冒口位置時逐漸減流，待鋼液達到冒口位置的2/3處時將鋼液的澆注流速減至全流的 1/4。在本示例中，鋼錠錠身的澆注時間大約為33 36分鐘，冒口澆注時間> 15分鐘。本發明的裝置具有設計合理、經濟適用的特點，不僅實現了小包合澆大鋼錠，而且制定的工藝包括兩包的出鋼溫度、澆注溫度，大鋼錠前期和后期的澆注速度等關鍵參數成功應用于生產實踐。在保證大鋼錠質量的同時，提高了鋼水的利用率。實施本發明的裝置和方法生產得到的碳鋼、模具鋼、軸承鋼等特殊鋼錠的外表滿足鍛造坯表面質量要求；并且經檢測分析，偏析、縮孔、疏松等低倍缺陷以及夾雜物缺陷評級等滿足冶金行業和機械行業的國家標準的要求。使用本發明的裝置和方法生產大規格鋼錠(例如，50噸至80噸)的成坯率可達60% 70%。盡管上面已經結合一些示例性實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應該清楚，在不脫離權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可以對上述示例性實施例進行修改和改變。
權利要求
1.一種兩包合澆鋼錠的裝置，所述裝置包括鋼錠模、與鋼錠模連接的湯道和中注管、第一鋼包和承載第一鋼包的澆鋼車，其特征在于，所述裝置還包括第二鋼包、行車、長水口和長水口旋轉啟動機構，所述行車用于吊起第二鋼包，所述長水口用于連接第二鋼包和第一鋼包，所述長水口旋轉啟動機構與長水口連接，以在確保長水口與鋼液面垂直的情況下控制長水口進行上下、左右、前后運動。
2.根據權利要求1所述的兩包合澆鋼錠的裝置，其特征在于所述長水口旋轉啟動機構包括支撐構件、杠桿、第一軸和第一軸套、第二軸和第二軸套，第一軸和第一軸套將杠桿的一端與長水口連接，以確保長水口與鋼液面垂直，支撐構件的下部固定在預定位置，第二軸和第二軸套將支撐構件的上部與杠桿的中部連接，以通過杠桿的運動來實現在確保長水口與鋼液面垂直的情況下控制長水口進行上下、左右、前后運動。
3.根據權利要求2所述的兩包合澆鋼錠的裝置，其特征在于所述支撐構件包括立柱、 支撐桿、第一軸承、第二軸承和連接板，立柱的下部固定在預定位置，支撐桿的上部與杠桿的中部通過第二軸和第二軸套連接，支撐桿的下部通過第一軸承與連接板的一端連接，且連接板的一端通過設置在立柱的上部上的第二軸承與立柱連接，使得連接板和支撐桿能夠在水平方向上以任意角度移動。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的兩包合澆鋼錠的裝置，其特征在于所述中注管經過湯道與鋼錠模的底部連接，以使從第一鋼包的水口流出的鋼水經中注管和湯道后從鋼錠模底部進入鋼錠模中。
5.根據權利要求1至3中任意一項所述的兩包合澆鋼錠的裝置，其特征在于所述長水口旋轉啟動機構設置在澆鋼車上。
6.根據權利要求5所述的兩包合澆鋼錠的裝置，其特征在于所述裝置還包括設置在澆鋼車上的操作臺，以實現對所述長水口旋轉啟動機構的操作。
7.—種兩包合澆鋼錠的方法，所述方法包括以下步驟將第一鋼包、第二鋼包和鋼錠模分別設置在第一高度、第二高度和第三高度，第一高度低于第二高度并高于第三高度；在水平方向上調整第一鋼包、第二鋼包和鋼錠模的位置，然后通過與第一鋼包中的鋼液面垂直的長水口將第二鋼包的水口與第一鋼包中的鋼液連接，并通過與第一鋼包中的鋼液面垂直設置的中注管將第一鋼包的水口與鋼錠模底部連接；進行澆注，以將鋼水從第一鋼包和第二鋼包中注入鋼錠模，形成鋼錠。
8.根據權利要求7所述的兩包合澆鋼錠的方法，其特征在于所述長水口的與第一鋼包中的鋼液連接的一端始終保持伸入第一鋼包中的長度不小于150mm。
9.根據權利要求7或8所述的兩包合澆鋼錠的方法，其特征在于所述通過長水口將第二鋼包的水口與第一鋼包中的鋼液連接的步驟是通過如權利要求1至6中任意一項所述的兩包合澆鋼錠的裝置中的長水口旋轉啟動機構來實現的。
10.根據權利要求1所述的兩包合澆鋼錠的裝置或權利要求7所述的兩包合澆鋼錠的方法，其特征在于所述鋼錠重量為50噸以上，所述第一鋼包、第二鋼包、行車、澆鋼車為用于生產30噸以下鋼錠的設備。
全文摘要
本發明提供了一種兩包合澆鋼錠的裝置及其方法。所述兩包合澆鋼錠的裝置包括鋼錠模、與鋼錠模連接的湯道和中注管、第一鋼包和承載第一鋼包的澆鋼車，其中，所述裝置還包括第二鋼包、行車、長水口和長水口旋轉啟動機構，所述行車用于吊起第二鋼包，所述長水口用于連接第二鋼包和第一鋼包，所述長水口旋轉啟動機構與長水口連接，以在確保長水口與鋼液面垂直的情況下控制長水口進行上下、左右、前后運動。本發明的裝置和方法能夠在不增加大量投資的條件下利用現有小規模設備(例如，用于生產30噸以下鋼錠的電爐、鋼包、行車、澆鋼車等設備)來生產大規格鋼錠(例如，50噸至80噸的鋼錠)，并且成本低、操作簡單、靈活、安全性高。
文檔編號B22D41/56GK102274932SQ20111022355
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者劉孝義, 劉學明, 劉茂文, 常福華, 李玉華 申請人:萊蕪鋼鐵集團有限公司