專利名稱：防止盛鋼桶和中間罐水口出流中卷渣的裝置的制作方法
技術領域：
本發明是一種首先適用于煉鋼生產中盛鋼桶和中間罐的無下渣澆注裝置。
在盛鋼桶和中間罐的澆注末期，當鋼液面下降到某一臨界高度時。因水口上方形成顯著的匯環流動而產生漏斗狀旋渦，致使鋼流渦芯卷渣而下，成為增加鋼中雜夾物含量的一個最終性起因。
目前尚無準確判斷將要下渣的臨界液位的手段，還近乎不能掌握關閉水口以杜絕下渣的適當時機。為了防止下渣，在生產現場往往采取一種可以稱之為過量余鋼法的消極措施。例如，在中間罐更換之前，留下遠遠高于臨界液位的鋼水量，導致付出相當可觀的減少成坯率的代價。為了減少下渣，已經應用的方法是鋼流夾渣檢測法。其中有人工目測法和儀表檢測法。目測法是以鋼流一旦夾渣時鋼與渣發光強度的區別所造成的視覺上的明暗度差異為信號，隨即關閉水口。但由于渣子處于渦流中心被鋼流包圍，實際上是開始大量下渣后才被察覺，視覺滯后，動作滯后，其滯后程度還因人而異，并且在有鋼流保護裝置或接浸入式水口的條件下，不再存在這種人工直觀判斷的條件。儀表檢測法中有一種光強度檢測法，其原理與目測法相同。該法是在鋼流附近，例如在鋼流防氧化保護裝置上附設光導棒，經光導纖維引至光強度檢測器，將信號傳至微機處理后，發出警報，關閉水口，這種方法優于目測法，除滯后程度小之外，可用于具有鋼流防氧化保護裝置的場合，但不適用于使用浸入式水口的情況。儀表檢測法中還有一種電磁感應法。該法是在罐底不影響更換水口、滑板等耐火材料的鋼流兩側的位置上，安裝感應圈傳感器，一側為發送器，一側為接收器，借助于電磁信號的大小大致與鋼流中夾渣量多少成正比的事實，使信號傳至操作盤，當信號值達到設定值大小時發出警報，關閉水口。這種驗測法仍屬實際可以“看見”鋼流中夾帶的渣子的直觀判斷方式，但其應用范圍不受限制。
為了防止下渣，已有一種所謂浮游閥法正在應用。該法是將一個內藏鐵芯使其比重介于鋼水與熔渣的比重之間下部中央帶有塞頭體的圓盤狀耐火材料制品在行將出現旋渦之前投放到盛鋼桶水口的正上方，在其上端中央沿軸向給以一定張力的情況下，使之隨著液面的下降而下降，直至其塞頭部與水口咬合，從而防止旋渦的發生，減少爐渣從盛鋼桶進入中間罐的數量，并且當與水口咬合之后，上部張力消失，成為澆注完畢實施自動換包操作的信號。類似的浮動擋渣裝置還有很多，并各自取得了專利權。
上述方法中，除過量余鋼法和目測法之外，國內還均未應用，國外也并未普及，原因是儀表檢測法設備昂貴，并且不能消除旋渦，而飄浮在渣鋼界面的浮游閥之類的渦流抑制器雖然比較便宜，但制造與操作大多較為復雜，擋渣效果也不完全可靠，并且根本不適用于塞棒水口控流系統。
本發明的目的在于以一種簡單可靠的方法達到防止水口出流卷渣的效果。其基本原理是用一穩固的形狀恰當的可在一定范圍里升降的剛體裝置，從上到下(直至與座磚上端面只有一個可以保證鋼液自由流動使其以規定的流量通過水口的間隙)占據原屬漏斗狀旋渦(相當于匯環流動渦核區)的存在空間，同時起到降低流體運動的切向速度即對環流運動產生制動效應的作用，從而最大限度地削弱環流強度，并改變鋼液進入水口前的流動方向，使其附近的流動轉變為接近點匯流動的狀態。其結果，在鋼液面下降到所留間隙高度以前，完全不會發生旋渦，而在下降到間隙高度范圍之內時，由于間隙不大，所剩鋼液僅為一個薄層，加之溫度已大為下降，其流動性減小，流速變慢，爐渣的粘度比鋼液的大得多，更難流入水口。在用監測器械以至目測的條件下，當發現水口鋼流明顯減小時，或者由一名操作工觀察到本裝置的端部即將全部露出且其附近流動狀況顯著變化時報警，關閉水口，便可以完全防止下渣。
本發明的裝置結構與操作方法如

圖1和圖5所示。
圖1表示的是適用于鋼流控制系統為塞棒水口的情況。圖中塞頭(3)與水口(1)處于閉合狀態。在這種情況下，完全保留原塞棒裝置的結構與控流功能，其主要裝配與操作方法不作任何變動，僅將塞頭部分的外形由傳統的形狀圖2改為特殊的形狀圖3下端的球冠部仍用于控制鋼流，上端的異形部(圓柱(5)與圓臺(6))的組合體則為用于擋渣的異型擋渣頭，其主要外形尺寸確定原則如下①塞頭(3)球冠部半徑不變，以保持與配套使用的原水口吻合良好；②圓柱部(5)外徑D1取d＜D1≤a(d和a分別為座磚上口直徑與座磚邊長)，以確保改變鋼液進入水口前的流動方向，其高度h2取為30-50mm，從浸泡時間及強度考慮按需要選擇；③圓臺部(6)上端環形面外徑等于或稍大于原用塞頭外徑(即袖磚(4)的外徑)D，便于與袖磚(4)以原接口尺寸組裝；④圓柱部(5)下底環形面至塞頭(3)球冠部頂點的距離h1＝x1+x其中x1為塞頭(3)頂點至座磚(2)上端面的距離。x為圓柱部(5)下底環形面至座磚(2)上端面的距離。
x1可根據配套使用的座磚(2)、水口(1)、塞頭(3)的相關尺寸計算，但最簡便可靠的方法是在原正常裝配條件下取得實測值。
x取值范圍顧及下列因素(1)其值要大于0，以保證不妨礙塞頭與水口的良好吻合。
(2)其值不能過小，以免鋼水在擋渣頭(圓柱部下底環形面)，塞頭、水口、座磚所圍成的空間內形成死區凝固而導致開澆失敗的危險；(3)其值也不可過大，否則在塞棒開流轉入正常澆注時，因其值過大而減小以至失去擋渣功能。為此，要注意到一般情況下，塞棒的有效調節行程僅為5mm上下。
綜合以上因素考慮可取x＝5-15mm。
于是h1＝x1(最好是實測值)+(5～15)⑤當不能以原用塞頭圖2(7)的高度h，滿足上述形狀與尺寸要求時，應相應加大一個所需高度值，例如所取圓柱(5)的高度h2的值，也可索性多加大圓臺(6)部分的錐度，相當于加高半個以至一個袖磚的高度(如圖1中虛線所示)。
⑥為保證塞頭與水口良好吻合，原則上必須能基本按照原用塞頭圖2的狀況不影響視線的條件下進行上棒操作，為此，可將外形符合上述要求的異形擋渣塞頭(附圖3)分解制作成兩部分，其主要尺寸如(附圖4)所示。造棒時，將異形擋渣頭的外部異形環體(8)預先松套在內部塞頭(9)之上，待塞棒整體組裝完畢之后，用細鐵絲等將異形環體固定在塞棒中下部某一位置；上棒時，確認塞頭與水口吻合良好并固定之后，再將異形環體放下，用耐火泥使其與內部塞頭緊密擠實配合到位。
⑦以上圖示與說明是使用組合式塞棒與外裝式水口的情況，其基本原則同樣適用于整體式塞棒與內裝式水口的場合。
本發明用于有塞棒系統的盛鋼桶、中間包，塞棒包括袖磚和球冠狀塞頭，球冠狀塞頭的上部為圓臺(6)和圓柱體(5)組成的異型擋渣頭，其底部保留原球冠頭塞頭(3)，見圖1，圓臺上端環形面外徑等于或略大于袖磚外徑，圓柱體的直徑大于座磚(2)上口直徑，而小于或等于座磚邊長，異型擋渣頭高度(包括球冠狀塞頭部分)等于原塞棒塞頭高度，或增加半個到一個袖磚高度，圓柱體的下底環形面與座磚端面距離可取5-15毫米。
圖5表示的是適用于鋼流控制系統為滑動水口(和定徑水口)的情況。圖中表示著放入鋼水前的一種定置狀態。這種情況下，盛鋼桶或中間罐增設完整的可在一定范圍里升降的塞棒機構，只不過此時再不特別需要由塞頭與水口配合以控制鋼流，因而包括圓柱(5)、圓臺(6)而成為平底擋(渣)頭。于是，該機構可以稱之為類塞棒機構。擋渣頭的制作簡單化，可以整體成型其外形如圖5中實線所示，包括圓柱體(10)，圓臺(6)和圓柱體(5)的平底型擋渣頭。也可以作成圖5中虛線所示的外形，包括圓臺(11)和圓柱體(5)組合的平底型擋渣頭，擋頭圓柱體(5)的底面至座磚(2)上端面的距離x可在≥0的一定范圍里調整，一般以取x＝0-20mm作為向盛鋼桶或中間罐放入鋼水前的定置尺寸為宜。當水口失常時，也可通過升降裝置改變擋頭的位置，以作為調節鋼流的輔助手段。
實施例1 在某中間罐采用塞棒水口系統控制鋼流的場合，見圖1，當擋渣頭圓柱體外徑D1等于座磚邊長a的檔頭下端面與座磚上端面的距離為10-20mm(即大體相當于塞頭與水口在處于閉合狀態時的x＝5-15mm)時，鋼液面高于10-20mm的整個澆注過程中，沒有熔渣進入結晶器，當發現水口出流銳減時，立即關閉水口，至終無渣進入結晶器。
實施例2 在某盛鋼桶采用滑動水口調節鋼流進行模鑄時，附圖5在平底擋頭外徑D1等于座磚邊長a，定位高度x＝10mm時，鋼液面下降到10mm以前，全無下渣發生，鋼液面低于10mm時，鋼液近乎用盡，爐渣流動性已很差，即使不關閉水口，也只有很少量的渣子流入中注管，對鋼錠已無危害。
實施例3 在某盛鋼桶采用滑動水口控制鋼流向連鑄中間罐注入鋼水的場合，各種參數同實施例2，在未使用浸入式水口也無鋼流防氧化裝置的情況下，憑直覺發現水口出流銳減形狀發散時立即關閉水口，自始至終沒有渣子進入中間罐。在其他條件相同，但使用浸入式水口的情況下，至終也未關閉水口，僅發現有很少量的渣子進入中間罐。
本發明所涉及的裝置簡單，僅對傳統的塞棒水口控流系統的塞棒頭部有較小的改動，使傳統的塞棒成為兼有控流-擋渣或擋渣-控流作用的雙功能塞棒。在無需復雜的傳感儀表系統與操作技術的條件下，可以達到幾乎將鋼水全部用盡而僅有微量下渣，以致完全防止下渣的目的，同時取得凈化鋼質和實現最高收得率以及在多爐連鑄過程中便于改澆鋼種的多重效益。
本發明不僅適用于鋼鐵廠的連鑄、模鑄以致出鋼等生產過程，而且也適用于鑄造廠和有色冶金工廠的類似領域。
權利要求
1.盛鋼桶和中間罐水口出流的防止卷渣裝置，包括耐火袖磚塞棒，球冠狀塞頭，其特征在于球冠狀塞頭的上部為圓柱和圓臺組成的異型擋渣頭，圓臺上端環形面外徑等于或略大于袖磚外徑、圓柱體的直徑大于座磚上口直徑，而小于或等于座磚邊長，異型擋渣頭的高度等于原塞棒頭高度或增加半個到一個袖磚高度，圓柱體的下底環形面與座磚上端面距離可取5-15毫米。
2.根據權利要求1所述防止卷渣裝置，其特征在于異型擋渣頭，包括圓臺和圓柱的平底型，其圓柱下端面至滑動水口座磚上端面間距離為0-20毫米。
3.根據權利要求1所述防止卷渣裝置，其特征在于包括球冠狀塞頭的異型擋渣頭分解制作成兩部分，外部異型環體和內部塞頭，造棒時，外部異型環體，松套在內部塞頭之上，待塞棒整體組裝完畢，上棒時，確認塞頭與水口吻合良好并固定后，再用耐火泥將異型環體與內部塞頭緊密擠實配合到位。
4.根據權利要求1所述防止卷渣裝置，其特征在于適于塞棒、滑動水口連鑄和模鑄澆注系統，出鋼過程。也適于鑄造廠和有色冶金廠的類似領域。
全文摘要
本發明是用于防止盛鋼桶和中間罐水口出流卷渣的裝置。
文檔編號B22D41/18GK1067597SQ9110363
公開日1993年1月6日 申請日期1991年6月7日 優先權日1991年6月7日
發明者黃曄 申請人:北京科技大學