插槍式塞棒裝置以及用其在水口處吸附夾雜物的方法

2023-05-04 09:19:51

專利名稱：插槍式塞棒裝置以及用其在水口處吸附夾雜物的方法
技術領域：
本發明涉及連鑄用塞棒的製造及應用領域，尤其是涉及一種插槍
式塞棒裝置以及用其在水口處吸附夾雜物的方法。特別適用於鋼鐵廠澆鑄鋁鎮靜鋼、含鋁鋼、含鈦鋼和稀土鋼等易出現水口結瘤的鋼種。
背景技術：
連鑄是冶金生產流程中重要工序,作為連接中間包和結晶器的重要的耐火材料水口，被稱為連鑄的「脖頸」，具有承上啟下的作用，是確保連鑄穩定運行的重要環節。鋼鐵廠連鑄過程中，中間包水口和浸入式水口經常出現結瘤並造成水口堵塞，影響連鑄的澆注和鑄坯質量。隨著連鑄工藝的改進和耐火材料的開發，水口的使用壽命有了顯著提高，但是，在澆鑄過程中會發生Al2O3及部分其它元素結瘤現象，尤其在澆鑄Al鎮靜鋼、含Al鋼、含Ti鋼和稀土鋼時，堵塞現象很嚴重，一直困擾著連鑄工序。水口結瘤或堵塞不僅降低了連鑄機的生產效率，影響整個連鑄過程，而且是引起鋼鐵產品缺陷的主要原因之一。日本新日鐵在絕緣材料製成的浸入式水口本體內加裝芯板，澆注之前，將芯板通電加熱，提高水口內壁溫度，從而避免因鋼水接觸水口內壁溫度急劇下降引起的Al2O3粘附。住友金屬開發了利用中間包突出部分使鋼水產生渦流的技術，平穩了鋼水的流動，有效抑制了水口堵塞物的聚集。日本神戶制鋼研製出一種帶有空冷和電磁攪拌裝置的新型浸入式水口，水口外壁上加工有IOmm深的環形溝槽以增加冷卻表面積，可以實現全過程低過熱度澆注，避免水口堵塞。美國Weirton鋼鐵廠開展了大量生產實驗減輕浸入式水口堵塞，採取保護澆注等措施可以減少夾雜物的產生，從而提高鋼水潔淨度。出口形狀對水口使用效果的影響主要體現在鋼水流對結晶器鋼液的衝擊深度上，為滿足高拉速薄板坯連鑄的需要，田乃媛等開發出一種被稱為耗散型的四側孔水口，降低了鋼液和夾雜物的衝擊深度，有利於夾雜物的上浮，能在一定程度上起到防止水口堵塞的作用。趙廣榮等認為合理設計水口內腔結構有利於改善水口內腔的堵塞，傳統的直腔式水口內腔結構在引流過程中鋼水與水口內壁直接接觸面積大，Al2O3等夾雜物粘附機率也大，將其改進成階梯環狀式內腔水口及雙環階梯式水口，減輕了 Al2O3等夾雜物粘附。陳崇峰等研究認為當表面粗糙度超過O. 3mm時，鋼水邊界層的粘滯部分失效，粘滯層的保護作用消失，鋼中的Al2O3等夾雜物易於富集，因此水口工作面應儘可能光滑。蘇瓏等從材質上研究認為，著力開發ZrB2、BN等非金屬氧化物材料、ZrO-CaO-C材料、低碳材料(碳〈5%)、無娃Al2O3-C材料以及無碳無矽材料等材質的水口，投入實踐具有一定的防堵塞效果。目前各種方法主要研究的是如何改善水口結構、如何預防和減緩水口結瘤，而對夾雜物的流向和已結瘤水口考慮非常少，未從根本上解決水口結瘤堵塞的問題。對本發明提出的插槍式塞棒吸附夾雜，避免水口結瘤，提高鋼水潔淨度的方法未見報導，此發明具有獨特的創新性
發明內容
本發明的發明目的在於針對現有技術的諸多不足，一是提供一種插槍式塞棒裝置，二是提供一種用插槍式塞棒裝置在水口處吸附夾雜物的方法，目的是通過吸附槍將流經水口的夾雜物及時吸附和固定，解決水口結瘤同時提高鋼水潔淨度的問題。特別適用於現有鋼鐵廠連鑄塞棒多功能化技術升級和措施改造，促進潔淨鋼平臺的建設。本發明採用以下技術方案
一種水口吸附夾雜用的插槍式塞棒裝置，包括與水平夾持器相連接的升降電機，其特徵在於，所述裝置主要由吸附槍、中空塞棒、熱吹氬裝置、水平夾持器和垂直升降架組成；
a.所述的吸附槍為中空節狀結構，插入中空塞棒內，其上端與水平夾持器連接，下端插入水口內；
b.所述的中空塞棒為長圓柱形結構，分為棒頭和棒身，棒頭為螺旋結構，棒頭通過螺紋與棒身連接，中空塞棒的內部設有配合吸附槍插入的中空管，中空塞棒上端與水平夾持器固定；
c.所述的熱吹氬裝置由供氣管路和噴嘴構成，噴嘴一端接在外部熱氬氣管道上，另一端插入中空塞棒頂部的中空管內；
d.所述的水平夾持器由塞棒水平夾持器和吸附槍水平夾持器組成，塞棒水平夾持器一端與垂直升降架相連，另一端與中空塞棒相夾持；吸附槍水平夾持器，一端與垂直升降架相連，另一端與吸附槍相夾持；
e.所述的垂直升降架為管狀結構，固定在在中間包的側壁上。作為優選方案，所述的吸附槍呈竹竿狀，分為單節形或者多節形結構，多節形結構的節與節之間通過螺紋連接。作為優選方案，所述的吸附槍外表面設有多條凸稜或凹槽。作為優選方案，所述的吸附槍外表面設有多個凸點或凹孔，或者是凸稜、凹槽、凸點、凹孔的任意組合結構。作為優選方案，所述的吸附槍的內部基體用普通耐材材質製造，其外表面設有厚度為l 5mm特製耐材塗覆層。作為優選方案，所述的水平夾持器包括塞棒水平夾持器和吸附槍水平夾持器，塞棒水平夾持器、吸附槍水平夾持器的一端分別與垂直升降架滑動連接，另一端分別依次夾持在中空塞棒和吸附槍上。作為優選方案，所述的垂直升降架由升降管和固定板組成，升降管與水平夾持器相連，固定板固定在中間包側壁上，通過垂直升降架調整夾持器的高度。一種用插槍式塞棒裝置在水口處去除鋼水中夾雜物的方法，其操作方法是
a.插槍中間包開澆前，將多節吸附槍通過螺紋連接，固定在水平夾持器上，調節垂直升降架，使吸附槍對中中空塞棒的中空管，將吸附槍插入中空塞棒內，待吸附槍槍頭到達中空塞棒頭部位後停止；
b.氬封打開氬氣管路，通入熱氬氣，使氬氣從塞棒頭部的噴嘴吹入中空管內，一方面形成穩定的氬氣氛，阻斷空氣沿縫隙滲入，起到密封作用，另一方面使吸附槍具有一定溫度；
c.降槍打開中空塞棒，中間包開澆，鋼水流動穩定後，降低垂直升降架，使吸附槍插入水口內，開始吸附鋼水中的夾雜物； d.吸附鋼水從中間包上水口流入浸入式水口中,其中裹挾的夾雜物與吸附槍I碰撞，形成複雜的高熔點鹽類，粘附在吸附槍上。e.換槍當吸附槍沾滿夾雜物後，拔出吸附槍，卸掉沾滿夾雜物的吸附槍節，將吸附槍重新插入中空塞棒內，繼續操作。採用上述技術方案，與現有技術相比，本發明的插槍式塞棒裝裝置，結構設計科學，節約了部分更換水口的時間，並且吸附槍調節方便、快捷，有利於連鑄的順澆。用其在在水口處吸附夾雜物，其顯著的效果在於
I)提高了鋼水潔淨度。使鋼水進入結晶器之前得到了進一步淨化，對提高鑄坯凝固質
量很有利。2)降低了水口結瘤機率。通過吸附槍吸附大部分流經水口的夾雜物，大大降低了水口結瘤機率，減緩了耐火材料的侵蝕，降低了耐材成本；
3)優化了連鑄操作工藝。4)本發明用插槍式塞棒裝置在水口處吸附夾雜的方法，操作工藝簡單實用，降低了連鑄耐材的經濟成本，提高了鑄坯質量，為連續、高效、穩定澆注潔淨鋼水奠定了基礎。


圖1是本發明使用狀態圖，即為水口去除夾雜物示意圖。圖2是本發明插槍式塞棒結構示意圖。圖3是本發明一節吸附槍結構示意圖。圖中，吸附槍I ;熱吹氬裝置2 ;中空塞棒3 ;水平夾持器4 ;垂直升降架5 ;鋼水6 ；中間包7 ;水口 8 ;結晶器9 ;凹孔10 ;螺紋節11。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的描述。見圖1-3，一種插槍式塞棒裝置，由吸附槍1，熱吹氬裝置2，中空塞棒3，垂直升降架5，水平夾持器4組成。所述吸附槍I呈竹竿狀，由槍頭和強身組成。分兩種類型，一種是單節型，插入鋼水中的槍頭部分採用特製耐材，槍身部分採用普通耐材，適用於鋼水夾雜物較少、不用換槍的情況。另一種是多節型，整體分若干節，節與節之間通過螺紋11連接，每節材質都為特質耐材，適用於鋼水夾雜物較多、需要換槍的情況。吸附槍I外表有若干條凸稜或凹槽，或者有大量凸點或凹孔10，或者是凸稜、凹槽、凸點、凹孔10的任意組合，便於吸附大量夾雜物。吸附槍I特製部分內部基體為普通耐材，材質為鋁-碳質、鋁-鋯-碳質、熔融石英質、鎂-碳質或鋁-鈣質等其中之一；外表面有特製耐材的塗覆層，厚度為f5mm，材質為氧化鈣、氧化鎂、氧化鋯、氧化矽的一種或者任意兩者的組合。中空塞棒3為長圓柱形，固定在中間包7的垂直升降架5上，中空塞棒3內部為中空管，中空管配合吸附槍I插入，下部棒頭通過螺紋與棒身連接，可拆卸。中空塞棒3材質為鋁-碳質、鋁-鋯-碳質或熔融石英質中的一種。熱吹氬裝置2由供氣管路和噴嘴構成，噴嘴一端接在外部熱氬氣管道上，另一端插入中空塞棒3頂部的中空管內。水平夾持器4包括塞棒水平夾持器和吸附槍水平夾持器，塞棒水平夾持器與吸附槍水平夾持器相互平行設置，一端與垂直升降架相連，另一端分別夾持中空塞棒3和吸附槍I，水平夾持器4可進行水平移動，通過水平移動來調節水平距離。垂直升降架5由鋼管和固定鋼板組成，鋼管焊接在固定板上，固定板固定在中間包 的側壁上，與水平夾持器4相連。用插槍式塞棒裝置在水口處去除鋼水中夾雜物的方法
將多節吸附槍I通過螺紋11連接後，固定在水平夾持器4上，調節垂直升降架5，將吸附槍I插入中空塞棒3內，槍頭下降至塞棒頭處停止；通入熱氬氣,密封中空塞棒3的中空管。然後打開中空塞棒3，中間包7開澆，待鋼水流動穩定後，降低垂直升降架5，使吸附槍I插入水口 8中一定深度，開始吸附鋼水6中的夾雜物；當夾雜物吸附至一定量後，可拔出吸附槍1，卸掉吸附槍I沾滿夾雜物的一節，然後將其重新插入中空塞棒3中，繼續使用。具體操作步驟如下
步驟1:插槍。中間包開澆前，將多節吸附槍I通過螺紋11連接，固定在水平夾持器4上，調節垂直升降架5，使吸附槍I對中中空塞棒3的中空管，將吸附槍I插入，待槍頭到達塞棒頭部位後停止；
步驟2 :氬封。打開氬氣管路，通入1300°C的熱氬氣，氬氣的通氣流量為1. 2L/min，使氬氣從塞棒頭部的噴嘴吹入中空管內，一方面形成穩定的氬氣氛，阻斷空氣沿縫隙滲入，起到密封作用，另一方面使吸附槍具有一定溫度；
步驟3 :降槍。打開中空塞棒3，中間包7開澆，鋼水流動穩定後，將夾持吸附槍I的升降架降5低，使吸附槍I插入鋼水中一定深度；
步驟4 :吸附。鋼水從中間包上水口 8流入浸入式水口中，其中裹挾的夾雜物與吸附槍I碰撞，形成複雜的高熔點鹽類，粘附在吸附槍I上。步驟5 :換槍。若鋼水潔淨度較高，一個澆次內無需換槍；若鋼水質量較差，澆注一段時間後，吸附槍沾滿夾雜物，則通過垂直升降架拔出吸附槍，注意同時調節氬氣流量，使鋼水流動保持穩定，卸掉沾滿夾雜物的一節，換下一節，重新插入塞棒中，繼續使用。實施例1單節型插槍式塞棒裝置
本實施例插槍式塞棒裝置見圖3，這種插槍式塞棒裝置適用於鋼水夾雜物較少、不用換槍的情況，其吸附槍I是單節型，槍身長1900mm,直徑25mm,其中槍頭部分長250mm,槍頭的外表面設有大量凹孔10，凹孔10的作用是吸附大量夾雜物。槍身用耐火材質為普通鋁-碳質製造，槍頭為特製耐火材料，其中基體為鋁-碳質，槍頭的外表面設有特製耐材的塗覆層，塗覆層厚度為4mm,材質為氧化隹丐。用單節型插槍式塞棒裝置在水口出吸附夾雜物的方法
位於結晶器9上方的中間包7開澆前，將吸附槍I固定在水平夾持器4上，調節垂直升降架5，將吸附槍I插入中空塞棒3內，槍頭下降至塞棒頭處停止；通入熱氬氣,密封中空塞棒3的中空管；打開中空塞棒3，中間包7開澆，待鋼水流動穩定後，降低垂直升降架5，使吸附槍I插入水口 8中250mm，鋼水6中的夾雜物與吸附槍I的表層材質發生反應，生成高熔點複合夾雜物，並被吸附在凹孔10中，待澆注完畢後，拔出吸附槍I清理，大大提高了鋼水潔淨度。實施例3多節型插槍式塞棒裝置
見圖2本實施例製作了一種插槍式塞棒，適用於鋼水夾雜物較多、需要換槍的情況，其吸附槍I是多節型結構，槍長2000mm,直徑25mm,共分5節,每節長400mm,每節節頭有螺紋11，吸附槍的外表面設有大量的凹孔10，凹孔10用來吸附大量夾雜物。吸附槍I的基體為鋁-碳質，外表面有特製耐材的塗覆層，厚度為4mm，材質為氧化鈣和氧化鎂。用多節型插槍式塞棒裝置在水口出吸附夾雜物的方法
位於結晶器9上方的中間包開澆前，將多節吸附槍I通過螺紋11連接後，固定在水平夾持器4上，調節垂直升降架5，將吸附槍插入中空塞棒3內，槍頭下降至中空塞棒頭處停止；打開熱吹氬裝置2的噴嘴，通入熱氬氣，密封中空塞棒3的中空管；然後打開中空塞棒3，中間包7開澆，待鋼水流動穩定後，降低垂直升降架5，使吸附槍I插入水口 8中300_，鋼水中的夾雜物與吸附槍I的表層材質發生反應，生成高熔點複合夾雜物，並被吸附在凹孔10中，待澆注一段時間後，吸附槍I沾滿夾雜物，則通過垂直升降架5拔出吸附槍1，同時調節氬氣流量，使鋼水流動保持穩定，卸掉沾滿夾雜物的吸附槍節，換下一節，重新插入中空塞棒3中，繼續使用。實施例5凸稜單節型插槍式塞棒裝置
製作了一種單節型插槍式塞棒，適用於鋼水夾雜物較少、不用換槍的情況，其吸附槍I是單節型，槍長1900mm，直徑25mm，其中槍頭部分長250mm，槍頭有大量凸稜，可吸附大量夾雜物。槍身耐火材質為普通鋁-碳質，槍頭為特製耐火材料，其中基體為鋁-鋯-碳質，夕卜表面有特製耐材的塗覆層，厚度為4mm,材質為氧化隹丐。用凸稜單節型插槍式塞棒在水口出吸附夾雜物的方法
位於結晶器9上方的中間包7開澆前，將吸附槍I固定在水平夾持器4上，調節垂直升降架5，將吸附槍I插入中空塞棒3內，槍頭下降至塞棒頭處停止；打開熱吹氬裝置2通入熱氬氣，密封中空塞棒3的中空管；打開中空塞棒3，中間包7開澆，待鋼水流動穩定後，降低垂直升降架5，使吸附槍I插入水口中250mm，鋼水中的夾雜物與吸附槍I的表層材質發生反應，生成高熔點複合夾雜物，並被吸附在凸稜處，待澆注完畢後，拔槍清理，大大提高了鋼水潔淨度。實施例6凸稜多節型插槍式塞棒
製作了一種插槍式塞棒，適用於鋼水夾雜物較多、需要換槍的情況，其吸附槍I是多節型，槍長2000mm，直徑25mm，共分5節，每節長400mm，每節節頭有螺紋11，吸附槍I有大量凸稜，可吸附大量夾雜物。吸附槍I基體為鋁-鋯-碳質，外表面有特製耐材的塗覆層，厚度為4mm，材質為氧化鈣和氧化鎂。用凸稜多節型插槍式塞棒在水口處吸附夾雜物的方法
位於結晶器9上方的中間包7開澆前，將多節吸附槍通過螺紋11連接後，固定在水平夾持器4上，調節垂直升降架5，將吸附槍I插入中空塞棒3內，槍頭下降至塞棒頭處停止；通入熱氬氣，密封中空塞棒3的中空管；打開中空塞棒，中間包7開澆，待鋼水流動穩定後，降低垂直升降架5，使吸附槍I插入水口中300_，鋼水中的夾雜物與吸附槍I的表層材質發生反應，生成高熔點複合夾雜物，並被吸附在凸稜處，待澆注一段時間後，吸附槍I沾滿夾雜物，則通過垂直升降架5拔出吸附槍，同時調節氬氣流量，使鋼水流動保持穩定，卸掉沾滿夾雜物的一節，換下一節，重新插入塞棒中，繼續使用。以上公開的僅為本發明的具體實施例，雖然本發明以較佳的實施例揭示如上，但本發明並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化，在不脫離本發明的設計思想和範圍內，對本發明進行各種改動和潤飾，都應落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種插槍式塞棒裝置，包括與水平夾持器相連接的升降電機，其特徵在於，所述裝置主要由吸附槍、中空塞棒、熱吹氬裝置、水平夾持器和垂直升降架組成； a.所述的吸附槍為中空節狀結構，插入中空塞棒內，其上端與水平夾持器連接，下端插入水口內； b.所述的中空塞棒為長圓柱形結構，分為棒頭和棒身，棒頭為螺旋結構，棒頭通過螺紋與棒身連接，中空塞棒的內部設有配合吸附槍插入的中空管，中空塞棒上端與水平夾持器固定； c.所述的熱吹氬裝置由供氣管路和噴嘴構成，噴嘴一端接在外部熱氬氣管道上，另一端插入中空塞棒頂部的中空管內； d.所述的水平夾持器由塞棒水平夾持器和吸附槍水平夾持器組成，塞棒水平夾持器一端與垂直升降架相連，另一端與中空塞棒相夾持；吸附槍水平夾持器，一端與垂直升降架相連，另一端與吸附槍相夾持； e.所述的垂直升降架為管狀結構，固定在在中間包的側壁上。
2.根據權利要求1所述的插槍式塞棒裝置，其特徵在於，所述的吸附槍呈竹竿狀，分為單節型或者多節型結構，多節型結構的節與節之間通過螺紋連接。
3.根據權利要求2所述的插槍式塞棒裝置，其特徵在於，所述的吸附槍外表面設有多條凸稜或凹槽。
4.根據權利要求3所述的插槍式塞棒裝置，其特徵在於，所述的吸附槍外表面設有多個凸點或凹孔，或者是凸稜、凹槽、凸點、凹孔的任意組合結構。
5.根據權利要求1-4所述的插槍式塞棒裝置，其特徵在於，所述的吸附槍的內部基體用普通耐材材質製造，其外表面設有厚度為I 5mm特製耐材塗覆層。
6.根據權利要求1所述的插槍式塞棒裝置，其特徵在於，所述的水平夾持器包括塞棒水平夾持器和吸附槍水平夾持器，塞棒水平夾持器、吸附槍水平夾持器的一端分別與垂直升降架滑動連接，另一端分別依次夾持在中空塞棒和吸附槍上。
7.根據權利要求1所述的插槍式塞棒裝置，其特徵在於，所述的垂直升降架由升降管和固定板組成，升降管與水平夾持器相連，固定板固定在中間包側壁上，通過垂直升降架調整夾持器的高度。
8.一種用插槍式塞棒裝置在水口處吸附夾雜物的方法，其特徵在於，其操作方法是 a.插槍中間包開澆前，將多節吸附槍通過螺紋連接，固定在水平夾持器上，調節垂直升降架，使吸附槍對中中空塞棒的中空管，將吸附槍插入中空塞棒內，待吸附槍槍頭到達中空塞棒頭部位後停止； b.氬封打開氬氣管路，通入熱氬氣，使氬氣從塞棒頭部的噴嘴吹入中空管內，一方面形成穩定的氬氣氛，阻斷空氣沿縫隙滲入，起到密封作用，另一方面使吸附槍具有一定溫度； c.降槍打開中空塞棒，中間包開澆，鋼水流動穩定後，降低垂直升降架，使吸附槍插入水口內，開始吸附鋼水中的夾雜物； d.吸附鋼水從中間包上水口流入浸入式水口中,其中裹挾的夾雜物與吸附槍I碰撞，形成複雜的高熔點鹽類，粘附在吸附槍上； e.換槍當吸附槍沾滿夾雜物後，拔出吸附槍，卸掉沾滿夾雜物的吸附槍節，將吸附槍重新插入 中空塞棒內，繼續操作。
全文摘要
一種插槍式塞棒裝置以及用其在水口出吸附夾雜物的方法，所述裝置主要由吸附槍、中空塞棒、熱吹氬裝置、水平夾持器和垂直升降架組成；其吸附槍為中空節狀結構，插入中空塞棒內，中空塞棒為長圓柱形結構上端用水平夾持器固定；熱吹氬裝置一端接在外部熱氬氣管道上，另一端插入中空塞棒頂部的中空管內；塞棒水平夾持器一端與垂直升降架相連，另一端與中空塞棒相夾持；吸附槍水平夾持器，一端與垂直升降架相連，另一端與吸附槍相夾持。用該裝置在水口處吸附夾雜物的方法分為插槍，氬封，降槍，吸附和換槍步驟，該裝置結構設計科學，節約了部分更換水口的時間，用其吸附雜物，有利於連鑄的順澆，提高了鋼水潔淨度，降低了水口結瘤機率。
文檔編號B22D11/10GK103008636SQ20131002112
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月21日 優先權日2013年1月21日
發明者趙定國, 王書桓, 崔小傑, 黃凱, 劉吉猛, 李偉峰 申請人:河北聯合大學