本發(fā)明屬于鋼鐵鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置。

背景技術(shù)：

下鑄法是一種廣泛應(yīng)于鋼鐵鑄造的工藝方法，采用下鑄法時(shí)，要求鋼液依次從鋼包、中注管、橫澆道及上澆道進(jìn)入鑄模內(nèi)，并在鑄模內(nèi)凝固成鋼坯。

但是，基于下鑄法的傳統(tǒng)鑄造設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在以下問(wèn)題：

(1)當(dāng)鋼包中的鋼液進(jìn)入中注管后，鋼液的軸向流速很大，而中注管底部的耐火中心磚會(huì)遭到鋼液的強(qiáng)勁沖刷和侵蝕，將導(dǎo)致鋼液中的外生非金屬夾雜物增多，進(jìn)而影響到鋼液的潔凈度；

(2)由于鋼液在中注管內(nèi)具有很大的流速，且鋼液在澆注過(guò)程中不可避免的會(huì)卷入空氣而形成許多氣泡，這些氣泡會(huì)隨著鋼液快速下行，多數(shù)氣泡會(huì)因浮力而逐漸停止下行并轉(zhuǎn)而開(kāi)始上浮，而一些小氣泡的上浮速度由于低于鋼液下行流速，會(huì)被鋼液裹挾進(jìn)入橫澆道內(nèi)而無(wú)法在中注管內(nèi)完成上浮，并進(jìn)一步隨著鋼液進(jìn)入鑄模內(nèi)，從而導(dǎo)致鋼坯出現(xiàn)氣孔缺陷的風(fēng)險(xiǎn)增高；另外，卷入鋼液的空氣氣泡還會(huì)導(dǎo)致鋼液氧化，也會(huì)降低鋼坯產(chǎn)品的性能；

(3)當(dāng)鋼液從中注管進(jìn)入橫澆道后，鋼液的流速分布并不均勻，且鋼液最大軸向流速依然很大，而橫澆道出液端的耐火流鋼尾磚也將遭到鋼液的沖刷和侵蝕，進(jìn)而導(dǎo)致鋼液中的外生非金屬夾雜物進(jìn)一步增多，從而進(jìn)一步影響到鋼液的潔凈度；

(4)為了減小鋼液進(jìn)入鑄模內(nèi)的流速，上澆道頂部的鋼液流道會(huì)采用倒錐形結(jié)構(gòu)，而在鋼液進(jìn)入鑄模后，在初始澆注階段會(huì)產(chǎn)生噴濺現(xiàn)象，而噴濺現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致粘模，進(jìn)而降低鑄模的壽命，隨著澆注的進(jìn)行，鑄模內(nèi)的鋼液液面會(huì)因下部鋼液的持續(xù)涌入而使液面中心處隆起，液面隆起的高度也叫駝峰高度，駝峰高度越高，鋼液表面的保護(hù)渣被沖開(kāi)的面積就越大，即開(kāi)眼面積越大，而開(kāi)眼區(qū)域的鋼液液面由于失去了保護(hù)渣的覆蓋保護(hù)，將直接暴露于空氣中，進(jìn)一步加劇了鋼液的氧化，從而進(jìn)一步降低了鋼坯產(chǎn)品的性能；另外，駝峰高度越高，不但容易發(fā)生卷渣，而且保護(hù)渣袋的吊裝位置也需越高，這十分不利于保護(hù)渣盡早的覆蓋在鋼液表面，難以快速的對(duì)鋼液氧化進(jìn)行抑制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置，在不降低中注管入口鋼液流速的情況下，能夠使鋼液在中注管內(nèi)、橫澆道內(nèi)及上澆道頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)產(chǎn)生旋流，降低鋼液對(duì)中注管底部耐火中心磚的沖刷和侵蝕，同時(shí)增加氣泡上浮幾率，降低鋼液對(duì)橫澆道末端耐火流鋼尾磚的沖刷和侵蝕，最終減少鋼液中的外生非金屬夾雜物，減少氣孔缺陷，提高鋼液潔凈度，并能夠有效降低駝峰高度，減小開(kāi)眼面積，減弱鋼液的氧化程度，進(jìn)一步提高鋼坯產(chǎn)品性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置，包括中注管、橫澆道、上澆道及鑄模；所述中注管頂部為鋼液澆入口，在中注管底部設(shè)置有耐火中心磚；所述橫澆道水平設(shè)置，橫澆道進(jìn)液端通過(guò)耐火中心磚與中注管相連通，在橫澆道出液端設(shè)置有耐火流鋼尾磚；所述上澆道豎直設(shè)置，上澆道底端通過(guò)耐火流鋼尾磚與橫澆道相連通，上澆道頂部與鑄模底部的鋼液入口相連通，上澆道頂部的鋼液流道采用倒錐形結(jié)構(gòu)，且倒錐形結(jié)構(gòu)的鋼液流道與鑄模底部的鋼液入口為平滑連接；其特點(diǎn)是：在所述中注管及橫澆道內(nèi)設(shè)置有圓柱形耐火螺旋定子，在所述上澆道頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)設(shè)置有倒錐形耐火螺旋定子。

所述圓柱形耐火螺旋定子的扭轉(zhuǎn)角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子的扭轉(zhuǎn)角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子的錐角角度與上澆道頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道的錐角角度相同，且錐角角度不大于120°。

所述倒錐形耐火螺旋定子為等壁厚螺旋定子或變壁厚螺旋定子。

當(dāng)所述倒錐形耐火螺旋定子為變壁厚螺旋定子時(shí)，以倒錐形耐火螺旋定子小端為基準(zhǔn)，倒錐形耐火螺旋定子的壁厚由下至上逐漸增大。

所述倒錐形耐火螺旋定子與上澆道頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道之間形成螺旋狀鋼液流道，螺旋狀鋼液流道在任意橫截面上的流道面積均相等。

所述螺旋狀鋼液流道與鑄模底部的鋼液入口平滑過(guò)渡連接。

所述倒錐形耐火螺旋定子大端直徑與小端直徑的比值不大于5。

所述圓柱形耐火螺旋定子在中注管內(nèi)的安裝位置為中注管的上部、中部或下部；所述圓柱形耐火螺旋定子在橫澆道內(nèi)的安裝位置為橫澆道的進(jìn)液側(cè)、中部或出液側(cè)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在不降低中注管入口鋼液流速的情況下，能夠使鋼液在中注管內(nèi)、橫澆道內(nèi)及上澆道頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)產(chǎn)生旋流，進(jìn)而降低鋼液對(duì)中注管底部耐火中心磚的沖刷和侵蝕，同時(shí)促進(jìn)非金屬夾雜物及氣泡間的碰撞，并增加氣泡上浮幾率，能夠降低鋼液對(duì)橫澆道末端耐火流鋼尾磚的沖刷和侵蝕，最終減少鋼液中的外生非金屬夾雜物，提高鋼液潔凈度，同時(shí)能夠有效減少噴濺，有效降低駝峰高度，減小開(kāi)眼面積，減弱鋼液的氧化程度，進(jìn)一步提高鋼坯產(chǎn)品性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的圓柱形耐火螺旋定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的倒錐形耐火螺旋定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1—中注管，2—橫澆道，3—上澆道，4—鑄模，5—鋼液澆入口，6—耐火中心磚，7—耐火流鋼尾磚，8—圓柱形耐火螺旋定子，9—倒錐形耐火螺旋定子。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1～3所示，一種基于下鑄法的旋流式鑄造裝置，包括中注管1、橫澆道2、上澆道3及鑄模4；所述中注管1頂部為鋼液澆入口5，在中注管1底部設(shè)置有耐火中心磚6；所述橫澆道2水平設(shè)置，橫澆道2進(jìn)液端通過(guò)耐火中心磚6與中注管1相連通，在橫澆道2出液端設(shè)置有耐火流鋼尾磚7；所述上澆道3豎直設(shè)置，上澆道3底端通過(guò)耐火流鋼尾磚7與橫澆道2相連通，上澆道3頂部與鑄模4底部的鋼液入口相連通，上澆道3頂部的鋼液流道采用倒錐形結(jié)構(gòu)，且倒錐形結(jié)構(gòu)的鋼液流道與鑄模4底部的鋼液入口為平滑連接；其特點(diǎn)是：在所述中注管1及橫澆道2內(nèi)設(shè)置有圓柱形耐火螺旋定子8，在所述上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)設(shè)置有倒錐形耐火螺旋定子9。

所述圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉(zhuǎn)角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子9的扭轉(zhuǎn)角度為20°～180°。

所述倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度與上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道的錐角角度相同，且錐角角度不大于120°。

所述倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子或變壁厚螺旋定子。

當(dāng)所述倒錐形耐火螺旋定子9為變壁厚螺旋定子時(shí)，以倒錐形耐火螺旋定子9小端為基準(zhǔn)，倒錐形耐火螺旋定子的壁厚由下至上逐漸增大。

所述倒錐形耐火螺旋定子9與上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道之間形成螺旋狀鋼液流道，螺旋狀鋼液流道在任意橫截面上的流道面積均相等。

所述螺旋狀鋼液流道與鑄模4底部的鋼液入口平滑過(guò)渡連接。

所述倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值不大于5。

所述圓柱形耐火螺旋定子8在中注管1內(nèi)的安裝位置為中注管1的上部、中部或下部；所述圓柱形耐火螺旋定子8在橫澆道2內(nèi)的安裝位置為橫澆道2的進(jìn)液側(cè)、中部或出液側(cè)。

采用本發(fā)明的旋流式鑄造裝置進(jìn)行鋼鐵鑄造時(shí)，鋼包中的鋼液通過(guò)中注管1頂部的鋼液澆入口5流入中注管1內(nèi)，首先沖擊在圓柱形耐火螺旋定子8上，鋼液將沿著圓柱形耐火螺旋定子8的螺旋通道繼續(xù)向下流動(dòng)，使從圓柱形耐火螺旋定子8中流出的鋼液將呈現(xiàn)旋流狀態(tài)，可以有效均勻鋼液的軸向流速分布，同時(shí)減小鋼液在中注管1內(nèi)的最大軸向流速，進(jìn)而減小鋼液中因卷入空氣而產(chǎn)生的氣泡數(shù)量。另外，在鋼液旋流狀態(tài)下，一些難以順利上浮的小氣泡和非金屬夾雜物會(huì)因相互碰撞而合并為大氣泡及大夾雜物，同時(shí)小夾雜物也會(huì)與大氣泡碰撞并被其裹挾而上浮，最終提高了氣泡及夾雜物的上浮幾率，因此也減小了被鋼液裹挾到橫澆道2內(nèi)的氣泡及夾雜物數(shù)量，進(jìn)而減小了進(jìn)入鑄模內(nèi)的氣泡及夾雜物數(shù)量，降低了鋼坯出現(xiàn)氣孔缺陷及夾渣缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也減弱了鋼液的氧化，提高了鋼坯產(chǎn)品的性能。再有，當(dāng)圓柱形耐火螺旋定子8的安裝位置位于中注管1的上部時(shí)，由于其距離鋼包較近，鋼液對(duì)圓柱形耐火螺旋定子8的沖刷作用就弱，而且從圓柱形耐火螺旋定子8中流出的鋼液呈現(xiàn)旋流狀態(tài)，可以有效減弱鋼液對(duì)耐火中心磚6的沖刷和侵蝕，避免了鋼液中出現(xiàn)過(guò)多的外生非金屬夾雜物，保證了鋼液的潔凈度。

當(dāng)鋼液經(jīng)耐火中心磚6進(jìn)入橫澆道2后，也會(huì)首先沖擊在圓柱形耐火螺旋定子8上，鋼液將沿著圓柱形耐火螺旋定子8的螺旋通道繼續(xù)向前流動(dòng)，而流出的鋼液也將呈現(xiàn)旋流狀態(tài)，進(jìn)一步均勻了鋼液的軸向流速分布，同時(shí)減小鋼液在橫澆道2內(nèi)的最大軸向流速，而呈現(xiàn)旋流狀態(tài)的鋼液又可以進(jìn)一步有效減弱鋼液對(duì)耐火流鋼尾磚7的沖刷和侵蝕，進(jìn)一步避免外生非金屬夾雜物在鋼液中增多，從而進(jìn)一步保證了鋼液的潔凈度。另外，鋼液在旋流狀態(tài)下，有利于小氣泡和非金屬夾雜物會(huì)因相互碰撞而合并為大氣泡及大夾雜物，進(jìn)而提高了氣泡及夾雜物在鑄模內(nèi)的上浮幾率。

當(dāng)鋼液經(jīng)耐火流鋼尾磚7進(jìn)入上澆道3后，將首先沖擊倒錐形耐火螺旋定子9小端，鋼液將沿著倒錐形耐火螺旋定子9的螺旋通道繼續(xù)向上流動(dòng)，而流出的鋼液同樣呈現(xiàn)旋流狀態(tài)，再一次均勻了鋼液的軸向流速分布，同時(shí)減小鋼液在上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)的最大軸向流速，當(dāng)鋼液進(jìn)入鑄模后，有效減少了澆注初期鋼液的噴濺，并有效降低了鑄模內(nèi)鋼液液面中心處的隆起高度，即有效降低了駝峰高度，進(jìn)而減小了開(kāi)眼面積，因此也減小了鋼液與空氣接觸的幾率，從而進(jìn)一步減弱了鋼液的氧化。另外，駝峰高度的降低，有效降低了卷渣的發(fā)生幾率，還有效降低了保護(hù)渣袋的吊裝位置，這更加有利于保護(hù)渣盡早的覆蓋在鋼液表面，保證對(duì)鋼液氧化進(jìn)行快速抑制。

下面為幾種應(yīng)用實(shí)施例。

應(yīng)用實(shí)施例一：

僅在中注管1中部設(shè)置圓柱形耐火螺旋定子8，而在橫澆道2內(nèi)及上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)均不設(shè)置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉(zhuǎn)角度為180°。

應(yīng)用實(shí)施例二：

僅在橫澆道2中部設(shè)置圓柱形耐火螺旋定子8，而在中注管1內(nèi)及上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)均不設(shè)置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉(zhuǎn)角度為180°。

應(yīng)用實(shí)施例三：

僅在上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)設(shè)置倒錐形耐火螺旋定子9，而在中注管1內(nèi)及橫澆道2內(nèi)均不設(shè)置耐火螺旋定子，且倒錐形耐火螺旋定子9的扭轉(zhuǎn)角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

應(yīng)用實(shí)施例四：

僅在中注管1中部和橫澆道2中部設(shè)置圓柱形耐火螺旋定子8，而在上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)均不設(shè)置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉(zhuǎn)角度為180°。

應(yīng)用實(shí)施例五：

在中注管1中部設(shè)置圓柱形耐火螺旋定子8，在上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)設(shè)置倒錐形耐火螺旋定子9，而在橫澆道2中部不設(shè)置耐火螺旋定子，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉(zhuǎn)角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

應(yīng)用實(shí)施例六：

在橫澆道2中部設(shè)置圓柱形耐火螺旋定子8，在上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)設(shè)置倒錐形耐火螺旋定子9，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉(zhuǎn)角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

應(yīng)用實(shí)施例七：

在中注管1中部和橫澆道2中部設(shè)置圓柱形耐火螺旋定子8，在上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道內(nèi)設(shè)置倒錐形耐火螺旋定子9，且圓柱形耐火螺旋定子8的扭轉(zhuǎn)角度為180°，倒錐形耐火螺旋定子9的錐角角度為90°，倒錐形耐火螺旋定子9大端直徑與小端直徑的比值為3，倒錐形耐火螺旋定子9為等壁厚螺旋定子。

在應(yīng)用實(shí)施例三、五、六、七中，錐形耐火螺旋定子9可以完全占據(jù)上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道，也可部分占據(jù)上澆道3頂部的倒錐形結(jié)構(gòu)鋼液流道(如僅占據(jù)2/3)，而倒錐形耐火螺旋定子9的螺旋狀鋼液流道小端側(cè)與鋼液來(lái)流方向垂直或相切，且倒錐形耐火螺旋定子9也可為變壁厚螺旋定子。

再有，本發(fā)明的專利方案同樣適用于其他金屬鑄錠的鑄造，如鋁、銅等金屬。

實(shí)施例中的方案并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均包含于本案的專利范圍中。