采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及钢锭铸造技术领域，尤其涉及一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置及方法。本发明专利技术的装置包括供气系统、纳米分离站、浇铸装置和汤道喷吹元件，其中供气系统的气流分配器上分出二支气路与纳米分离站连接，纳米分离站中的纳米气流输送管与汤道喷吹元件相连，汤道喷吹元件砌筑在浇铸装置下部。本发明专利技术采用喷吹纳米粒子和氩气来细化钢锭组织的底铸方法是先喷吹氩气，快速排出锭模内空气，然后在载气流的运载下将纳米粒子通过汤道喷吹元件喷吹进入钢液。本发明专利技术工艺操作简单，易于实现，能够均匀细化钢锭组织，增大等轴晶的占比。

A bottom casting device and method for refining ingot by injection of nanoparticles and argon gas

【技术实现步骤摘要】
采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置及方法
本专利技术涉及钢锭铸造
，尤其涉及一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置及方法。
技术介绍
虽然连铸技术有着越来越广泛的应用，但铸锭技术凭借其产品的特殊性，在电力、冶金、石化、造船、铁路、矿山、航空航天、军工等行业中仍占有不可替代的地位。铸锻产品的经济带动性之强、辐射作用之大、影响之深远不容忽视。目前，钢锭传统浇铸过程多采用直接浇注和静置自然冷却凝固的操作方法获得铸锭。这种操作方法获得的铸锭杂物含量高、局部区域内溶质富集，使得生产出的铸锭产品内部发生偏析现象、组织晶粒度较大。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置及方法。可减小氧化物含量，细化晶粒组织，使铸造出的钢锭内部质量得到明显提高。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置，包括供气系统、纳米粒子分离站、浇铸装置和汤道喷吹原件；所述供气系统包括储气罐与气流分配器，纳米分离站包括纳米粒子储存罐与混合室，浇铸装置包括钢锭模、反射水口砖以及浇铸底盘，汤道喷吹元件包括圆形喷吹环、汤道喷吹尾砖、进气连接管；储气罐与气流分配器通过管路连接，从气流分配器上分出二支气路，其中第一气路与纳米粒子储存罐连接，第二气路与混合室连接，混合室通过管路与汤道喷吹元件相连；反射水口砖固定于钢锭模底孔中，浇铸底盘位于钢锭模下部；汤道喷吹元件砌筑在反射水口砖下部，固定于浇注底盘中。所述储气罐与气流分配器连接的管路上设有气阀，所述气流分配器上分出的二支气路，每支气路上均装有流量计和压力表。所述汤道喷吹元件的汤道喷吹尾砖固定于浇铸装置的浇铸底盘上，一端与普通汤道砖连接，一端与反射水口砖连接，钢液通过普通汤道砖、汤道喷吹尾砖流经反射水口砖进入钢锭模。所述汤道喷吹元件的圆形喷吹环内置于汤道喷吹尾砖的内部，圆形喷吹环内侧分布有直径为0.5～2mm的喷吹孔，相邻喷吹孔的间距为5～20mm，圆形喷吹环连接进气连接管，进气连接管通过纳米气流输送管与混合室相连，纳米气流输送管嵌入于浇注底盘内。一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置的方法，具体包括如下步骤：(1)将干燥纳米粒子提前加入到纳米粒子分离站的纳米粒子储存罐内，打开喷吹气体供气系统的气阀；钢锭浇注后，钢液通过普通汤道砖、汤道喷吹尾砖流经反射水口砖进入钢锭模；(2)通过第一气路向纳米粒子储存罐增压，待纳米粒子储存罐中的压力大于第二气路压力，且钢锭充型率达到1/2时，打开流量控制器；通过流量控制器控制纳米粒子流量，纳米粒子储存罐内初步分离化的纳米粒子进入到混合室中，控制第二气路的气体流量和压力，使混合室内纳米粒子气流安全稳定的进入纳米气流输送管；(3)进入纳米气流输送管的纳米粒子，在载气流的运载下，通过汤道喷吹元件，喷吹进入钢锭溶液内，喷吹压力控制在0.5～1.5MPa，喷吹过程当中要求纳米粒子与气流量比小于1，待钢锭充型结束且锭尾凝固完成即喷吹结束，关闭流量控制器、第一气路，供气系统的气阀。所述喷吹气体为氩气，喷吹量为钢锭重量的0.05～0.35％。所述喷吹的纳米粒子为ZrO2，Ti2O3，MgS，SiO2，MnS，CaO，CeO2或Al2O3，尺寸为20～80nm。所述钢锭充型结束且锭尾凝固完成即喷吹结束后后，共喷吹4V1气体，喷吹速度为：式中，V1为纳米粒子储存罐体积，L；M2为钢锭重，kg；v1为喷吹速度，L/s；v2为浇注速度，kg/s。与现有方法相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用喷吹纳米粒子和氩气来细化钢锭组织的方法，喷入的纳米粒子可全部融入钢液，增加纳米粒子在钢液中的停留时间，提高纳米粒子的利用率，降低成本。(2)浇注前，将氩气通过锭模底部的汤道喷吹尾砖喷吹孔不断吹入锭模和中注管内，可以快速排出锭模及中注管内的空气，避免钢液二次氧化；浇注后，氩气进入钢液中形成大量的氩气泡，有助于模内钢液中有害气体(如：N2、O2、H2等)和夹杂物的进一步上浮清除。(3)在铸造过程中加入纳米粒子，具有促进异质形核和第二相粒子的作用，在钢液凝固时提供大量形核质点促进奥氏体形核同时外加纳米粒子能够起到钉扎晶界的作用，达到细化铸造组织晶粒的目的。同时有助于充型流态的控制，减轻凝固后钢锭偏析程度。附图说明图1是本专利技术的结构示意主视图。图中：1-储气罐2-气阀3-气流分配器4-第一压力表5-第二压力表6-第一流量计7-第三压力表8-第二流量计9-纳米粒子储存罐10-浇铸底盘11-流量控制器12-混合室13-纳米气流输送管14-反射水口砖15-钢液16-钢锭模17-圆形喷吹环18-汤道喷吹尾砖19-进气连接管20-普通汤道砖。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本专利技术的范围：如图1所示，本专利技术的采用喷吹纳米粒子和氩气来细化钢锭组织的底铸装置，包括供气系统、纳米粒子分离站、浇铸装置和汤道喷吹元件。其中所述的供气系统包括储气罐1和气流分配器3，储气罐1与气流分配器3通过管路连接，储气罐1与气流分配器3间设有气阀2，气流分配器3上设有第一压力表4，从气流分配器3上分出二支气路，每支气装有流量计和压力表，其中第一气路与纳米粒子储存罐9连接，第一气路上设有第一流量计6和第二压力表5，第二气路与混合室12连接，第二气路上设有第二流量计8和第三压力表7。所述的纳米分离站包括纳米粒子储存罐9和混合室12，纳米粒子储存罐9位于混合室12上部，通过流量控制器11与混合室12连接，混合室12一侧与第二气路连接，另一侧与纳米气流输送管13连接，所述的纳米气流输送管13与汤道喷吹元件的进气连接管19相连。所述的汤道喷吹尾砖18砌筑在钢锭模16的反射水口砖14下部，固定于浇注底盘10上。所述的浇铸装置包括钢锭模16、反射水口砖14、普通汤道砖20和浇注底盘10，反射水口砖14固定于钢锭模16底孔中，位于汤道喷吹尾砖18上部，普通汤道砖20与汤道喷吹尾砖18连接，浇注底盘10位于钢锭模16下部。钢液通过普通汤道砖20、汤道喷吹尾砖18流经反射水口砖14进入钢锭模16。所述的汤道喷吹元件包括圆形喷吹环17、汤道喷吹尾砖18、进气连接管19。汤道喷吹尾砖18固定于浇注底盘10上，一端与普通汤道砖20连接，一端与反射水口砖14连接。圆形喷吹环17内置于汤道喷吹尾砖18的内部，圆形喷吹环17内侧分布有直径为0.5～2mm的喷吹孔，相邻喷吹孔的间距为5～20mm，圆形喷吹环17连接进气连接管19，进气连接管19连接纳米气流输送管13，纳米气流输送管13嵌入于浇注底盘10内。采用上述装置进行采用喷吹纳米粒子和氩气来细化钢锭组织的方法，按照以下步骤进行：将干燥纳米粒子提前加入到纳米分离站的纳米粒子储存罐9内，打开供气系统的气阀2。15min后钢锭开始进行浇注，钢液15通过普通汤道砖20、汤道喷吹尾砖18流经反射水口砖14进入钢锭模16。当液面稳定后，通过第一气路向纳米粒子储存罐9加压，待纳米粒子储存罐9中的压力大于第二气路压力且充型率达到1/2时，打开流量控制器11。通过流量控制器11控制纳米粒子流量，纳米粒子储存罐9内初步分离化的纳米粒子进入到混合室12中，控制第二气路的气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置，其特征在于，包括供气系统、纳米粒子分离站、浇铸装置和汤道喷吹原件；所述供气系统包括储气罐与气流分配器，纳米分离站包括纳米粒子储存罐与混合室，浇铸装置包括钢锭模、反射水口砖以及浇铸底盘，汤道喷吹元件包括圆形喷吹环、汤道喷吹尾砖、进气连接管；储气罐与气流分配器通过管路连接，从气流分配器上分出二支气路，其中第一气路与纳米粒子储存罐连接，第二气路与混合室连接，混合室通过管路与汤道喷吹元件相连；反射水口砖固定于钢锭模底孔中，浇铸底盘位于钢锭模下部；汤道喷吹元件砌筑在反射水口砖下部，固定于浇注底盘中。

【技术特征摘要】
1.一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置，其特征在于，包括供气系统、纳米粒子分离站、浇铸装置和汤道喷吹原件；所述供气系统包括储气罐与气流分配器，纳米分离站包括纳米粒子储存罐与混合室，浇铸装置包括钢锭模、反射水口砖以及浇铸底盘，汤道喷吹元件包括圆形喷吹环、汤道喷吹尾砖、进气连接管；储气罐与气流分配器通过管路连接，从气流分配器上分出二支气路，其中第一气路与纳米粒子储存罐连接，第二气路与混合室连接，混合室通过管路与汤道喷吹元件相连；反射水口砖固定于钢锭模底孔中，浇铸底盘位于钢锭模下部；汤道喷吹元件砌筑在反射水口砖下部，固定于浇注底盘中。2.根据权利要求1所述的一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置，其特征在于，所述储气罐与气流分配器连接的管路上设有气阀，所述气流分配器上分出的二支气路，每支气路上均设有流量计和压力表。3.根据权利要求1所述的一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置，其特征在于，所述汤道喷吹元件的汤道喷吹尾砖固定于浇铸装置的浇铸底盘上，一端与普通汤道砖连接，一端与反射水口砖连接，钢液通过普通汤道砖、汤道喷吹尾砖流经反射水口砖进入钢锭模。4.根据权利要求1所述的一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置，其特征在于，所述汤道喷吹元件的圆形喷吹环内置于汤道喷吹尾砖的内部，圆形喷吹环内侧分布有直径为0.5～2mm的喷吹孔，相邻喷吹孔的间距为5～20mm，圆形喷吹环连接进气连接管，进气连接管通过纳米气流输送管与混合室相连，纳米气流输送管嵌入于浇注底盘内。5.基于权利要求1所述的一种采用喷吹纳米粒子和氩气细化钢锭组织的底铸装置的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：许长军，张连望，张岩，孙春晓，董立彬，李胜利，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21