[实用新型]一种金属模铸用旋流浇注系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及冶金铸造技术领域，具体是给出了一种金属模铸用旋流浇注系统，能有效避免结晶器卷渣，去除铸锭中的夹杂物、提高铸锭的洁净度。

背景技术

钢中夹杂物的存在是影响钢制品性能的重要因素，有时甚至是决定性因素。夹杂物对钢力学性能和工艺性能的影响，主要是降低材料的塑性、韧性、疲劳性能和耐腐蚀性能，尤其当夹杂物以不利的形状及分布特征存在时，对材料的机械性能影响更为严重。统计结果表明，机器零件的失效，疲劳破坏约占90%以上。钢中非金属夹杂物，如氧化物、硫化物等危害性就在于都呈独立项存在，破坏了钢基体的均匀连续性，造成了应力集中，促进了疲劳裂纹的产生，并在一定条件下加速了裂纹的扩展，从而加速了疲劳破坏的过程，因此，为了满足日益提高的用户要求，就必须尽可能地去除钢中的夹杂物，不断地提高钢材的洁净度。

虽然目前大部分的钢铁材料都采用连铸生产，但是在特殊钢的生产中模铸仍然有着广泛的用途，例如大型的涡轮用钢、车轴用钢以及航空航天用钢都是采用模铸来浇注。这些钢对钢中的夹杂物含量的要求更为严格，尤其是钢中的大尺寸的夹杂物必须去除干净。与连铸一样结晶器内是夹杂物去除的最后机会，夹杂物在结晶器内的去除效率与结晶器内的流场密切相关，有研究结果表明在结晶器内产生向上的旋流可以显著提高钢液中夹杂物的去除率，Z.Zhang,S.Yokoya,A.Tilliander,P.G.提出在在浇道内安装旋流叶片可以产生旋流，提高钢液中夹杂物的去除率（ISIJ International,Vol.50(12),2010,1756-1762。在浇道内安装旋流叶片虽然可以产生上升旋流，但高温高速流动的钢水必定会冲刷涡流叶片，涡流叶片的寿命很难保证，另一方面还会在钢液中产生新的夹杂物。本专利设计一种自身可以产生向上涡流的浇注系统，避免使用涡流叶片。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种模铸浇注系统，通过该系统进行浇注时结晶器内能够产生向上的旋流，促进夹杂物的上浮，使钢液在结晶器内进一步净化，同时还可以避免卷渣，提高了铸锭的洁净度水平。

一种减少铸锭中夹杂物的浇注系统由水平浇道、垂直浇道、交口以及水平浇道末端斜面与水平浇道的夹角四部分组成，水平浇道横截面为边长L的正方形，上升浇道横截面为圆形，分上下两段其中上段的直径R1等于下段直径R2的2-3倍，下段的直径R2等于水平浇道的边长L，上下两段浇道长度比H1:H2=4:1-6:1。浇口的设计是本实用新型的核心，浇口的形状如附图1所示，交口是由水平浇道和垂直浇道巧妙地连接所形成，水平浇道的末端不是方形的平面而是一个矩形的斜面，斜面是垂直切割水平浇道末端一角所形成，对应上浇道下端地面的形状为圆形的一部分。水平浇道末端斜面与浇道方向形成的角度α是本发明专利的重要参数，当α角度太小时浇口的截面积就会很小，钢水通过浇口的流速就会很大，就会造成结晶器内流动加剧，容易造成液面波动和卷渣；如果α角度过大，产生的旋流就很弱，对去除夹杂物的效果不明显，本实用新型设计α的范围为45度到80度。

本实用新型能够产生旋流是这样实现的，当钢液在水平浇道快速流动遇到顶端的斜面时就会改变流动方向沿着斜面方向进行流动，同时由于交口是垂直方向钢液也会向上流动，所以经过浇口钢液的流动既有垂直向上的速度又有水平浇道平面内一定的倾斜速度。当钢液进入上升浇道的下段时，由于钢液倾斜速度的作用钢液就会产生沿圆周进行运动，同时钢液还向上运动，所以向上的旋流就产生了。上升浇道的第二段内使钢液流动的速度降低和稳定下来。由于浇口出钢液的流动速度较大，产生的旋流也会较大，如果直接流进结晶器会使结晶器内流动湍流加剧。

本实用新型的特点就是无需安装旋流涡片自身就能产生向上的旋流，可以降低成本，避免外来夹杂物的产生，提高浇注系统的寿命，更重要的是本浇注系统容易制作，操作也非常简单，也非常容易实施。

附图说明

图1：实例1中浇注系统主视图

图2：实例1中浇注系统左视图

图3：实例1中浇注系统注视图

图4：实例1中A-A剖面图

具体实施方式

实施例1：