CN108602115A - 注入熔融材料用的装置、用此装置的铸造设备和铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于注入熔融材料的装置、使用该装置的铸造设备和铸造方法，铸造方法包括：制备主保护渣；将钢水注入到模具中；通过熔化主保护渣以产生熔融保护渣，并将熔融保护渣注入到钢水的顶面上；铸造板坯；以及基于板坯在其铸造期间的铸造状态判定是否输入添加剂。本发明可以提高板坯的质量和生产率。

Description

注入熔融材料用的装置、用此装置的铸造设备和铸造方法

技术领域

本公开涉及用于注入熔融材料的装置、使用该装置的铸造设备以及铸造方法。更具体地，本公开涉及用于注入熔融材料的、能够改进板坯的质量和生产率的装置、使用该装置的铸造设备和铸造方法。

背景技术

用于注入熔融材料的装置、例如用于在板坯铸造过程中注入所使用的熔融保护渣的装置是一种使粉末状的保护渣熔化并将该保护渣供给至模具的设备。典型的熔融保护渣注入设备包括：料斗，料斗构造成用于在其中贮存保护渣；熔炼炉，熔炼炉构造成用于接纳来自料斗的保护渣并使其熔化；以及喷枪，喷枪布置在熔炼炉的一侧并构造成用于通过将火焰喷射到熔炼炉中来使保护渣熔化。在这一点上，可以在熔炼炉处限定构造用于排放熔融保护渣的排放端口。

因此，当保护渣被熔化并被供给至模具时，可以抑制模具中钢水温度的下降，同时可以改善润滑能力，以减少板坯的缺陷。

然而，当通过使制成为针对各钢等级具有特定组分的保护渣熔化来铸造板坯时，保护渣的组分由于钢中包含的杂质与保护渣之间的反应而变化。例如，当板坯使用包含大量Al的钢水铸造时，由于在保护渣中获得了Al₂O₃，因此保护渣的粘度增大。

因而，保护渣不会顺畅地流入模具与板坯(凝固壳)之间，因此钢水与模具之间的热传递变得不均匀并且润滑能力降低。因此，发生诸如凝固壳破裂或板坯的表面出现裂缝的操作事故。

保护渣的组分的这种变化可能导致难以以至少一次装料进行单一等级钢的多次连续铸造。

另一方面，在对两种等级的钢进行多次连续铸造的情况下，钢等级的变化可能需要适合于改变了等级的保护渣。因此，当改变钢等级时，应将制成为具有用于改变后的等级的适合组分的保护渣注入到模具中。然而，当供给适合于钢等级的保护渣时，优选的是，具有不同组分的保护渣不会彼此混合，但由于操作性能，具有不同组分的保护渣彼此混合的过渡现象是不可避免的。在这种过渡现象中，保护渣不会顺畅地流入模具与凝固壳之间，因此凝固壳有时会破裂。

发明内容

本公开提供了一种能够提高铸造效率的用于注入熔融材料的装置、一种使用该装置的铸造设备和一种铸造方法。

本公开提供了一种能够改善板坯质量的用于注入熔融材料的装置、一种使用该装置的铸造设备和一种铸造方法。

根据本公开的实施方式的用于注入熔融材料的装置可以包括：原料供给单元，所述原料供给单元构造成用于分别供给不同的第一原料和第二原料；混合单元，所述混合单元构造成用于使从所述原料供给单元供给的不同的所述第一原料与所述第二原料混合以产生混合物；熔化单元，所述熔化单元连接至所述混合单元以使从所述混合单元供给的所述混合物熔化从而产生熔融材料，并且所述熔化单元具有排放端口，所述熔融材料经由所述排放端口排放；以及控制单元，所述控制单元配置成用于通过控制所述原料供给单元、所述混合单元和所述熔化单元的操作来控制所述混合物的组分。

所述原料供给单元可以包括：第一原料供给单元，所述第一原料供给单元构造成用于供给第一原料；以及多个第二原料供给单元，所述第二原料供给单元构造成用于分别供给包含不同组分的多种第二原料。

所述第一原料供给单元可以包括：第一贮存单元，所述第一贮存单元构造成用于在其中贮存所述第一原料；第一传送管，所述第一传送管用于将所述第一贮存单元与所述混合单元连通；以及第一进料器，所述第一进料器联接至所述第一贮存单元和所述第一传送管中的至少一者，以调节所述第一原料的排放量。

所述第二原料供给单元各自可以包括：第二贮存单元，所述第二贮存单元构造成用于在其中贮存所述多种第二原料中的每一种第二原料；第二传送管，所述第二传送管构造成用于将多个所述第二贮存单元中的每一者与所述混合单元连通；以及第二进料器，所述第二进料器联接至所述第二贮存单元和所述第二传送管中的至少一者，以调节每一种所述第二原料的排放量。

所述混合单元可以包括：混合容器，所述混合容器与所述第一供给管和所述第二供给管连通；搅拌器，所述搅拌器布置在所述混合容器中，以用于使所述第一原料与所述第二原料混合；以及第三传送管，所述第三传送管用于将所述第一原料与所述第二原料的所述混合物传送至所述熔化单元。

所述混合单元可以包括与第一供给管和第二供给管连通的混合容器，并且所述混合容器是可旋转的。

所述熔化单元可以包括：熔炼炉，在所述熔炼炉中限定有熔炼空间，所述熔炼空间用于在其中接纳所述第一原料和所述第二原料；热源供给单元，所述热源供给单元布置在所述熔炼炉的一侧，以向所述熔炼空间供给热源。

所述热源供给单元使用等离子体作为所述热源。

所述控制单元可以配置成基于输入信号来判定是否注入所述第二原料。

一种铸造设备可以包括：模具，所述模具用于接纳钢水并使所述钢水初步凝固；构造成用于将熔融保护渣注入到所述模具中的装置；测量单元，所述测量单元构造成用于测量所述模具的温度和注入到所述模具中的所述熔融保护渣的组分中的至少一者；以及控制单元，所述控制单元配置成用于基于来自所述测量单元的测量结果控制所述装置的操作，以改变待注入到所述模具中的所述熔融保护渣的组分。

上述装置可以包括：第一原料供给单元，所述第一原料供给单元构造成用于供给主保护渣；第二原料供给单元，所述第二原料供给单元构造成用于供给添加剂；混合单元，所述混合单元构造成用于使分别从所述第一原料供给单元和所述第二原料供给单元供给的所述主保护渣和所述添加剂混合，从而产生混合物；以及熔化单元，所述熔化单元构造成用于熔化从所述混合单元供给的所述混合物以产生熔融保护渣，并且构造成用于将所述熔融保护渣注入到所述模具中。

所述第二原料供给单元可以在其中单独地贮存多种所述添加剂，并且所述第二供给单元选择性地向所述混合单元给送所述多种添加剂。

所述测量单元可以包括构造成用于测量模具的温度的温度计。

所述测量单元可以包括：探针，所述探针构造成用于采集注入到模具中的熔融保护渣；分析单元，所述分析单元配置成用于分析由探针采集的熔融保护渣的组分。

所述控制单元可以配置成使用来自测量单元的测量结果来判定是否输入添加剂，并且配置成通过基于测量结果控制第二原料供给单元来控制添加剂的类型和输入量。

一种铸造方法可以包括：制备主保护渣；将钢水注入到模具中；熔化主保护渣以产生熔融保护渣，并将熔融保护渣注入到钢水的顶面上；铸造板坯；以及基于板坯在其铸造期间的铸造状态判定是否输入添加剂。

在制备主保护渣时，可以制备添加剂。

在熔化主保护渣以产生熔融保护渣期间，可以使主保护渣与添加剂熔化在一起。

在铸造所述板坯时，可以对所述模具的温度进行测量，以显示所述板坯的所述铸造状态，并且所述方法可以包括基于所测量的所述模具的温度来判定是否输入所述添加剂。

在铸造所述板坯时，可以对注入到所述模具中的所述熔融保护渣的组分进行分析，以显示所述板坯的所述铸造状态，所述方法可以包括基于分析出的所述熔融保护渣的组分来判定是否输入所述添加剂。

所述方法可以包括：在判定添加所述添加剂之后，使所述主保护渣与所述添加剂混合以形成混合物，并且熔化所述混合物，然后将包含改变后的组分的熔融保护渣注入到所述模具中。

所述方法可以包括：在当铸造所述板坯时待注入到所述模具中的钢水的等级已经改变的情况下，使所述主保护渣与所述添加剂混合，熔化所述混合物，并将包含改变后的组分的熔融保护渣注入到所述模具中。

当使所述主保护渣与所述添加剂混合时，所注入的添加剂的组分可以根据所述钢水的等级而变化。

当使所述主保护渣与所述添加剂混合时，包含相同组分的添加剂的注入量可以根据所述钢水的等级而变化。

根据本公开的实施方式，可以通过在铸造期间快速响应模具熔渣中的组分变化而提高铸造效率和板坯质量。

换句话说，通过在铸造期间添加添加剂来控制模具熔渣的组分，可以实时地应对模具熔渣的组分变化。

因此，可以防止由于模具熔渣的组分变化导致的板坯表面开裂或凝固壳破裂，这样可以提高板坯的质量。

此外，可以对单个等级的钢进行全炉连续铸造，并且可以提高生产率。

另外，通过在各种等级钢的全炉连续铸造中快速生产并供给适合于钢等级的熔融保护熔剂，可以提高铸造效率。

因此，可以通过减少具有不同物理性质的熔融保护渣的混合时间而抑制或防止出现板坯破裂的现象。

附图说明

图1是根据本公开的实施方式的铸造设备的示意图。

图2示出了图1所示的铸造设备的主要构造。

图3是示出了图2所示的铸造设备的构造的框图。

图4是示出了根据本公开的第一实施方式的铸造方法的序列图。

图5是概念性地示出了根据本公开的第二实施方式在铸造板坯时将熔融保护渣注入到模具中的方法的框图。

图6是示出了基于在根据本公开的实施方式的铸造方法铸造板坯时是否输入添加剂的实验结果的曲线图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图详细描述本公开的实施方式。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施方式，相反，这些实施方式仅以说明的方式提供，从而使得本公开充分，并且完全将本发明的全部范围传达给本领域技术人员。

图1是根据本公开的实施方式的铸造设备的示意图，图2示出了图1所示的铸造设备的主要构造，以及图3是示出了图2所示的铸造设备的构造的框图。

参照图1，根据本公开的实施方式的铸造设备可以包括：钢包10，钢包10构造成用于在其中接纳炼钢过程中经精炼的钢水；中间包20，中间包20构造成用于通过连接至钢包10的注入喷嘴(未示出)来接纳钢水、暂时将钢水贮存在中间包20中并将钢水供给至模具30；模具30，模具30构造成用于通过连接至中间包20的浸没喷嘴22来接纳钢水并且初步使钢水凝固成均匀的形状；冷却管线40，冷却管线40布置在模具30的下方并且具有连续设置的多个部段，以用于在对从模具30拉出的未凝固板坯1进行冷却的同时执行一系列模制成型操作。

此外，参照图2和3，铸造设备可以包括：用于注入熔融材料的装置100，其中，装置100构造成用于使保护渣熔化并将保护渣供给至待供给至模具30的钢水的顶面上；测量单元130，测量单元130构造成用于测量由模具30中的保护渣的组分变化引起的各种组分变化；控制单元140，控制单元140配置成用于基于来自测量单元130的测量结果来控制用于注入熔融材料的装置100的操作。

用于注入熔融材料的装置100可以使固态保护渣熔化并将液态保护渣(即，熔融保护渣)供给至模具30。按常规，用于注入熔融材料的装置通过加热器具比如等离子体喷枪来使实际上提供成具有适合于一钢等级的特定组分的保护渣熔化并同时将其供给至模具30。然而，尽管在铸造期间供给到模具30中的熔融保护渣与钢水中的杂质反应而改变其组分，但由于用于注入熔融材料的装置连续供给相同组分的保护渣，因此不可能应对组分的实时变化。

此外，在对不同等级的钢进行多炉连续铸造的情况下，提供具有适合于该多个钢等级的多种不同组分的保护渣。因此，将保护渣改变成具有适合于钢等级的组分的保护渣是耗时的，并且不同组分的保护渣在熔炼炉112中不可避免地彼此混合。由于保护渣的混合，保护渣不会顺畅地流入模具30与凝固壳之间，使得发生比如凝固壳破裂的问题。

因此，为了解决用于注入熔融材料的装置的上述问题，用于注入熔融材料的装置100在本公开中构造成实时地改变供给至模具30的熔融保护渣的组分。在下文中，术语“保护渣”是指在被供给至熔炼炉112之前时的固态保护渣，然后当固态保护渣在熔炼炉112中熔化之后，保护渣被称为“熔融保护渣”。另外，在将熔融保护渣注入到模具30中之后，保护渣被称为“模具熔渣”。

根据本公开的实施方式的用于注入熔融材料的装置100可以包括：原料供给单元110，原料供给单元110构造成用于供给固态保护渣；熔化单元120，熔化单元120用于接纳并熔化固态保护渣以产生熔融保护渣，并将熔融保护渣注入到模具30中；以及控制单元140，控制单元140配置成用于控制原料供给单元110和熔化单元120的操作。

原料供给单元110可以包括：第一原料供给单元112，第一原料供给单元112构造成用于供给第一原料；第二原料供给单元114，第二原料供给单元114构造成用于供给第二原料；以及混合单元116，混合单元116连接至第一原料供给单元112和第二原料供给单元114，并且混合单元116构造成用于使分别从第一原料供给单元112和第二原料供给单元114供给的第一原料和第二原料材料混合。

另外，原料供给单元110可以通过混合单元116将第一原料与第二原料的混合物供给至熔化单元120，但在混合单元116与熔化单元120之间可以布置原料给送单元118，以将第一原料、或者第一原料与第二原料的混合物均匀地供给至熔化单元120。

第一原料供给单元112可以包括：第一贮存单元112a，第一贮存单元112a构造成用于在其中贮存第一原料比如主保护渣；以及第一传送管112b，第一传送管112b用于将第一贮存单元112a与混合单元116连通。

第一贮存单元112a在其中贮存固态第一原料例如主保护渣。第一进料器112c可以布置在从第一贮存单元112a排放主保护渣的部位处，或者布置在第一传送管112b处，以便以预定量排放主保护渣或均匀地排放主保护渣。在这一点上，第一进料器112c可以是设置在第一贮存单元112a或第一传送管112b处并通过驱动装置的操作来操作的螺旋进料器，或者第一进料器112c可以是开通或关断第一贮存单元112a与第一传送管112b的连接或者开通或关断第一传送管112b内部的流动路径的阀。

第二原料供给单元114可以包括：第二贮存单元114a，第二贮存单元114a用于在其中贮存第二原料比如添加剂；以及第二传送管114b，第二传送管114b用于连通第二贮存单元114a和混合单元116。在这一点上，可以提供多个第二贮存单元114a，使得各种类型的添加剂可以被单独地贮存在该多个第二贮存单元114a中。第二进料器114c可以设置在第二贮存单元114a的排放添加剂的部位处或者设置在第二传送管114b处，以便将添加剂以预定量排放至混合单元116或均匀地排放至混合单元116。第二进料器114c可以是连接至第二贮存单元114a或第二传送管114b并通过驱动装置的操作来操作的螺旋进料器，或者第二进料器114c可以是开通或关断第二贮存单元114a与第二传送管114b的连接或者开通或关断第二传送管114b内部的流动路径的阀。

由于这种构造，第二原料供给单元114可以选择性地供给多种添加剂中的至少一种。

混合单元116可以将分别来自第一原料供给单元112和第二原料供给单元114的主保护渣与添加剂的均匀混合后的保护渣供给至熔化单元120。混合单元116也可以仅将来自第一原料供给单元112的第一原料供给至熔化单元120。

混合单元116可以包括：混合容器116a，混合容器116a构造成用于在其中接纳分别从第一原料供给单元112和第二原料供给单元114供给的主保护渣和添加剂；搅拌器(未示出)，搅拌器构造成用于使容纳在混合容器116a中的主保护渣与添加剂均匀地混合；以及第三传送管116b，第三传送管116b构造成用于将主保护渣与添加剂的混合物、即保护渣传送至熔化单元120。

混合容器116a可以在其中接纳从第一原料供给单元112和第二原料供给单元114排放的固态主保护渣和添加剂。第三进料器116c可以布置在排放主保护渣与添加剂的混合物的部位处，或者布置在第三传送管116b处，以便以预定量排放或者均匀地排放第一原料与第二原料的混合物。在这一点上，第三进料器116c可以是设置在混合容器116a或第三传送管116b处的并通过驱动装置的操作来操作的螺旋进料器，或者第三进料器116c可以是开通或关断混合容器116a与第三传送管116b的连接或者开通或关断第三传送管116b内部的流动路径的阀。

搅拌器可以由螺杆或叶轮形成，该螺杆或叶轮构造成能够在混合容器116a中旋转。另外，搅拌器可以由能够将惰性气体等吹入混合容器116a的喷嘴形成。

在本说明书中，混合单元116包括混合容器116a和搅拌器。然而，混合容器116a可以构造成是可旋转的，以在没有搅拌器的情况下使主保护渣与添加剂均匀地混合。混合单元116可以不限于此并且可以以各种形状形成，以使主保护渣与添加剂均匀地混合。

混合单元116还可以包括加热器116d，加热器116d构造成用于对主保护渣或者主保护渣与添加剂的混合物进行预加热。加热器116d可以设置在搅拌器或混合容器处。主保护渣或者主保护渣与添加剂的混合物可以加热至预定温度并被供给至原料给送单元118。

原料给送单元118可以包括：第三贮存单元118a，第三贮存单元118a用于与混合单元116的第三传送管116b连通；第四传送管118b，第四传送管118b构造成用于将第三存储单元118a连接到熔化单元120，并通过其内部流动路径供给第一原料或者第一原料与第二原料的混合物；以及第四进料器118c，第四进料器118c可以设置成连接第三贮存单元118a与第四传送管118b，以将第一原料或者第一原料与第二原料的混合物以预定量供给或均匀地供给至熔化单元120。和上述第一进料器112c、第二进料器114c和第三进料器116c一样，第四进料器118c可以是连接至第三贮存单元118a和第四传送管118b的螺旋进料器或阀。

原料供给单元118还可以包括用于对从混合单元116供给的主保护渣或者主保护渣与添加剂的混合物进行预加热的加热器118d。加热器118d可以布置在第三贮存单元118a或第四传送管118b处。加热器118d可以将主保护渣或者主保护渣与添加剂的混合物加热至预定温度并供给至熔化单元120。因此，通过加速主保护渣或者主保护渣与添加剂的混合物的熔化，可以更快地响应模具熔渣的组分的变化。

熔化单元120可以通过加热及熔化保护渣——即从混合单元116供给的主保护渣与添加剂的混合物——来产生熔融保护渣并暂时贮存熔融保护渣，并且排放熔融保护渣并将其注入到模具30中。熔化单元120可以包括：熔炼炉112，熔炼炉112构造成用于在其中接纳从混合单元116供给的混合物；热源供给单元128，热源供给单元128构造成用于供给熔炼炉112内的热源。

可以在熔炼炉112的内部限定供主保护渣和添加剂注入并熔化的熔炼空间，并且用于将熔融保护渣注入到模具30的排放端口126可以限定在熔炼炉112的一侧处。熔炼炉112可以以具有向下弯曲的中心部分的近似“V”形形状形成，并且可以以倾斜的方式设置。熔炼炉112可以包括：注入端口124，注入端口124用于将从混合单元116排放的保护渣在熔炼空间的上侧处注入到熔炼空间中；以及排放端口126，排放端口126用于将在熔炼空间中产生的熔融保护渣注入到模具30中。此外，热源供给单元128可以连接至熔炼炉112的一侧，以便将热源供给至熔炼空间。由于热源可以从熔炼炉112一侧供给，熔炼空间中的保护渣可以被熔化，使得熔融保护渣可以产生并被暂时贮存在熔炼空间中，并且通过位于熔炼炉112的另一侧的排放端口126，熔融保护渣可以排放并注入到模具30中。能够这样是因为熔炼炉112以倾斜的方式设置。熔融保护渣的排放量可以基于熔炼炉112的倾斜程度来调节。

热源供给单元128可以包括等离子体喷枪和向等离子体喷枪供给等离子体气如氮气(N₂)、氩气(Ar)、氦气(He)等的供气管。等离子体喷枪是利用电产生20,000℃或更高的高温的等离子体的装置，并且为熔炼炉112的熔炼空间产生等离子体。等离子体喷枪可以包括：用于接收从供气管供给的等离子体气的等离子体限制管；布置成围绕等离子体限制管的感应线圈；以及用于向感应线圈供给电力的供电单元。因此，当来自供电单元的电力施加到感应线圈时，在等离子体限制管内产生等离子体。由此产生的等离子体和由等离子体引起的热可以用作熔化混合物——即，通过注入端口124供给至熔炼空间的固态保护渣和添加剂——的热源。熔炼空间中的熔融保护渣可以被暂时贮存在熔炼空间中，并且当熔炼炉112倾斜时，保护渣可以从排放端口126排放并注入到模具30中。

构成熔化单元120的熔炼炉112可以以各种形状形成，并且熔融保护渣也可以通过各种方式排放。这种熔化单元120是已知的技术，因此将省略其详细描述。

通过这种构造，用于注入熔融材料的装置100可以实时控制及熔化保护渣的组分并将其注入到模具30中。

另外，测量单元130可以布置在模具30处。测量单元130可以包括用于测量模具30的热传递行为的温度计或者用于测量注入到模具30中的保护渣的组分的探针。

当温度计用作测量单元130时，温度计可以安装在模具30处以测量模具30的温度变化。例如，当在对单一等级的钢进行多次连续铸造的情况下，模具熔渣的粘度在一段时间后由于将Al₂O₃引入到模具熔渣中而增大。因此，模具熔渣不均匀地引入模具30与凝固壳之间，并且不能适当地进行润滑。

结果，从凝固壳到模具30的热传递不均匀，从而导致由温度计测量的温度值的变化。因此，可以通过基于由温度计测量的温度值改变待注入到模具30中的熔融保护渣的组分来改善铸造性能。

当探针用作测量单元130时，模具30中的一部分模具熔渣被取样。然后，通过分析由探针采集的模具熔渣的组分，可以比较并分析注入到模具30中的熔融保护渣的组分与模具熔渣的组分。响应于铸造期间模具熔渣的组分的变化，可以通过改变将来待注入到模具30中的熔融保护渣的组分来改善铸造性能。

在铸造方法的描述中，对基于测量单元130的测量结果将添加剂添加到保护渣中会再次进行描述。

控制单元140可以接收测量单元130的测量结果。基于测量的测量结果，控制单元140可以控制原料供给单元的操作并控制待注入到模具30中的熔融保护渣的组分。结果，可以控制主保护渣和添加剂的供给量。另外，控制单元140控制熔化单元120和测量单元130的操作，从而基于测量结果来控制待注入到模具30中的熔融保护渣的供给量。

在下文中，将对根据本公开的实施方式的铸造方法进行描述。

根据本公开的铸造方法可以包括用于使用单等级的钢来铸造板坯的第一实施方式和用于使用两种等级的钢来铸造板坯的第二实施方式。

图4是示出了根据本公开第一实施方式的铸造方法的序列图。

首先，将描述使用单个等级的钢来铸造板坯的第一实施方式。

根据本发明第一实施方式的铸造方法可以包括：制备主保护渣和添加剂的步骤S110；将通过钢包10和中间包20的钢水注入到模具30中的步骤S120；用于将熔融保护渣注入到已注入模具30中的钢水的顶面的步骤S130；用于测量铸造状态的步骤S140；以及用于分析铸造状态并判定是否输入添加剂的步骤S150；和用于输入添加剂的步骤S160。将钢水和熔融保护渣注入到模具30中可以在铸造期间连续地执行。此外，通过判定铸造是否完成的步骤S170，可以在铸造期间重复地执行测量铸造状态和输入添加剂。

在下文中，将在铸造开始时注入到模具30中的熔融保护渣称为第一熔融保护渣，并且将在铸造期间与添加剂混合并注入到模具30中的熔融保护渣称为第二熔融保护渣。

在制备主保护渣和添加剂时，将固态主保护渣提供到第一贮存单元112a中，并且将在铸造期间待与主保护渣混合的添加剂提供到第二贮存单元114a中。在这一点上，熔融保护渣可以包括CaO、SiO₂、MnO、P₂O₅、Al₂O₃、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O、F、Fe₂O₃等。可以将主保护渣制备成具有适合于要在铸造中使用的钢水的成分。另外，添加剂可以是选自包括NaF(s)、Na₃AlF₆、CaF₂(s)、AlF₃(s)、SiO₂(s)、Li₂O(s)、LiF(s)、CaO、MnO、P₂O₅，MgO、Al₂O₃(s)、TiO₂、Fe₂O₃、K₂O(s)、Na₂O(s)的组中的一种组分或至少两种组分的混合物。

在将钢水注入到模具30中时，完成精炼过程，并且容纳在钢包10中的钢水通过注入喷嘴供给到中间包20，并且供给到中间包20的钢水通过设置在中间包20处的浸没喷嘴22注入到模具30中。

一旦钢水注入到模具30中之后，第一熔融保护渣注入到模具30中的钢水的顶面。主保护渣从供其最初被贮存的第一贮存单元112通过混合单元116的混合容器116a传送到熔化单元120。第一熔融保护渣可以通过使熔化单元120中的所述主保护渣熔化来产生。在铸造开始时注入的第一熔融保护渣可以通过使熔化单元120中的仅主保护渣熔化来产生。

如此以来，板坯可以通过将钢水和第一熔融保护渣注入到模具30中来铸造。注入到模具30中的第一熔融保护渣——即，模具熔渣——流入模具30与凝固壳(或钢水)之间，从而控制模具30与凝固壳之间的热传递，并进行润滑以使板坯的铸造顺畅。

在铸造开始时，模具熔渣在注入时保持其组分，但随着铸造的进行，钢水中的杂质流入模具熔渣中，模具熔渣的组分发生变化。例如，当钢水中的Al₂O₃被引入模具熔渣中时，模具熔渣的粘度增大。在这种情况下，模具熔渣不会平顺地流入模具30与凝固壳之间，并且模具熔渣在模具30的宽度方向和纵向方向上被不均匀地引入。

结果，热在模具30与凝固壳之间不均匀地传递，并且不能适当地形成凝固壳。因此，在铸造之后，可能会在板坯表面上出现裂缝或者发生板坯破裂。

借助于在铸造期间将通过使主保护渣与添加剂混合而制备的第二熔融保护渣注入到模具30中，可以响应于模具熔渣的组分的变化通过使模具熔渣能够均匀地流入模具与凝固壳之间而改善板坯的质量。

是否注入添加剂可以基于铸造状态——例如模具30的温度变化或模具熔渣的组分的变化——来确定。

通过在铸造期间测量模具30的温度变化，基于所测量的温度变化将添加剂混合到保护渣中，并将该混合物熔化并注入到模具30中，从而快速响应模具熔渣的组分的变化。因此，通过使模具熔渣能够均匀地流入模具30与凝固壳之间，可以保持与铸造初始阶段相同的传热特性和润滑能力，直到铸造完成。

模具30的温度可以通过在模具30的纵向方向和宽度方向上安装多个温度计并测量模具30的纵向方向和(或)宽度方向上的温度值来测量。随后，可以对来自温度计的测量温度值的偏差进行测量。当该测量温度值落在与初始测量温度值相差约0％至5％的偏差范围内时，铸造可以按原样进行。或者，当该测量温度值偏离上述偏差范围时，可以确定要注入添加剂。

作为比较的结果，当该测量温度值在偏差范围内时，判定模具熔渣均匀地注入模具30与凝固壳之间，并且模具熔渣的组分变化是不显著的，因此与初始铸造时的熔融保护渣——即第一熔融保护渣——具有相同组分的熔融保护渣被注入到模具30中。

然而，当该测量温度值偏离偏差范围时，判定模具熔渣的组分已经发生了很大的变化。因此，注入有添加剂的熔融保护渣——即，第二熔融保护渣——可以被注入到模具30中。

待注入到模具30中的添加剂可以如下进行选择。

在铸造开始时，由温度计测量的温度值在一定范围内变化，这是因为模具熔渣的组分几乎没有变化。然而，随着铸造的进行，钢水中的杂质流入到模具熔渣中，从而导致模具熔渣的组分发生变化。例如，钢水中的Al₂O₃可能会流入，或者模具熔渣中的氟(F)组分可能会挥发，从而导致模具熔渣的粘度更高。在这种情况下，由于模具熔渣没有均匀地引入模具30与凝固壳之间，因此传热能力降低，从而由安装在模具30处的温度计所测量的测量温度值发生变化。在这种情况下，通过使保护渣与添加剂混合并使混合物熔化并注入到模具30中来抑制或防止由于模具熔渣的组分变化引起的铸造效率的劣化。当大量的Al₂O₃被引入到模具熔渣中时，可以使用NaF、CaF₂和Li₂CO₃中的至少一种作为添加剂，并且当模具熔渣中的氟挥发时，可以使用Na₃AlF₆或NaF等作为添加剂。因此，模具30中的模具熔渣的粘度可以降低到一定程度，使得模具熔渣可以均匀地注入模具30与凝固壳之间。例如，当以1kg/min的速度注入熔融的模具熔渣时，可以以50g/min的速度输入作为添加剂的Na₃AlF₆。也就是说，可以在熔融的模具熔渣的1％至5％的重量百分比范围内输入添加剂。在这种情况下，注入到模具30的模具熔渣中的氟的组分含量增大至约2.7wt％，并且模具熔渣的粘度增加，从而使得模具熔渣顺畅地流入模具与凝固壳之间。在这一点上，Al₂O₃组分和Na₂O组分也在大于0至2wt％的范围内略微增加。与氟含量的变化相比，Al₂O₃含量和Na₂O含量的变化不大，因此不会对铸造产生太大影响。

另外，上述各种类型的添加剂中的至少一种添加剂可以用作添加剂。

经由控制单元140来执行主保护渣与添加剂的混合。控制单元140接收来自测量单元130——例如温度计——的测量结果，并控制第一原料供给单元112的第一进料器112c以及第二原料供给单元114的第二进料器114c的操作。然后，分别贮存在第一贮存单元112a和第二贮存单元114a中的主保护渣和添加剂供给到混合单元116的混合容器116a中。

此后，控制单元140操作混合单元116的搅拌器，以均匀混合供给至混合容器116a的主保护渣和添加剂。当主保护渣与添加剂被均匀混合时，控制单元140操作混合单元116的第三进料器116c，以将主保护渣与添加剂的混合物注入熔化单元120的熔炼炉112中。

注入到熔炼炉112的混合物通过从熔化单元120的热源供给单元128供给的热——即，等离子体——熔化，以产生为第二熔融保护渣。由此产生的第二熔融保护渣借助于熔炼炉112的倾斜通过在熔炼炉112处形成的排放端口126注入到模具30中，并与模具熔渣混合。因此，模具30中的模具熔渣的粘度降低，从而允许均匀流入模具30与凝固壳之间。

因此，借助于在板坯的铸造期间连续监测模具30的温度，可以通过快速响应由模具熔渣的组分变化引起的模具30的温度变化来改善板坯的质量。在铸造期间对模具熔渣的组分的控制可以根据测量单元130的测量结果而重复多次。因此，由于模具熔渣的组分可以响应于铸造期间模具熔渣的组分变化而被快速控制，除非发生诸如浸没喷嘴22之类的装置的劣化，因此可以增大装料的次数以延长铸造时间，并且可以进行多炉连续铸造，这可以提高钢水的生产能力，即提高板坯的生产量。

在本说明书中，描述了基于模具30的温度变化来测量模具熔渣的组分变化。然而，模具熔渣的组分可以通过在铸造期间采集模具熔渣来分析。替代性地，当将Al₂O₃注入到模具熔渣中时，由于模具熔渣的颜色发生变化，因此可以可视地估量模具熔渣的组分变化。

下面，将在下文中描述本公开的第二实施方式。

图5是概念性地示出了根据本公开的第二实施方式在铸造板坯时将熔融保护渣注入到模具中的方法的框图。

本公开的第二实施方式描述了铸造不同等级的钢、例如两种等级的钢的方法。

例如，当使用高Al或高Mn钢铸造板坯时，使用具有不同组分的保护渣。在这种情况下，要被使用的保护渣包括CaO、SiO₂、MnO、P₂O₅，Al₂O₃、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O、F、Fe₂O₃等，但其含量存在差异，可能还包括其他组分。因此，当连续铸造这两种等级的钢时，在钢的等级变化时注入不同的保护渣。在这种情况下，应单独提供基于钢等级的适合的保护渣。在这一点上，当要铸造的钢等级的生产量小时，残留在熔化炉中的熔融保护渣被废弃，使新的保护渣熔化并作为熔融保护渣来提供，或者发生铸造期间具有不同组分的保护渣彼此混合的过渡现象。

因此，在本公开的第二实施方式中，熔融保护渣的组分可以基于在铸造中使用的钢等级来控制并注入到模具30中。

下文中，适用于所有钢等级的保护渣被称为主保护渣，在铸造开始时使用的添加剂称为第一添加剂，当钢等级在铸造期间改变时使用的添加剂称为第二添加剂。另外，基于在铸造期间由测量单元130测量的结果而使用的添加剂被称为第三添加剂。

根据本发明第二实施方式的铸造方法可以包括：制备主保护渣以及第一添加剂、第二添加剂和第三添加剂；将通过钢包10和中间包20的第一钢水注入到模具30中；将通过使主保护渣与第一添加剂混合而制备的第一熔融保护渣注入到已注入模具30中的第一钢水的顶面；在使用第一钢水的铸造完成之后，将第二钢水注入到模具30中；以及将使用主保护渣和第二添加剂制备的第二熔融保护渣注入到已注入模具30中的第二钢水的顶面。此外，在使用第一钢水和第二钢水铸造板坯时可以包括测量铸造状态以及基于铸造状态注入第三添加剂。

在这一点上，可以依次执行使用第一钢水的铸造和使用第二钢水的铸造，测量铸造状态以及注入第三添加剂可以在铸造期间在判定完成了使用第二钢水的铸造之前重复执行。

首先，在制备主保护渣、第一添加剂、第二添加剂和第三添加剂时，制备适用于所有钢等级的主保护渣、用于基于钢等级控制保护渣的组分的第一添加剂、用于在铸造期间控制模具熔渣的组分的第二添加剂。主保护渣可以包括CaO、SiO₂、MnO、P₂O₅、Al₂O₃、MgO、TiO₂，K₂O、Na₂O、F、Fe₂O₃等。此外，第三添加剂可以是选自包括NaF(s)、Na₃AlF₆、CaF₂(s)、AlF₃(s)、SiO₂(s)、Li₂O(s)、LiF(s)、CaO、MnO、P₂O₅、MgO、Al₂O₃(s)、TiO₂、Fe₂O₃、K₂O(s)、Na₂O(s)和C的组中的至少一者。制备第一添加剂和第二添加剂，以用于基于钢等级控制保护渣的组分，第一添加剂和第二添加剂可以包括主保护渣的组分中的至少一种组分，并且可以包括第二添加剂的组分中的至少一种组分。即，第一添加剂和第二添加剂可以是CaO、SiO₂、MnO、P₂O₅、Al₂O₃、MgO、TiO₂，K₂O、Na₂O、F、Fe₂O₃、NaF(s)、Na₃AlF₆、CaF₂(s)、AlF₃(s)、SiO₂(s)、Li₂O(s)、LiF(s)、CaO、MnO、P₂O₅、MgO、Al₂O₃(s)、TiO₂、Fe₂O₃、K₂O(s)、Na₂O(s)和C中的至少一者。此外，第一添加剂和第二添加剂可以是相同的组分。

由此制备的主保护渣可以贮存在第一原料贮存单元的第一贮存单元112a中，并且第一添加剂、第二添加剂和第三添加剂可以贮存在第二原料贮存单元的第二贮存单元114a中。就这一点而言，第二贮存单元114a可以设置为多个，并且可以贮存第一添加剂、第二添加剂和第三添加剂的组分中的每一种组分。

此后，当铸造开始时，将第一钢水注入到模具30中，并且将通过混合主保护渣与第一添加剂而产生的第一熔融保护渣注入到第一钢水的顶面。

在使用第一钢水的铸造完成之后，将第二钢水注入到模具30中，并且将通过混合主保护渣和第二添加剂而生产的第二熔融保护渣注入到第二钢水的顶面。

例如，当第一钢水是高锰钢而第二钢水是高锰高铝钢时，第一熔融保护渣和第二熔融保护渣具有不同的Al₂O₃含量。也就是说，第一熔融保护渣含有比第二熔融保护渣少的Al₂O₃。

因此，当在开始铸造时将第一钢水注入到模具30中时，将少量的例如少于1％的Al₂O₃注入到主保护渣和第一添加剂中。当使用第一钢水的铸造完成并且随后将第二钢水注入到模具30中时，可以将1％至3％的Al₂O₃输入到主保护渣和第二添加剂。第二添加剂可以以逐渐的方式注入，使得第二熔融保护渣具有适合于第二钢水的物理性质。这是因为当第二熔融保护渣的物理性质例如粘度或碱度突然改变时，第二熔融保护渣可能不会顺畅地流入模具与凝固壳之间，因此可能发生板坯破裂。

在上述示例中，描述了第一添加剂和第二添加剂由相同组分组成以及增加第一添加剂的输入量和第二添加剂的输入量的示例。然而，根据待注入到模具30中的钢水的等级，第一添加剂的输入量和第二添加剂的输入量可以逐渐减少，并且第一添加剂的组分与第二添加剂的组分可以不同。另外，虽然已经描述了使用两种等级的钢水进行铸造的方法，但也可以使用两种或更多种等级的钢水来铸造。

此外，在使用两种等级的钢、即第一钢水和第二钢水进行铸造期间，可以如上述实施方式中那样测量铸造状态，并且可以使用第二添加剂来基于测量结果控制模具熔渣的组分。

在下文中，将描述通过根据本公开的铸造方法铸造板坯的实验性示例。在该实验性示例中，将检查模具的温度在使用单个等级的钢铸造板坯期间发生的变化。

图6是示出了基于在根据本公开的实施方式的铸造方法铸造板坯时是否输入添加剂的实验结果的曲线图。图6示出了根据在铸造期间是否输入添加剂的模具的温度变化。

将多个温度计安装在模具30处，并测量模具30在铸造期间的温度。温度计沿着模具30的宽度方向安装在多个点处，例如，从板坯的宽度方向上的中心到模具30的纵向方向如板坯的铸造方向，具体地，安装在距模具30的顶部300mm、400mm、500mm和600mm处。

然后，将钢水注入到模具30中，将熔化了主保护渣的第一熔融保护渣注入到已注入模具30中的钢水的顶面。

图6示出了模具30的温度在铸造开始(部段A)时在一定范围内变化。然而，在铸造中期(部段B)，模具30的温度急剧变化并且不规则地波动。观察模具30的温度一段时间，但模具30的温度没有恢复到与铸造开始(时段A)时的模式相同的模式。

将通过混合并熔化主保护渣和添加剂而产生的第二熔融保护渣注入到模具30中。在这一点上，氟F作为添加剂被注入。

当将第二熔融保护渣注入到模具30中时，模具30的温度变成逐渐且稳定地变化，并在一定范围内变化。

这种现象可能是由于模具熔渣的组分在铸造期间通过与钢水中的杂质反应而变化所引起的。因此，能够通过在铸造期间借助于注入添加剂来控制模具熔渣的组分而顺畅地进行铸造，从而抑制或防止板坯质量的劣化。

尽管上面已经描述了用于铸造板坯的方法和设备，但本公开不限于此，并且可以应用于各种操作，例如应用于使用含水脱磷剂的精炼工艺。

这样，尽管已经针对特定实施方式提供了对本公开的详细描述，但应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下可以进行各种修改。

因此，本公开的范围不应被解释为限于所描述的实施方式，而是应由实施方式所附的要求以及所附权利要求书来确定。

根据本公开的用于注入熔融材料的装置、使用该装置的铸造设备和铸造方法可以应用于连续板坯铸造工艺，以提高板坯的质量和生产率。

Claims (24)

1.一种用于注入熔融材料的装置，所述装置包括：

原料供给单元，所述原料供给单元构造成用于分别供给不同的第一原料和第二原料；

混合单元，所述混合单元构造成用于使从所述原料供给单元供给的不同的所述第一原料与所述第二原料混合以产生混合物；

熔化单元，所述熔化单元连接至所述混合单元，以使从所述混合单元供给的所述混合物熔化，从而产生熔融材料，其中，所述熔化单元具有排放端口，所述熔融材料经由所述排放端口排放；以及

控制单元，所述控制单元配置成用于通过控制所述原料供给单元、所述混合单元和所述熔化单元的操作来控制所述混合物的组分。

2.根据权利要求1所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述原料供给单元包括：

第一原料供给单元，所述第一原料供给单元构造成用于供给第一原料；以及

多个第二原料供给单元，所述第二原料供给单元构造成用于分别供给包含不同组分的多种第二原料。

3.根据权利要求2所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述第一原料供给单元包括：

第一贮存单元，所述第一贮存单元构造成用于在其中贮存所述第一原料；

第一传送管，所述第一传送管用于将所述第一贮存单元与所述混合单元连通；以及

第一进料器，所述第一进料器联接至所述第一贮存单元和所述第一传送管中的至少一者，以调节所述第一原料的排放量。

4.根据权利要求3所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述第二原料供给单元各自包括：

第二贮存单元，所述第二贮存单元构造成用于在其中贮存所述多种第二原料中的每一种第二原料；

第二传送管，所述第二传送管构造成用于将多个所述第二贮存单元中的每一者与所述混合单元连通；以及

第二进料器，所述第二进料器联接至所述第二贮存单元和所述第二传送管中的至少一者，以调节每一种所述第二原料的排放量。

5.根据权利要求4所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述混合单元包括：

混合容器，所述混合容器与所述第一供给管和所述第二供给管连通；

搅拌器，所述搅拌器布置在所述混合容器中，以用于使所述第一原料与所述第二原料混合；以及

第三传送管，所述第三传送管用于将所述第一原料与所述第二原料的所述混合物传送至所述熔化单元。

6.根据权利要求4所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述混合单元包括与第一供给管和第二供给管连通的混合容器，

其中，所述混合容器是可旋转的。

7.根据权利要求6所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述熔化单元包括：

熔炼炉，在所述熔炼炉中限定有熔炼空间，所述熔炼空间用于在其中接纳所述第一原料和所述第二原料；

热源供给单元，所述热源供给单元布置在所述熔炼炉的一侧，以向所述熔炼空间供给热源。

8.根据权利要求7所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述热源供给单元使用等离子体作为所述热源。

9.根据权利要求8所述的用于注入熔融材料的装置，其中，所述控制单元配置成基于输入信号来判定是否注入所述第二原料。

10.一种铸造设备，包括：

模具，所述模具用于接纳钢水并使所述钢水初步凝固；

构造成用于将熔融保护渣注入到所述模具中的装置；

测量单元，所述测量单元构造成用于测量所述模具的温度和注入到所述模具中的所述熔融保护渣的组分中的至少一者；以及

控制单元，所述控制单元配置成用于基于来自所述测量单元的测量结果控制所述装置的操作，以改变待注入到所述模具中的所述熔融保护渣的组分。

11.根据权利要求10所述的铸造设备，其中，所述装置包括：

第一原料供给单元，所述第一原料供给单元构造成用于供给主保护渣；

第二原料供给单元，所述第二原料供给单元构造成用于供给添加剂；

混合单元，所述混合单元构造成用于使分别从所述第一原料供给单元和所述第二原料供给单元供给的所述主保护渣和所述添加剂混合，从而产生混合物；以及

熔化单元，所述熔化单元构造成用于熔化从所述混合单元供给的所述混合物以产生熔融保护渣，并且构造成用于将所述熔融保护渣注入到所述模具中。

12.根据权利要求11所述的铸造设备，其中，所述第二原料供给单元在其中单独地贮存多种所述添加剂，

其中，所述第二供给单元选择性地向所述混合单元给送所述多种添加剂。

13.根据权利要求12所述的铸造设备，其中，所述测量单元包括构造成用于测量所述模具的温度的温度计。

14.根据权利要求12所述的铸造设备，其中，所述测量单元包括：

探针，所述探针构造成用于采集注入到所述模具中的熔融保护渣；

分析单元，所述分析单元配置成用于分析由所述探针采集的所述熔融保护渣的组分。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的铸造设备，其中，所述控制单元配置成使用来自所述测量单元的测量结果来判定是否输入所述添加剂，并且配置成通过基于所述测量结果控制所述第二原料供给单元来控制所述添加剂的类型和输入量。

16.一种铸造方法，包括：

制备主保护渣；

将钢水注入到模具中；

熔化所述主保护渣以产生熔融保护渣，并将所述熔融保护渣注入到所述钢水的顶面上；

铸造板坯；以及

基于所述板坯在其铸造期间的铸造状态来判定是否输入添加剂。

17.根据权利要求16所述的铸造方法，其中，在制备所述主保护渣时，制备所述添加剂。

18.根据权利要求17所述的铸造方法，其中，在熔化所述主保护渣以产生所述熔融保护渣期间，使所述主保护渣与所述添加剂熔化在一起。

19.根据权利要求18所述的铸造方法，其中，在铸造所述板坯时，对所述模具的温度进行测量，以指示所述板坯的所述铸造状态，

其中，所述方法包括基于所测量的所述模具的温度来判定是否输入所述添加剂。

20.根据权利要求18所述的铸造方法，其中，在铸造所述板坯时，对注入到所述模具中的所述熔融保护渣的组分进行分析，以指示所述板坯的所述铸造状态，

其中，所述方法包括基于分析出的所述熔融保护渣的组分来判定是否输入所述添加剂。

21.根据权利要求19或权利要求20所述的铸造方法，其中，所述方法包括：在判定添加所述添加剂之后，使所述主保护渣与所述添加剂混合以形成混合物，并且熔化所述混合物，然后将包含改变后的组分的熔融保护渣注入到所述模具中。

22.根据权利要求21所述的铸造方法，其中，所述方法包括：在当铸造所述板坯时待注入到所述模具中的钢水的等级已经改变的情况下，使所述主保护渣与所述添加剂混合，熔化所述混合物，并将包含改变后的组分的熔融保护渣注入到所述模具中。

23.根据权利要求22所述的铸造方法，当使所述主保护渣与所述添加剂混合时，所注入的添加剂的组分根据所述钢水的等级而变化。

24.根据权利要求22所述的铸造方法，当使所述主保护渣与所述添加剂混合时，包含相同组分的添加剂的注入量根据所述钢水的等级而变化。