CN102825229A - 防止中间包内产生旋涡的控流结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防止中间包内产生旋涡的控流结构，主要包括中间包内衬、底部耐火座砖、浸入式水口和塞棒，中间包内衬分为四周壁面和底面，浸入式水口竖直设置在底面中心上且水口四周通过底部耐火座砖与底面相连；塞棒下端呈倒圆锥形管状空心漏斗；漏斗中间空心部分能够向下将浸入式水口出口罩在其中并不与浸入式水口接触；与漏斗下沿相对应，底部耐火座砖上设置一个圆形凹槽，凹槽上方槽口宽度大于漏斗的圆柱形管体壁面厚度，凹槽底面宽度小于于漏斗的圆柱形管体壁面厚度；塞棒上的空心漏斗能够伸入凹槽中，并与凹槽的两侧壁密封接触。可明显消除中间包出口的汇流旋涡，减少中间包内覆盖渣、夹杂物以及空气的卷吸，强化铸坯质量，提高金属收得率。

Description

防止中间包内产生旋涡的控流结构

技术领域

本发明属于钢的连续铸造技术领域，更确切的讲，涉及连铸中间包内控制钢液流动的结构装置。

 

背景技术

在连铸工艺流程中，中间包作为一种冶金反应器，上结转运钢包，下连结晶器，起着承上启下的重要功能，是浇注过程由间歇式操作转化为连续式操作的衔接点。现场浇注时，液态钢水首先从钢包通过长水口（也称为保护套管）注入中间包内，再通过中间包出水口分配到下面的结晶器，并在后续过程中逐渐冷却成凝固坯壳。作为钢的冶炼过程中的最后一个耐火材料容器，中间包对钢的产量和质量产生重要影响，在整个连铸过程中具有举足轻重的作用。一般认为，中间包的冶金作用可以概括为以下几方面：1）连浇作用；在多炉连续浇注时，中间包存储的钢液可以在转换钢包时起到衔接的作用。2）分流作用；对于多流连铸机，可以在中间包底部安装多个水口对钢液进行分流，实现多流同时浇注。3）减压和稳压作用；与直接采用钢包浇注相比，中间包液位高度较低，可以减小钢水静压力，从而减轻钢水对初生坯壳的冲刷。4）净化钢液；通过在中间包内部安装控流装置或过滤器等方法，去除钢水中的夹杂物，提高钢水纯净度。5）调节钢水温度和成分；通过在中间包内添加合金或加热等技术，使钢水的成分合理、温度稳定且均匀。

从结构形状上看，连铸中间包是一个上大下小、内衬以耐火材料堆砌而成、外部有钢壳支撑的钢液过渡容器。中间包里面包含入口区和出口区，入口区是钢包内钢液通过长水口浇注的区域，也称为注流区；出口区是中间包底部钢液流出的区域，中间包底部可以有一个或者多个出口，出口处一般安装了浸入式水口来向结晶器内输送钢液，以保证钢液不被空气二次氧化，浸入式水口上沿的四周铺垫了由强度较高的耐火材料制作的座砖，同时，要在浸入式水口的正上空安装塞棒或者在浸入式水口上面设置滑板来控制中间包向结晶器内输送钢液的流量。由于浸入式水口的上口是与中间包底部相连的直筒型通道，因此，在中间包内钢液浇注时，会产生一种重要的流动现象，这就是水口处钢液流出时产生的汇流旋涡。由经验可知，液体由垂直出口向下流动时，当液面低于某一临界高度时，在出口上方会形成旋涡漏斗，这就是汇流旋涡。钢液流出过程形成的汇流旋涡，能把中间包液面的覆盖渣和钢中夹杂物卷入钢液内部，甚至卷入空气，增加二次氧化，严重恶化钢的质量。在连续浇注并更换钢包时，经常发生前后钢包连接区的钢坯中夹杂物指标上升，这和汇流旋涡卷渣及二次氧化有密切关系。在中间包浇注终了时，中间包内也会产生汇流旋涡，并出现钢渣混卷的现象，致使浇注的尾坯严重降级或判废，降低金属收得率。

目前，针对中间包内的汇流旋涡已开展的诸多的研究，研究表明，影响中间包内汇流旋涡的因素主要包含以下几个方面：1）静置时间；注入熔池的液体经过一段时间静置后，出现旋涡时间推迟、临界高度下降。2）注入流方向；静置时间较短时，轴向注入时流体形成旋涡的临界高度较低，切向注入临界高度大，静置时间较长时，二者差别不大。3）出流口偏心度；中心流出生成旋涡较早，偏心流出较难形成旋涡。4）出口直径；出口直径增大能显著增加出现旋涡的趋势。5）液面的上升或下降；液面上升时更容易出现旋涡；6）塞棒的形状；用塞棒浇注比用滑动水口浇注时的旋涡临界高度略小，这是因为塞棒增加对切向流动的阻力，但作用有限，旋涡仍将沿塞棒周围产生。7）水口吹气；在水口周围沿轴向引入气体射流，能推迟旋涡的产生。8）水平出流；由于粘滞力的作用，水平出流只在出口中心线所在水平面及上下壁面有较大速度梯度，垂直方向速度梯度小，因此不会产生旋涡。实际上也从未观察到水平出流时出口上方有旋涡现象。

实际浇注过程中，为了防止旋涡产生卷渣，通常要保持较高的液面高度，当液位下降至旋涡产生的临界高度时，即关闭水口，这样会使浇注终了的中间包内残留大量的钢液，降低金属收得率，增大生产成本。另一种比较常用的方法是采用旋涡控制装置来减轻或抑制汇流旋涡的产生，如采用旋转阀和旋转管阀来代替原有的塞棒或滑动水口系统进行控流，使钢液从管道的侧面进入水口，但是这种设备制作较为复杂，消耗的耐火材料较多，现场很少使用。公开号为CN 101844223A的发明专利公开了一种防止中间包产生旋流的结构，这种结构的原理与浮游阀法类似，都是在水口上方加一装置阻挡从垂直方向往下流的钢液，迫使钢液从侧面流入水口，但是添加的装置占用了塞棒的位置，明显不适用于常见的塞棒控流系统。公开号为CN201140272和CN201735774U的两个实用新型公开了两种消除旋涡的装置，其原理基本相同，均是在水口上沿的侧面安装耐火材料制作的挡块，以此改变钢液流场，消除水口附近的旋涡，但是这种装置对垂直方向流体的阻挡作用较小，消除旋涡的效果并不理想。公开号为CN1067597A的发明专利公开了一种防止盛钢桶和中间罐水口出流中卷渣的装置，其原理是在原有塞棒塞头上方的圆柱体上加一圆台，并以此组合体构成异形挡渣头，主要适用于塞棒控制系统，但是，正常浇注时，塞棒通常要提起来，所述异形挡渣头离水口出口距离较远，对旋涡的抑制作用比较有限，同时，这样会增加水口出流流股对底部的卷吸，使底部脱落的耐火材料和吸附的夹杂物进入结晶器中，恶化浇注铸坯的质量。 

 

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术下连铸中间包内控流结构的上述不足，提供一种防止中间包内产生旋涡的控流结构，可以明显消除中间包出口的汇流旋涡，减少中间包内覆盖渣、夹杂物以及空气的卷吸，强化铸坯质量，提高金属收得率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术解决方案：

一种防止中间包内产生旋涡的控流结构，主要包括中间包内衬、底部耐火座砖、浸入式水口和水口上方能够上下移动的塞棒，中间包内衬分为四周壁面和底面，浸入式水口竖直设置在底面中心且水口四周通过底部耐火座砖与底面相连；其特征在于：塞棒下端呈倒圆锥形管状空心漏斗；漏斗中间空心部分能够向下将浸入式水口出口罩在其中并不与浸入式水口接触；与漏斗下沿相对应，底部耐火座砖上设置一个圆形凹槽，凹槽上方槽口宽度大于漏斗的下沿管体壁面厚度，凹槽底面宽度小于漏斗下沿管体壁面厚度；漏斗下沿能够伸入凹槽中，并与凹槽的两侧壁密封接触。

按上述技术方案，所述塞棒上部为实心圆柱体，实心圆柱体下端为空心漏斗，漏斗下沿为圆柱形管体。

按上述技术方案，所述凹槽深度方向两侧壁为对向斜面，凹槽横截面呈等腰梯形。

按上述技术方案，所述浸入式水口为中空的长圆柱体，其上沿壁面是圆环形平面；浸入式水口上沿高于四周铺垫的底部耐火座砖的上平面，座砖上平面低于中间包底部的上平面；座砖的上平面与中间包底部的上平面之间以具有倾斜角度的斜面相连。

按上述技术方案，所述座砖铺垫的形状为长方形或圆形，并以水口为中心。

按上述技术方案，所述中间包底面内衬底面下表面与座砖下表面平齐。

按上述技术方案，所述塞棒、浸入式水口和座砖分别由不同的耐火材料静压成形。

按上述技术方案，所述中间包内衬是由耐火材料堆砌而成。

现场浇注时，钢液从中间包底部的浸入式水口流入下游的结晶器内，并通过水口上方塞棒向下运动的行程来控制钢液的流量。 

本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

1 采用本控流结构时，塞棒下端结构能够充分阻止垂直方向的钢液被水口吸入，迫使钢液从水平方向进入水口，可以非常有效的抑制水口出口上方的汇流旋涡，防止液面覆盖渣和空气的卷入，改善铸坯质量，并提高浇注末期的金属收得率。

2 通过对传统中间包底部结构的调整，伸出的水口上沿可以阻止中间包底部吸附沉积的夹杂物和脱落的耐火材料被水口吸入，从而提高钢液纯净度，减少铸坯中有害夹杂。

3 本控流结构的设计较为简单，制作方便，成本较低，适用性和可操作性较强。

附图说明

图1是本发明的中间包控流结构正视图；

图2是本发明的中间包控流结构俯视图；

图3是控流结构的局部放大图（漏斗中间空置部分将下面的浸入式水口出口罩住时）；

附图中标号如下，1—中间包内衬，2—壁面，3—底面，4—座砖，5—凹槽，6—浸入式水口，7—塞棒 ，8—倒置漏斗。

具体实施方式

以下结合附图1～3和实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

如图1～3所示，本发明涉及的中间包控流结构主要由中间包内衬1、底部耐火座砖4、浸入式水口6和改进的塞棒7组成，中间包内衬1又分为四周壁面2和底面3，底面3中心的出口处安装了浸入式水口6，浸入式水口6为中空的圆柱体，其四周铺垫了耐火座砖4，座砖4可以铺垫成长方形或者圆形，并以浸入式水口6为中心，座砖4上加工了一个圆形的凹槽5，如图1和3所示，凹槽5截面为上口宽、底面窄、两侧侧壁对向向内并均与水平方向呈30°～75°夹角斜面的梯形，凹槽5的深度范围为5～50mm。浸入式水口6的正上方设置了塞棒7，塞棒7上部分为实心圆柱体，下端为倒置的空心漏斗8，倒置空心漏斗8的上半部分是与塞棒7上部分的实心圆柱连接在一起的倒圆锥形管，下沿为圆柱形管，管壁厚范围为15～40mm，高度为50～200mm。空心漏斗8下端的圆柱形管可以将浸入式水口6的上沿罩住，空心漏斗8下端内径比浸入式水口上沿的外径大20～100mm。塞棒7向下运行时，倒置的空心漏斗8的管壁可以伸入座砖4的凹槽5内，凹槽5的上口比空心漏斗8的下沿管壁外壁面宽2～10mm，凹槽5的底面比空心漏斗8的下沿外壁面窄2～10mm，以保证空心漏斗8向下伸入凹槽5之后可以碰到倾斜的壁面而实现良好的密封。

所述浸入式水口6与座砖4之间如有缝隙，则以耐火材料填充压实，浸入式水口6上沿比四周的座砖4高5～50mm， 这样可以使中间包底层吸附的夹杂或脱落的耐火材料被浸入式水口6出口的流股吸入时受到凸出的水口上端壁面的阻挡，减少进入下游的夹杂物数量。所述座砖4的高度低于中间包底面3，其高度差为5～50mm，座砖4与底面3之间以倾斜角为20°～60°的斜面相连。所述浸入式水口6的上沿高度不高于中间包底面3的高度，这样可以减少最终钢液的残余量，提高金属的收得率。所述中间包内衬1由耐火材料堆砌而成，所述座砖4、浸入式水口6和塞棒7都是由不同的耐火材料静压成形，这些结构和部件已经在现场进行了大量的应用，并且效果良好。

现场浇注时，钢液由于受重力作用向浸入式水口6的出口流动，塞棒7上的倒置空心漏斗8位于浸入式水口6的上方，阻碍了垂直方向钢液的向下流动，迫使钢液从空心漏斗8下方的水平方向流入浸入式水口6内（如图1箭头所示），从而有效阻止了汇流旋涡的产生；浇注拉速降低时，可以降低塞棒7的高度，使空心漏斗8罩住浸入式水口6，这样可以减少钢液流量，并且不可能产生汇流旋涡；当浇注终了时，进一步降低塞棒7的高度，使空心漏斗8伸入座砖4的凹槽5内，直至与壁面接触，以阻断钢液流动通道，在此过程中，可以抑制汇流旋涡的形成，使中间包内钢液浇注完毕，提高金属收得率，同时，可以阻碍中间包底部夹杂物的流入，改善铸坯质量。 

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，如对工艺参数或装置做出的变动和改良仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种防止中间包内产生旋涡的控流结构，主要包括中间包内衬、底部耐火座砖、浸入式水口和水口上方能够上下移动的塞棒，中间包内衬分为四周壁面和底面，浸入式水口竖直设置在底面中心且水口四周通过底部耐火座砖与底面相连；其特征在于：塞棒下端呈倒圆锥形管状空心漏斗；漏斗中间空心部分能够向下将浸入式水口出口罩在其中并不与浸入式水口接触；与漏斗下沿相对应，底部耐火座砖上设置一个圆形凹槽，凹槽上方槽口宽度大于漏斗的下沿管体壁面厚度，凹槽底面宽度小于漏斗下沿管体壁面厚度；漏斗下沿能够伸入凹槽中，并与凹槽的两侧壁密封接触。

2.根据权利要求1所述的控流结构，其特征在于：所述塞棒上部为实心圆柱体，实心圆柱体下端为空心漏斗，漏斗下沿为圆柱形管体。

3.根据权利要求1或2所述的控流结构，其特征在于：所述凹槽深度方向两侧壁为对向斜面，凹槽横截面呈等腰梯形。

4.根据权利要求3所述的控流结构，其特征在于：所述浸入式水口为中空的长圆柱体，其上沿壁面是圆环形平面；浸入式水口上沿高于四周铺垫的底部耐火座砖的上平面，座砖上平面低于中间包底部的上平面；座砖的上平面与中间包底部的上平面之间以具有倾斜角度的斜面相连。

5.根据权利要求1或2或4所述的控流结构，其特征在于：所述座砖铺垫的形状为长方形或圆形，并以水口为中心。

6.根据权利要求5所述的控流结构，其特征在于：所述中间包底面内衬底面下表面与座砖下表面平齐。

7.根据权利要求1或2或4或6所述的控流结构，其特征在于：所述塞棒、浸入式水口和座砖分别由不同的耐火材料静压成形。

8.根据权利要求7所述的控流结构，其特征在于：所述中间包内衬是由耐火材料堆砌而成。

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