CN104827018B - 中间罐电磁定点靶区加热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中间罐电磁定点靶区加热结构，解决了现有中间罐电磁加热存在的水口寿命低，钢水加热区域不合理、运行成本高、易造成拉漏、溢钢等事故的问题。技术方案包括由工作层、永久层和中间罐底板组成的中间罐底部，以及设于中间罐底部的水口，所述水口外周设有位于中间罐底板上方的环形的活动座砖，所述活动座砖下段内嵌有环形的电磁感应加热装置，所述电磁感应加热装置内环设有内屏弊环。本发明结构极为简单、操控性能好、安装维护方便、钢水加热均匀，有效实现低过热度的恒温浇铸、安全可靠性高、有效避免水口损坏。

Description

中间罐电磁定点靶区加热结构

技术领域

本发明涉及钢水冶炼领域，具体的说是一种中间罐电磁定点靶区加热结构。

背景技术

连铸坯的铸态凝固组织通常由三个区域组成，即边部是细小等轴激冷晶区、相邻的是柱状晶区(垂直于铸坯表明且向心部生长)、中心等轴晶区。一般的讲，等轴晶结构致密，加工性能好，而柱状晶由于其晶体具有明显的方向性，加工性能差，容易导致中心偏析、中心疏松和中心裂纹等缺陷，所以，在连铸坯凝固过程中，应尽可能抑制柱状晶区的发展，并促使等轴晶区域扩大。连铸中间罐钢水温度过高会导致铸坯的柱状晶过于发达，内部裂纹粗大，中心偏析，中心疏松严重，易造成拉漏、溢钢等事故。温度过低则钢水流动性差，容易粘死水口，浇不成铸坯而回炉。

近年来，连铸技术发展的实践表明，低过热度的恒温浇铸对改善铸坯质量和稳定操作起着重要的作用。实现低过热度恒温浇铸不仅可以提高等轴晶率改善铸坯质量，而且可以延长连浇时间，稳定提高拉速，利于提高连铸收得率和生产效率。同时恒温浇铸也可以避免钢水过早凝固，防止结瘤、冻结、回炉、停浇等事故，以及稳定二冷配水工艺等。而控制中间罐的钢水温度或过热度是提高生产率、改进凝固组织、提高产品质量的最有效的方法之一。然而，连铸过程中由于中间罐中钢液面的热辐射和包壁耐材的吸热等热损失会导致中间罐钢水温度的降低。特别是浇铸初期、钢包交换和浇铸末期等不正常浇铸期不可避免的会引起较大的温降，因此，需求外部热源补偿中间罐钢水的温度、精确的控制最佳过热度，使进入结晶器的钢水温度稳定，越来越引起人们的重视。

近年来已开发出多种形式的中间罐钢水加热技术，其中包括电弧加热法、中间包钢液面等离子加热法、中间包电磁感应加热法和中间包水口电磁加热法等。其中电弧加热法其电极布置复杂，且电极消耗对钢水有增碳作用；等离子加热法由于中间罐钢水液面控制不稳，等离子体弧难于维持，导致熄弧并且等离子体产生的电磁辐射对弱电系统有比较大的干扰；中间包电磁感应加热法是在大包水口下方的熔池与水口流上方的熔池间用一个横向通道连通，在这个通道上采用电磁感应加热方法将流经通道的金属液加热，该方法安装维护不便，并且是对中间包内整体金属液进行加热，能耗大；中间包水口电磁加热法是直接加热中间包流经结晶器的水口，这样导致进入结晶器内钢水温度较高，导致铸坯柱状晶过于发达，内部裂纹粗大，中心偏析，中心疏松严重，易造成拉漏、溢钢等事故，并且持续对塞棒水口电磁辐射，造成水口寿命大大降低，增加运行成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构极为简单、操控性能好、安装维护方便、钢水加热均匀，有效实现低过热度恒温浇铸、安全可靠性高、有效避免水口损坏的中间罐电磁定点靶区加热结构。

技术方案包括由工作层、永久层和中间罐底板组成的中间罐底部，以及设于中间罐底部的水口，所述水口外周设有位于中间罐底板上方的环形的活动座砖，所述活动座砖下段内嵌有环形的电磁感应加热装置，所述电磁感应加热装置内环设有内屏弊环。

所述电磁感应加热装置的底部设有环形的下屏弊板。

所述电磁感应加热装置外环设有外屏弊环。

所述电磁感应加热装置的厚度为40mm-80mm。

所述水口经水口座砖固定在活动座砖内，，所述水口、水口座砖以及活动座砖的顶面与中间罐底部的工作层顶面齐平。

所述电磁感应加热装置的加热半径是水口半径长度的2-3倍。

针对现有技术中中间罐电磁加热技术存在的问题，发明人对电磁感应加热装置的安装位置和安装结构进行了改进，(1)简化了电磁感应加热装置与水口的安装结构，将电磁感应加热装置直接安装在水口的外周,中间罐底板上方不另设置熔池或连接通道，大大降低了生产、安装和维护难度。(2)克服了过去对进入水口的钢水进行直接加热的常规认识，在电磁感应加热装置内环(与水口对应处)设置内屏弊环，避免对水口内流向结晶器的钢水直接加热，从而有效避免结晶器内钢水温度过高导致铸坯的柱状晶过于发达，内部裂纹粗大，中心偏析，中心疏松严重，易造成拉漏、溢钢等事故发生，同时内屏弊环还能避免电磁感应加热装置持续对水口局部的电磁辐射导致对水口使用寿命的影响；(3)将电磁感应加热装置内嵌于活动座砖下段，产生的电磁热辐射穿过活动座砖直接作用于上方的钢水，由于电磁感应加热装置布置在水口的周部，因此可以产生对中间罐内围绕在水口上方周部钢水进行加热的效果，实现电磁定点靶区加热的目的；(4)内、外屏弊环共同作用，使电磁感应加热装置的电磁力向上定向，在对钢水进行加热的同时，借助于电磁力高效搅拌钢水促进夹杂物上浮，使钢水中夹杂物减少，提高钢水的清洁度，除杂效果远优于对水口内钢水加热的技术方案。(5)在电磁感应加热装置底部增设环形的下屏弊板进一步避免对下方结晶器的电磁辐射，延长重要部件的使用寿命。

水口经水口座砖固定在中间罐底部，固定水口的同时也起到进一步绝缘隔热的目的。

有益效果：

1、本发明可以补偿浇铸过程中中间罐内钢水的热损失，实现低过热度的恒温浇铸，不仅可以提高等轴晶率改善铸坯质量，而且可以延长连浇时间，稳定提高拉速，利于提高连铸收得率和生产效率；

2、加热效率高，钢水无污染，本发明是基于电磁感应加热原理，直接向中间罐内的钢水加热，其损失小。且是定点加热，加热最需要加热部分的钢水，加热范围小，更易控制局部温度。

3、加热的响应性和控制性好，因为能将电能直接转换成热能，输入功率和钢水加热同步进行。此外，在加热过程中，可通过检测钢水温度、液面高度、拉速等参数来调节输入功率，精确地控制靶区钢水温度达到目标温度值。

4、作业环境良好，配置加热装置(电磁感应加热装置)直接安装在水口外周活动座砖下段，不会对操作空间造成大幅度的制约，不对水口和结晶器内的钢水直接加热，延长了关键装置的使用寿命，无论是安装或维护都非常简单，保证设备的长期高效运行。

5、中间罐内的钢水在借助于电磁力作用下被搅拌，能够促进夹杂物上浮，使钢水中夹杂物减少，提高进入水口中钢水的清洁度。

附图说明

图1、图2为本发明结构示意图。

图3为本发明在中间罐中的安装示意图。

图4为中间罐底部的俯视图。

其中，1—水口座砖；2—水口；3—工作层；4—永久层；5—外屏蔽环；6—内屏蔽环；7—下屏蔽板；8—电磁感应加热装置，9—中间罐底板；10-活动座砖；11-中间罐底部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1及图3，中间罐底部11由上至下具有工作层3、永久层4和中间罐底板9三层结构，开有通孔，通孔中设水口座砖1，水口座砖1内装有水口2，水口座砖1外设有活动座砖10，所述水口2、水口座砖1和活动座砖10的上端面与工作层3的顶面齐平，便于安装维护和检修，活动座砖10下段内嵌有环形的电磁感应加热装置8(所述电磁感应加热装置8与水口2同轴心设置)，所述电磁感应加热装置8位于在中间罐底板9上方，所述活动座砖10由高温耐火材料预制而成，优选电磁感应加热装置8的加热半径R1是水口2半径R2长度的2-3倍,以保证优异的加热性能，提高钢水搅动效果。在电磁感应加热装置8的内环设有内屏弊环6，外环设有外屏弊环5，底部设有环形的下屏弊板7，当给单相交流电后，电磁感应加热装置8的闭合磁路会产生交变的磁通，该交变的磁通被外屏蔽环5、内屏蔽环6及屏蔽板7屏弊，使电磁感应加热装置8产生的辐射热能定向向上经活动座砖10至水口2上方周部的钢水，如图1中所示，使区域A内钢水升温，增加其流动性。

因为结晶器内钢水温度过高会导致铸坯的柱状晶过于发达，内部裂纹粗大，中心偏析，中心疏松严重，易造成拉漏、溢钢等事故。因此对电磁感应加热装置8采用屏蔽环配合屏蔽板，使水口2流向下方结晶器部分的钢水不加热，避免上述问题的发生；本发明在对钢水进行加热的同时，借助于电磁力搅拌钢水促进夹杂物上浮，使钢水中夹杂物减少，提高钢水的清洁度。通过实时监控加热区域温度，根据温度变化可以改变电磁感应加热装置8中感应线圈功率大小，保证流入水口2的钢水温度恒定。

如图3、图4所示，在中间罐底部11中可以设置多个本发明结构，对各水口2的电磁感应加热装置8独立送电控制，能够分别调整各浇注流的钢水温度。

所述内、外屏弊环6、5和下屏弊板7可以选用奥氏体不锈钢制成，具有屏蔽磁力线的作用。所述电磁感应加热装置8为可以采用市购的水冷感应线圈组件，主要原理为电磁感应加热原理。

实验例：

中间罐电磁定点靶区加热结构在实际连铸生产中的实验：

1.安装结构如图1、2、3、4所示；

2.中间罐容量20t；

3.流数：3流；

4.单流电磁感应加热装置功率：200KW，50HZ，多级可调。

连续生产30小时，测得钢水温度波动范围：-1.8℃～+1.7℃；水口可连续工作30小时，无需更换；所得铸坯质量优良,无大型夹杂物。

对比例：

电磁感应加热装置8的内环取消内屏弊环，同时在电磁感应加热装置8的顶部加装上屏弊板，其余同实验例。

通过试验,我们得出以下结论:

1.采用本发明的屏蔽方式,钢水温度控制精度能达到±2℃，比对比例水口加热方式温度控制更均匀、可靠。

2.采用本发明的屏蔽方式,与对比例的水口加热方式比较，水口使用寿命能提升50％以上。

3.采用本发明的屏蔽方式,与对比例的水口加热方式比较，铸坯柱状晶率低15％-20％，明显改善铸坯质量。

4.采用本发明的屏蔽方式,与对比例的水口加热方式比较，钢水净化效果更好，铸坯中夹杂物含量降低10％。

Claims (4)

1.一种中间罐电磁定点靶区加热结构，包括由工作层、永久层和中间罐底板组成的中间罐底部，以及设于中间罐底部的水口，其特征在于，所述水口外周设有位于中间罐底板上方的环形的活动座砖，所述活动座砖下段内嵌有环形的电磁感应加热装置，所述电磁感应加热装置内环设有内屏弊环，底部设有环形的下屏弊板，所述电磁感应加热装置与水口同轴心设置，所述内屏弊环和下屏弊板具有屏蔽磁力线的作用。

2.如权利要求1所述的中间罐电磁定点靶区加热结构，其特征在于，所述电磁感应加热装置外环设有外屏弊环。

3.如权利要求1所述的中间罐电磁定点靶区加热结构，其特征在于，所述水口经水口座砖固定在活动座砖内，所述水口、水口座砖以及活动座砖的顶面与中间罐底部的工作层顶面齐平。

4.如权利要求1或3所述的中间罐电磁定点靶区加热结构，其特征在于，所述电磁感应加热装置的加热半径是水口半径长度的2-3倍。