CN104985148A - 一种抑制短路流的中间包湍流抑制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制短路流的中间包湍流抑制器，可以有效阻止中间包内钢液短路流的发生。该抑制器包括：圆柱形基体、反向钢液溜槽A、反向钢液溜槽B，所述反向钢液溜槽A和反向钢液溜槽B呈矩形形状，互相呈90°直角关系，安装在圆柱形基体上，以水平线为基点，反向钢液溜槽A与圆柱形基体1呈45°，反向钢液溜槽B与圆柱形基体呈135°。本发明为湍流抑制器添加了反向溜槽，改变了传统湍流抑制器的结构，加强了对进入湍流抑制器内钢液的导向作用，增加了钢液在中间包内的流动路径，延长钢液停留时间，使钢液内夹杂物易于上浮排除，提高了中间包效率和铸坯质量。

Description

一种抑制短路流的中间包湍流抑制器

技术领域

本发明属于钢铁冶金工业炼钢连铸技术领域，涉及连铸中间包配套装置，特别是一种抑制短路流的中间包湍流抑制器。

背景技术

中间包冶金是一项特殊的炉外精炼技术，是从钢的熔炼和精炼到制成固态连铸坯这个生产流程中，保证获得优质钢的关键一环。在连续铸钢技术发展的初期,中间包只是作为钢液的储存和分配器来使用。随着连铸技术的发展，钢液质量对连铸工艺的重要意义逐渐为人们所认识，中间包的精炼功能越来越受到冶金工作者的关注，在中间包内进一步除去夹杂物、防止钢液的二次污染等重要作用越来越受到重视。为了保证连铸顺利进行和多炉连浇，钢液必须有足够的洁净度,钢液成分要尽可能精确地控制从而达到均匀化，钢液温度要在足够长的时间内保持稳定。因此作为钢的冶炼过程中的最后一个耐火容器，中间包的冶金作用受到了越来越多的关注。

当钢液从中间包长水口处流入中间包内，注流区钢液速度梯度非常大，高速度的钢液冲到中间包底部后直接流向钢液表面和附近包壁，引起钢液表面剧烈扰动，部分中间包覆盖剂被卷入钢液中而形成夹杂，同时，容易卷入空气发生二次氧化，冲击包底造成包底处耐火材料过分侵蚀，这些极大的影响了钢液在中间包内的流动形态以及对耐火材料的损耗。

针对以上问题，在中间包底部冲击点处设置湍流抑制器是最常用的一种控制紊流的方法。目前湍流抑制器结有平板形、蹄铁形、圆形等多种。它能够有效的减少中间包钢液注流区的速度，减弱钢流对包底冲击产生的反射流的强度，从而减少钢液表面紊流，减少钢渣的乳化，以及减少对耐火材料的冲刷，同时湍流控制器能在中间包开浇、换包以及其他非稳态时控制好中间包钢液的湍动能，保证换钢包期间拉坯速度不变。显著提高中间包去除夹杂物的能力，提高铸坯质量尤其是头坯的质量。

这种安装在注流冲击点的湍流抑制器，构造简单，安装方便，容易在中间包上应用。应用湍流抑制器可以改善中间包内钢液流动，起到以下作用:

1.减少了钢包开浇时的喷溅。钢包可以立即全开，这在使用平面型冲击垫时是不可能达到的；

2.稳定操作状态。湍流控制器的使用消除了稳定浇铸状态下钢包长水口周围的液面湍流；

3.减弱钢包注流的冲击作用，减少卷渣、卷入气体；

4.增大滞止时间，减少包中死区体积；

5.减少对中间包注流区耐火材料的冲刷、侵蚀。

钟良才等水力学模型实验，研究了不同结构的湍流控制装置对中间包流体流动特性的影响。结果表明：湍流控制装置的几何结构对中间包流体流动特性有明显的影响，方形无顶缘和圆形无顶缘的湍流控制装置对抑制钢包注流的动能作用不大，而方形带顶缘和圆形带顶缘的湍流控制装置能够较好地改善中间包流体的流动特性。张富强等在板坯连铸应用有湍流控制器优化结构的中间包，可有效防止开浇时钢水从大气中吸氮和吸氧，提高中间包去除夹杂物的能力，并避免卷渣和防止钢包高速注流对中间包衬的冲刷，显著提高铸坯质量，尤其是头坯的质量。

然而，目前在炼钢连铸中间包中，作为控制紊流的一个重要设备，湍流抑制器尚不能解决中间包内钢液短路流的问题。短路流，该区域的流体迅速地从中间包入口直接流向出口，也称之为旁通流。这样，钢液短路流在中间包内的流动路径最短，没有与其他钢液进行充分的混合或是发生反应，不利于钢液中的夹杂物上浮。这种流动模式将使反应器失效，极大降低了中间包冶金的效率，因此在中间包的设计及操作使用过程中应该竭尽所能的避免该区域的产生。同时，为了在精确控制钢液温度及化学成分、提高钢液的纯净度等方面上取得更显著进步，从而生产更高质量的钢种，应该对中间包湍流抑制器提出更高要求，进行更大改进。

目前，还未发现有关中间包湍流抑制器的相关专利，而与中间包相关的公开专利文献有：“一种保温性能提高了的中间包”，公开(公告)号：CN202427934，卷期号：U28-37。所述中间包包括由外向内依次设置的外壳、绝热层、永久层、隔热层和工作层。由于中间包在永久层和工作层之间形成导热系数低、保温性能好的隔热层，从而在不增加中间包的整体壁厚，不减少中间包容量的情况下，使得中间包的外壁的外表面的温度降低。同时，由于隔热层的存在，所以能够避免中间包在翻包过程中工作层与永久层发生粘结的现象，从而提高永久层的重复使用率。

发明内容

本发明提供了一种抑制短路流的中间包湍流抑制器，可以有效阻止中间包内钢液短路流的发生。

本发明提供的一种抑制短路流的中间包湍流抑制器包括：圆柱形基体、反向钢液溜槽A、反向钢液溜槽B，所述反向钢液溜槽A和反向钢液溜槽B呈矩形形状，互相呈90°直角关系，安装在圆柱形基体上，以水平线为基点，反向钢液溜槽A与圆柱形基体1呈45°，反向钢液溜槽B与圆柱形基体呈135°，反向钢液溜槽A和反向钢液溜槽B的矩形延伸长度取值范围为1—1.5m。

一种抑制短路流的中间包湍流抑制器安装在长水口正下方的中间包底部，两个矩形的反向溜槽延伸至中间包入水口的两个侧角。

本发明与现有同类装置相比，其显著地有益效果体现在：

本发明为湍流抑制器添加了反向溜槽，改变了传统湍流抑制器的结构，加强了对进入湍流抑制器内钢液的导向作用，防止了钢液直接由中间包长水口流向中间包出口，从而使进入中间包内的钢液进一步均匀混合，避免了中间包内钢液短路流的发生。本发明增加了钢液在中间包内的流动路径，延长钢液停留时间，使钢液内夹杂物易于上浮排除，提高了中间包效率和铸坯质量。

附图说明

图1是一种抑制短路流的中间包湍流抑制器主视图示意图。

图2是一种抑制短路流的中间包湍流抑制器左视图示意图。

图3是一种抑制短路流的中间包湍流抑制器俯视图示意图。

图4是安装在长水口正下方中间包底部的一种抑制短路流的中间包湍流抑制器示意图。

图5是现有中间包湍流抑制器的中间包RTD曲线。

图6是本发明中间包湍流抑制器的中间包RTD曲线。

图7是现有中间包湍流抑制器的中间包钢液流线图。

图8是本发明中间包湍流抑制器的中间包钢液流线图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，一种抑制短路流的中间包湍流抑制器由圆柱形基体1、反向钢液溜槽A2和反向钢液溜槽B3构成，所述反向钢液溜槽A2和反向钢液溜槽B3呈矩形形状，互相呈90°直角关系，安装在圆柱形基体1上，以水平线为基点，反向钢液溜槽A2与圆柱形基体1呈45°，反向钢液溜槽B3与圆柱形基体1呈135°，反向钢液溜槽A2和反向钢液溜槽B3的矩形延伸长度依据中间包入水口两个侧角的距离而定，取值范围为1—1.5m。

如图4所示，一种抑制短路流的中间包湍流抑制器5安装在长水口正下方的中间包4底部，两个矩形的反向溜槽延伸至中间包4入水口的两个侧角。

某钢铁企业钢包容积为120t，采用30t单流板坯连铸中间包浇注1425mm×220mm的板坯，浇注钢种为高碳钢82B。安装现有中间包湍流抑制器与安装本发明中间包湍流抑制器对比如下：

(一)中间包RTD曲线

安装现有湍流抑制器的中间包内钢液停留时间分布曲线(Residence TimeDistribution)如图5所示；安装本发明的湍流抑制器的中间包RTD曲线如图6所示。

(二)中间包内钢液停留时间分布曲线所反映的特征参数

T1—安装现有湍流抑制器的中间包；T2—安装本发明的湍流抑制器的中间包

Cmax—峰值浓度，kmol/m；t_a—理论平均停留时间，s；

t_p—活塞流的滞留时间，s；—实际平均停留时间，s；

—2倍理论平均停留时间，s；V_p-活塞区体积分数，％；

V_d-死区体积分数，％；V_m-混合区体积分数，％。

(三)中间包内钢液流动流场分布

安装现有中间包湍流抑制器的中间包钢液流线图如图7所示；安装本发明中间包湍流抑制器的中间包钢液流线图如图8所示。

(四)中间包内耐火材料侵蚀

现有中间包湍流抑制器：85％，本发明中间包湍流抑制器25％。

Claims (1)

1.一种抑制短路流的中间包湍流抑制器，其特征是该抑制器包括：圆柱形基体、反向钢液溜槽A、反向钢液溜槽B，所述反向钢液溜槽A和反向钢液溜槽B呈矩形形状，互相呈90°直角关系，安装在圆柱形基体1上，以水平线为基点，反向钢液溜槽A与圆柱形基体呈45°，反向钢液溜槽B与圆柱形基体呈135°，反向钢液溜槽A和反向钢液溜槽B的矩形延伸长度取值范围为1—1.5m。