CN105779694B - 一种加热钢液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要属于钢铁生产技术领域，具体涉及一种加热钢液的方法。所述方法采用微波发生器产生微波，利用微波加热钢液；并所述方法通过调整微波发生器的发射功率来控制钢液的升温速率，当钢液升温到目标温度后，通过降低微波发生器的发射功率以使钢液保温，保温结束后，关闭所述微波发生器以停止加热。本发明所述方法利用微波加热，相比较其他加热钢液的方式，具有加热速率快、加热速率可调节、成本低和降低能耗等优点。

Description

一种加热钢液的方法
技术领域
本发明主要属于钢铁生产技术领域，具体涉及一种加热钢液的方法。
背景技术
转炉或电炉出钢之后，在钢液周转的过程中，包括转炉或电炉出钢之后到精炼工序，精炼到连铸工序，连铸浇注过程中等，都不可避免的损失一定的热量，致使钢液产生一定的温降，为了弥补这部分热量损失，保证下一道工序的温度，需要对钢液进行加热。
现有技术中对钢液进行加热的技术包括：利用燃气和高效烧嘴对钢水进行加热、采用等离子加热技术对钢水加热、采用电磁感应加热技术对钢液进行加热、在钢液顶面加入增温剂利用反应热弥补钢液温降。但上述技术存在加热慢、能耗高、有污染、不易控制以及能量利用率低等缺点。
针对上述问题，亟需开发一种快速加热、无污染、节能降耗、易于控制和能量利用率高的加热方式。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种加热钢液的方法，所述方法利用微波加热，相比较其他加热钢液的方式，具有加热速率快、加热速率可调节、成本低和降低能耗等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种加热钢液的方法，所述方法采用微波发生器产生微波，利用微波加热钢液；并所述方法通过调整微波发生器的发射功率来控制钢液的升温速率，当钢液升温到目标温度后，通过降低微波发生器的发射功率使钢液保温，保温结束后，关闭所述微波发生器以停止加热。
进一步地，所述微波发生器产生的微波的频率为2.45GHZ。
进一步地，所述利用微波加热钢液具体为：当存放钢液的容器为密封容器时，利用波导管将微波发生器产生的微波导入存放钢液的所述密封容器的内部，通过调整微波发生器的发射功率来控制钢液以0.1-50℃/min的升温速率升温至目标温度。利用波导管将微波发生器产生的微波导入存放钢液的所述密封容器的内部具体为：通过调整波导管的布置，使导入的微波照射钢液，微波从波导管导出后，直接与钢液相互作用，所需加热钢液处于微波场强度高的部位。
进一步地，所述密封容器被金属密封或被金属外壳密封；微波引入该密封容器后，由于具有金属密封，微波不向容器外泄露。
进一步地，所述密封容器为被金属外壳密封的微波炉或工业生产中的VD设备。
进一步地，所述利用微波加热钢液具体为：当存放钢液的容器为非密封容器时，利用波导管将微波发生器产生的微波导入钢液内部进行加热，波导管与钢液之间采用耐火材料隔离。
进一步地，所述耐火材料为微波透明体。
进一步地，设置波导管方向和位置，使微波从距离钢液液面300mm以下的位置进入钢液，以防止微波泄露。
进一步地，采用水冷或风冷设备对波导管以及微波发生器进行散热降温。
进一步地，利用微波加热钢液的过程中，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.001-6kw/kg；微波发射功率要与被加热的钢液质量及升温速度要求有关，加热的钢液量越大、要求的升温速度越快，则需采用较大的微波功率进行加热；反之则可采用较低的微波功率进行加热。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明公开的一种加热钢液的方法，通过采用微波发生器产生频率为2.45GHZ的微波，并利用金属波导管将微波导入存放钢液的容器中，微波与钢液相互作用，钢液在微波场中属于微波吸收体，可很好的吸收微波能量，实现快速升温；通过调整微波发射功率可以控制钢液的升温速率，当钢液升温到目标温度后，降低微波发射功率，使钢液进入保温阶段。
(2)微波加热具有快速加热、体加热和即时加热等优点，微波能对钢液无污染、节能降耗、易于控制和能量利用率高，是一种绿色的加热方式。
(3)相比较其他加热钢液的方式，本发明利用微波的加热使本发明具有加热速率快、加热速率可调节、成本低和能耗小等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1-7所用微波加热炉的示意图；
图2为实施例1-4中钢液加热过程的加热曲线；
图3为实施例5-7中钢液加热过程的加热曲线；
图4为实例8中钢液加热装置示意图。
附图标记：1.微波专用热电偶和测温表、2.磁控管、3.保温桶和桶盖，4.盛有钢液的坩埚、5.风冷设备、6.钢板外壳、7.钢包内衬、8.钢渣、9.钢液、10.石英、11.波导管、12.微波发射器和冷却装置。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
一种加热钢液的方法，所述方法采用微波发生器产生微波，利用微波加热钢液；并所述方法通过调整微波发生器的发射功率来控制钢液的升温速率，当钢液升温到目标温度后，通过降低微波发生器的发射功率以使钢液保温，保温结束后，关闭所述微波发生器以停止加热。
所述方法具体为：选取一定质量的钢液，加热方式为微波加热，微波的频率为2.45GHZ，功率范围为1-4kw，如图1所示微波发生器采用具有四个磁控管2的微波加热炉，每一个磁控管2发射功率为1kw，采用风冷设备对磁控管2进行降温。微波加热炉的内外壳均为钢板，是良好的微波反射体。盛放钢液的坩埚4的材质为微波透明体，如石英坩埚，之所以选择石英坩埚，不仅因为石英坩埚是微波良好的透明体，石英坩埚还具有耐高温、耐侵蚀的特性。
微波可很好地穿透石英坩埚，对钢液吸收微波没有影响。tanδ表示物质在特定微波频率和温度下将电磁能转化为热能的效率，它等于介电常数与介电损耗因子之比；tanδ值很小的物质如石英，几乎全透过微波辐射，吸收的微波功率很小，在微波系统中，这类物质被称为微波透明体。
使用微波专用热电偶和测温表1插入到钢液内部进行测温，钢液的初始温度为1480℃。将盛放钢液的坩埚置于微波加热炉中央位置的保温桶内，保温桶和保温盖发挥保温作用，微波加热炉磁控管2产生的微波经过炉壁的反射后在加热炉中央形成高强度微波场，钢液吸收微波能量，温度上升。
微波加热炉的具体参数见表1，实施例1-7中选取的钢液质量和微波功率见表2，实施例1-8中所用钢液均相同，钢液的成分见表3。
表1微波加热炉基本参数
表2各实施例中选取的钢液质量和微波功率
表3钢液主要化学成分(％)
以下实施例1-7均采用上述方法，但各个实施例中具体参数有所不同。
实施例1
设定微波发生器的发射功率为1kW，微波频率为2.45GHZ，坩埚内钢液质量为750g，钢液初始温度为1480℃。启动微波发生器开始加热处理，用时410s升温到1600℃，平均升温速率为17.82℃/min，升温时，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为1.33kW/kg；相对于常规燃气或电阻加热方式，本方法加热速度快，能耗低；进行保温处理时降低微波功率，保温时，控制微波发生器的微波发射功率为0.45kW，微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.6kW/kg，保温5分钟；保温结束后，关闭微波。钢液加热曲线见图1。
考虑到微波器件和设备的标准化，以及为避免与微波通信、雷达等相互干扰，本发明采用的频率为2.45GHZ。
本实例中加热钢液质量较少，磁控管2可直接安放在微波加热炉的炉壁，产生的微波直接进入微波加热炉内，不需波导管导入，工业应用中，当磁控管2无法安放在存放钢液的密封容器壁时，需采用波导管将微波引入密封容器内部。
本实例中，由于是实验室实验，加热的钢液质量比较小，加热时采用的微波功率与加热钢液的质量比较大，为1.33kW/kg，因此钢液平均升温速率大，为17.82℃/min，升温速度很快。
实施例2
设定微波发生器的发射功率为2kW，微波频率为2.45GHZ，坩埚内钢液质量为750g，钢液初始温度1480℃。启动微波发生器开始加热处理，用时250s升温到1600℃，平均升温速率为28.8℃/min，升温时，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为2.67kW/kg；相对于常规燃气或电阻加热方式，本方法加热速度快，能耗低；进行保温处理时降低微波功率，保温时，控制微波发生器的微波发射功率为0.45kW，微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.6kW/kg，保温5分钟；保温结束后，关闭微波。钢液加热曲线见图1。
本实例中，加热的钢液质量比较小，加热时采用的微波功率与加热钢液的质量比较大，为2.67kW/kg，钢液平均升温速率大，为28.8℃/min，升温速度很快。
实施例3
设定微波发生器的发射功率为3kW，微波频率为2.45GHZ，坩埚内钢液质量为750g，钢液初始温度1480℃。启动微波发生器开始加热处理，用时200s升温到1600℃，平均升温速率为36.6℃/min，升温时，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为4kW/kg；相对于常规燃气或电阻加热方式，本方法加热速度快，能耗低；进行保温处理时降低微波功率，保温时，控制微波发生器的微波发射功率为0.45kW，微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.6kW/kg，保温5分钟；保温结束后，关闭微波。钢液加热曲线见图1。
本实例中，加热的钢液质量比较小，加热时采用的微波功率与加热钢液的质量比较大，为4kW/kg，钢液平均升温速率大，为36.6℃/min，升温速度很快。
实施例4
设定微波发生器的发射功率为4kW，微波频率为2.45GHZ，坩埚内钢液质量为750g，钢液初始温度1480℃。启动微波发生器开始加热处理，用时190s升温到1600℃，平均升温速率为38.9℃/min，升温时，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为5.33kW/kg；相对于常规燃气或电阻加热方式，本方法加热速度快，能耗低；进行保温处理时降低微波功率，保温时，控制微波发生器的微波发射功率为0.45kW，微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为为0.6kW/kg，保温5分钟；保温结束后，关闭微波。钢液加热曲线见图1。
本实例中，加热的钢液质量比较小，加热时采用的微波功率与加热钢液的质量比较大，为5.33kW/kg，钢液平均升温速率大，为38.9℃/min，升温速度很快。
实施例5
设定微波发生器的发射功率为1kW，微波频率为2.45GHZ，坩埚内钢液质量为1000g，钢液初始温度1480℃。启动微波发生器开始加热处理，用时610s升温到1600℃，平均升温速率为11.88℃/min，升温时，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为1kW/kg；相对于常规燃气或电阻加热方式，本方法加热速度快，能耗低；进行保温处理时降低微波功率，保温时，控制微波发生器的微波发射功率为0.45kW，微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.6kW/kg，保温5分钟；保温结束后，关闭微波。钢液加热曲线见图2。
实施例6
设定微波发生器的发射功率为2kW，微波频率为2.45GHZ，坩埚内钢液质量为1000g，钢液初始温度1480℃。启动微波发生器开始加热处理，用时370s升温到1600℃，平均升温速率为20.76℃/min，升温时，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为2kW/kg；相对于常规燃气或电阻加热方式，本方法加热速度快，能耗低；进行保温处理时降低微波功率，保温时，控制微波发生器的微波发射功率为0.45kW，微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.6kW/kg，保温5分钟；保温结束后，关闭微波。钢液加热曲线见图2。
实施例7
设定微波发生器的发射功率为3kW，微波频率为2.45GHZ，坩埚内钢液质量为1000g，钢液初始温度1480℃。启动微波发生器开始加热处理，用时250s升温到1600℃，平均升温速率为28.8℃/min，升温时，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为3kW/kg；相对于常规燃气或电阻加热方式，本方法加热速度快，能耗低；进行保温处理时降低微波功率，保温时，控制微波发生器的微波发射功率为0.45kW，微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.6kW/kg，保温5分钟；保温结束后，关闭微波。钢液加热曲线见图2。
实施例8
在本实施例中，138kg钢液9盛放在如图4所示的钢包中，钢包外壳为钢板、钢包内衬7为耐火材料，钢质外壳是良好的微波屏蔽材料，钢渣8覆盖在钢液上方，防止钢液被空气氧化，并发挥隔热保温作用。由于钢液9在钢包中没有被钢质材料完全密闭，钢液9加热时微波通过从钢包侧部由波导管导入钢液9内部，并对钢液9加热。加热所用微波由微波发生器产生，并通过波导管11引入钢液9。为了防止微波发生器过热，采用风冷设备5对微波发生器进行冷却。波导管和钢包外侧钢板紧密相连，以防微波泄露。波导管11和钢液9之间由微波透明耐材隔离，本实例中采用微波透明的石英10耐材进行隔离。微波导入钢液9内部的位置为钢液9液面下300mm处，导入的微波将在钢液9中由于加热钢液9而耗尽，没有穿过钢液9从钢液9上部泄露到环境中。本实例分别在钢包两侧设置微波发射器和冷却装置12。采用两个4kW微波发生器对钢液9进行加热，微波发射功率与所述钢液9质量的比为0.058kW/kg；钢液9组成见表3。钢液9开始加热温度平均为1520℃，过热过程中平均升温速率为3℃/min。
上面各实例均表明，通过本发明所述的方法，采用微波可成功加热钢液，并可通过调整微波功率，控制加热速度，采用的微波功率越大，钢液加热速度越快；通过调整微波功率，也可实现对钢液保温。该方法具有加热速率快、加热速率可调节、成本低和降低能耗等优点。

Claims (7)

1.一种加热钢液的方法，其特征在于，所述方法采用微波发生器产生微波，利用微波加热钢液；并所述方法通过调整微波发生器的发射功率来控制钢液的升温速率，当钢液升温到目标温度后，通过降低微波发生器的发射功率使钢液保温，保温结束后，关闭所述微波发生器以停止加热；
所述利用微波加热钢液具体为：当存放钢液的容器为密封容器时，利用波导管将微波发生器产生的微波导入存放钢液的所述密封容器的内部，通过调整微波发生器的发射功率来控制钢液以0.1-50℃/min的升温速率升温至目标温度；
当存放钢液的容器为非密封容器时，利用波导管将微波发生器产生的微波导入钢液内部进行加热，波导管与钢液之间采用耐火材料隔离，波导管和钢包外侧钢板紧密相连，以防微波泄露。
2.根据权利要求1所述一种加热钢液的方法，其特征在于，所述密封容器被金属密封或被金属外壳密封。
3.根据权利要求2所述一种加热钢液的方法，其特征在于，所述密封容器为被金属外壳密封的微波炉或工业生产中的VD设备。
4.根据权利要求1所述一种加热钢液的方法，其特征在于，所述耐火材料为微波透明体。
5.根据权利要求1所述一种加热钢液的方法，其特征在于，设置波导管方向和位置，使微波从距离钢液液面300mm以下的位置进入钢液，以防止微波泄露。
6.根据权利要求1所述一种加热钢液的方法，其特征在于，采用水冷或风冷设备对波导管以及微波发生器进行散热降温。
7.根据权利要求1所述一种加热钢液的方法，其特征在于，利用微波加热钢液的过程中，控制微波发生器的微波发射功率与所述钢液质量的比为0.001-6kw/kg。
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