CN106077547A - 一种降低结晶器钢液过热度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于连铸技术领域，具体涉及一种降低结晶器钢液过热度的装置及方法。本发明的装置，包括密封的冷却装置(2)、移动和振动装置(3)、进入管(4)、排出管(5)、恒温装置(6)、流量控制与温度监测装置(7)、支架(9)和连接部件(10)；其中，所述支架(9)连接于移动和振动装置(3)，所述移动和振动装置(3)通过连接部件(10)与冷却装置(2)连接；所述进入管(4)与排出管(5)均分别一端与冷却装置(2)相连，另一端与恒温装置(6)相连。本发明提出的降低结晶器过热度的装置具有设备简单、操作灵活、简单有效的特点。具有设备制造费用少、不污染钢水，运行成本低等优点。

Description

一种降低结晶器钢液过热度的装置及方法

技术领域

本发明属于连铸技术领域，具体地，涉及一种降低结晶器钢液过热度的装置及方法。

背景技术

金属的凝固是一个放热过程。过热度的大小标志着金属液态超过熔点温度的大小程度，过热度越大，则金属凝固需要释放的热量越多，在相同的热传递的情况下，所需要的凝固时间增加。因此，连铸时结晶器内钢液过热度的大小直接影响着钢液连铸工艺参数、铸坯的表面质量、坯壳厚度，树枝晶枝晶间距大小以及铸坯的内部质量。

结晶器喂钢带(或喂线)技术是降低结晶器钢液温度的一种方法。同结晶器喂丝相近，喂钢带是向结晶器内插入普通碳素钢带，并使钢带振动，利用钢带在熔体中的熔融吸热，改变结晶器内熔体的温度场，降低结晶器内熔体过热度和温度场梯度，同时利用钢带的机械运动破碎枝晶组织，增加晶粒生长的形核质点，提高铸坯等轴晶率，是实现连铸坯近等轴晶的一种可行技术，能够改善连铸生产中容易出现的铸坯偏析、疏松、裂纹、中心偏析等缺陷，促进硫磷等非铁元素的均匀分布，改善了铸坯的宏观组织结构，有利于提高铸坯质量。

然而喂入钢带时也会产生负面效果，例如，低温的钢带在穿过高温的保护渣层时，接触点区域保护渣可能粘结在钢带表面，随钢带进入熔池，产生夹渣等缺陷；同时喂入钢带的表面质量可能带来二次污染，增加钢液氧含量；如果喂入参数不当，严重时会使局部钢液凝固，产生质量事故。

为此，亟需一种低成本、简易有效的降低结晶器钢液过热度装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种降低结晶器钢液过热度的方法及装置，该方法成本低，简易有效。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供的一种降低结晶器钢液过热度的装置，包括密封的冷却装置2、移动和振动装置3、进入管4、排出管5、恒温装置6、流量控制与温度监测装置7、支架9和连接部件10；

其中，所述支架9连接于移动和振动装置3，所述移动和振动装置3通过连接部件10与冷却装置2连接；

所述进入管4与排出管5均分别一端与冷却装置2相连，另一端与恒温装置6相连；

所述流量控制与温度监测装置7分别设置于进入管4与排出管5内。

本发明所述的冷却装置主要作用是实现高温的钢水与低温的冷却介质之间的热交换，冷却装置内部的冷却介质通过冷却装置的器壁吸收钢水的热量。本发明所述冷却装置可以是本领域公知的可以实现上述功能的任意冷却器件，例如可以优选为具有迂回通道或水槽的，且具有一定壁厚的容器式金属结构。

本发明所述的冷却装置所用材料可由与结晶器内钢液成分接近的钢材或熔点高于钢液温度的其他耐高温材料，能够具有一定的承受钢液浸蚀的能力，在实现冷却介质与钢液之间的传热的同时，不污染钢液。

本发明所述的移动和振动装置主要作用是实现冷却装置的移动和振动，可是本领域内公知的机械部件与电控部件的有效组合。

本发明所述恒温装置可以是本领域公知的恒温设备，例如但不限于恒温器等。本发明所述的流量控制与温度监测装置，包括流量控制装置与温度检测装置，例如可以是单不限于流量控制仪与温度计或温度检测仪的组合等。所述流量控制与温度监测装置可以设置于进入管4与排出管5内的任意位置，优选对称设置在进入管4与排出管5内的相同区段位置。

本发明所述的连接部件可以连接移动振动装置和冷却装置，可以固定冷却装置，并且能够将振动传递到冷却装置。本发明所述的连接部件可以连接移动振动装置和冷却装置，可以固定冷却装置，并且能够将振动传递到冷却装置，可为常见的机械装备中采用的连接器件。

根据本发明所述的装置，其中，所述冷却装置2的横截面形状与所采用结晶器横截面形状相匹配(相同、相似或部分相似)。矩形结晶器推荐使用扁平形状的四棱台冷却装置，圆形结晶器推荐使用圆台形状的冷却装置，也可以是具有倒角、过渡弧形等其他形状的冷却装置。冷却装置的数量也不局限于单个，也可以由相同形状或不同形状的冷却装置组合而成。当采用多个冷却装置时，每个装置可以配备独自的移动和振动装置，也可以若干个冷却装置共用一套移动和振动装置。

根据本发明的装置，其中，所述冷却装置2横截面面积为同高度结晶器液面面积的2％-10％。冷却装置横截面面积与同高度结晶器钢液面积比过小时，冷却介质通过冷却装置降温的效率受到限制；当面积比过大时，影响着结晶器内的钢液的有效流动，甚至增加了连铸生产的故障率。

根据本发明的装置，其中，所述的冷却装置2沿连铸方向具有负锥度。在结晶器内沿着连铸方向温度逐渐降低，结晶器具有负锥度，冷却装置也具有负锥度，可以实现冷却装置与结晶器内钢液形状的匹配，冷却装置负锥度有利于在冷却装置表面或附件形核或短暂凝固钢液由于重力作用，易于从冷却装置表面脱落或从表面附近下落，从而促进钢液凝固。

根据本发明的装置，其中优选地，所述冷却装置2内可设有环形通道或迂回通道，以增大传热面积，减少冷却介质用量。所述环形通道或迂回通道的一端与进入管4连接，另一端与排出管5连接。

根据本发明所述的装置，其中，所述冷却装置2内含有冷却介质，所述冷却介质由进入管4进入冷却装置2内，由排出管5排出；所述冷却介质为软水、淬火油或气体，其中，所述气体为氮气、空气或惰性气体。

本发明还提供了一种基于上述装置的降低结晶器钢液过热度的方法，包括以下步骤：

1)通过移动和振动装置3将冷却装置2放入结晶器内钢液中；

2)利用进入管4向冷却装置2内注入冷却介质，冷却介质通过冷却装置2的外壳吸收热量；

3)通过排出管5将冷却装置2内吸收热量后的冷却介质排出。

根据本发明的方法，其中作为优选，所述冷却介质介意为软水、淬火油或气体，其中，所述气体为氮气、空气或惰性气体。进入冷却装置的冷却介质的通量需要与所需带走的热量、冷却装置接触面积、进入管与排出管介质的温度差等匹配。

进入和流出冷却装置的冷却介质可连续进入冷却装置使钢液除温，也可以周期性进入冷却装置使钢液除温。当按照一定频率周期性进入冷却装置时，在没有冷却介质的周期内，凝固在冷却装置表面的钢壳可能会发生回熔现象，促进凝固过程中等轴晶形核，增加了冷却工作周期内的传热效率。

根据本发明的方法，其中，所述冷却装置2通过移动和振动装置3进行持久性或周期性振动。施加持久性或周期性振动，一方面能够加快冷却装置周围的传热，另一方面能够减少钢液在冷却装置表面的凝固。此外，通过移动和振动装置3调节冷却装置2在结晶器内钢液的位置，使冷却装置2处于工作、空闲或部分浸入钢液。具体地，冷却装置在结晶器钢液中的相对位置可以通过移动振动装置调节，并可以具有持久性或周期性轻微振动功能。通过移动振动装置可调节冷却装置在结晶器内钢液的位置，使冷却装置处于工作、空闲、部分工作(冷却装置部分浸入钢液)状态；也可以在工作状态中，根据结晶器内温度场分布做小范围的移动。冷却装置在结晶器内钢水的位置可根据结晶器钢水的流场和温度分布确定，原则上远离结晶器器壁，尽量处于中心或中间钢液温度较高的区域。

根据本发明的方法，其中，利用恒温装置使冷却介质保持恒定温度。使用流量控制与温度监测装置实现冷却介质的定时或定量输入以及冷却介质温度的适时监控。冷却介质从恒温装置通过进入管进入冷却装置，吸收热量后温度，经排出管回到恒温装置，可以循环利用。进入管和排出管线路上的流量控制与温度监测装置，一方面可以监测是否有冷却介质泄露，另一方面冷却介质进出冷却装置的温度差也是控制冷却效果的参数。

本发明提出的降低结晶器过热度的装置具有设备简单、操作灵活、简单有效的特点。当冷却装置为类似钢带的上宽下窄的四棱台形状时，可以起到常见结晶器喂钢带机的使用效果，具有设备制造费用少、不污染钢水，运行成本低等优点。同时通过调整或改变冷却装置的形状、冷却装置在结晶器内相对位置、振动装置的参数、冷却介质的流量和温度等多工艺参数的变化，满足不同结晶器不同温度钢水的过热度要求。

附图说明

图1为本发明的降低结晶器钢液过热度的装置示意图。

图2为本发明的冷却装置侧视图。

图3为本发明的冷却装置内设置迂回通道的示意图。

附图标识

1、结晶器 2、冷却装置 3、移动和振动装置 4、进入管

5、排出管 6、恒温装置 7、流量控制与温度监测装置

8、钢液 9、支架 10、连接部件

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种降低结晶器钢液过热度的装置，包括密封的冷却装置2、移动和振动装置3、进入管4、排出管5、恒温装置6、流量控制与温度监测装置7、支架9和连接部件10；其中，所述支架9连接于移动和振动装置3，所述移动和振动装置3通过连接部件10与冷却装置2连接；所述进入管4与排出管5均分别一端与冷却装置2相连，另一端与恒温装置6相连；所述流量控制与温度监测装置7分别设置于进入管4与排出管5内。

所述冷却装置2的横截面形状与所采用结晶器横截面形状相匹配。所述冷却装置2横截面面积为同高度结晶器液面面积的2％-10％。所述的冷却装置2沿连铸方向具有负锥度(如图2所示)。优选地，所述冷却装置2内可设有环形通道或迂回通道(如图3所示)。所述冷却装置2内含有冷却介质，所述冷却介质由进入管4进入冷却装置2内，由排出管5排出。所述冷却装置2，可以由若干个冷却装置2并联设置，每个冷却装置均分别与一个移动和振动装置3连接；也可以，由若干个冷却装置2并联设置，若干冷却装置2共用一个移动和振动装置3。

使用本发明的装置降低结晶器钢液过热度时，通过移动和振动装置3将冷却装置2放入结晶器1内的钢水8中适当位置；冷却介质通过恒温装置6由进入管4向冷却装置2内注入，恒温装置6可以保证冷却介质温度在较小的范围内变化，冷却介质通过冷却装置2的外壳吸收热量；通过排出管5将冷却装置2内吸收热量后的冷却介质排出。所述冷却介质可以为软水、淬火油或气体，其中，所述气体为氮气、空气或惰性气体。

根据本发明，其中，所述冷却装置2通过移动和振动装置3进行持久性或周期性振动。通过移动和振动装置3调节冷却装置2在结晶器内钢液的位置，使冷却装置2处于工作、空闲或部分浸入钢液。利用恒温装置使冷却介质保持恒定温度。使用流量控制与温度监测装置实现冷却介质的定时或定量输入。

实施例1

本实例所采用的结晶器为板坯结晶器，冷却装置外形上端截面尺寸大，下端截面尺寸小，为近似扁平的四棱台形状，材质为与钢液成分相同的钢材，内部具有迂回通道。

使用本发明的降低结晶器钢液过热度装置去降低结晶器钢液过热度时，通过移动和振动装置3将冷却装置2放入结晶器1内的钢水8中；冷却介质通过恒温装置6由进入管4向冷却装置2内注入，恒温装置6可以保证冷却介质温度保持恒定温度，冷却介质通过冷却装置2的外壳吸收热量；通过排出管5将冷却装置2内吸收热量后的冷却介质排出。所述冷却介质可以为软水、淬火油或气体，其中，所述气体为氮气、空气或惰性气体。流量控制与温度监测装置7实现介质的定时或定量输入以及冷却介质温度的适时监控。

本发明的降低结晶器钢液过热度装置可以替代成本较高，工艺复杂的喂带机，使用本发明大约能除低钢水过热度2-5℃。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (13)

1.一种降低结晶器钢液过热度的装置，其特征在于，所述装置包括密封的冷却装置(2)、移动和振动装置(3)、进入管(4)、排出管(5)、恒温装置(6)、流量控制与温度监测装置(7)、支架(9)和连接部件(10)；

其中，所述支架(9)连接于移动和振动装置(3)，所述移动和振动装置(3)通过连接部件(10)与冷却装置(2)连接；

所述进入管(4)与排出管(5)均分别一端与冷却装置(2)相连，另一端与恒温装置(6)相连；

所述流量控制与温度监测装置(7)分别设置于进入管(4)与排出管(5)内。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却装置(2)的横截面形状与所采用结晶器横截面形状相匹配。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述冷却装置(2)横截面面积为同高度结晶器液面面积的2％-10％。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的冷却装置(2)沿连铸方向具有负锥度。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷却装置(2)内可设有环形通道或迂回通道，所述环形通道或迂回通道的一端与进入管(4)连接，另一端与排出管(5)连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，若干个冷却装置(2)并联设置，每个冷却装置均分别与一个移动和振动装置(3)连接；

或者，若干个冷却装置(2)并联设置，若干冷却装置(2)共用一个移动和振动装置(3)。

7.根据权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述冷却装置(2)内含有冷却介质，所述冷却介质由进入管(4)进入冷却装置(2)内，由排出管(5)排出；所述冷却介质为软水、淬火油或气体，其中，所述气体为氮气、空气或惰性气体。

8.一种基于权利要求1-6任一所述装置的降低结晶器钢液过热度的方法，包括以下步骤：

1)通过移动和振动装置(3)将冷却装置(2)放入结晶器内钢液中；

2)利用进入管(4)向冷却装置(2)内注入冷却介质，冷却介质通过冷却装置(2)的外壳吸收热量；

3)通过排出管(5)将冷却装置(2)内吸收热量后的冷却介质排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述冷却介质为软水、淬火油或气体，其中，所述气体为氮气、空气或惰性气体。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述冷却装置(2)通过移动和振动装置(3)进行持久性或周期性振动。

11.根据权利要求8或10所述的方法，其特征在于，通过移动和振动装置(3)调节冷却装置(2)在结晶器内钢液的位置，使冷却装置(2)处于工作、空闲或部分浸入钢液。

12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，利用恒温装置使冷却介质保持恒定温度。

13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，使用流量控制与温度监测装置实现冷却介质的定时或定量输入。