CN106903299A - 用于改善中间包等离子体加热的热传递的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在连续浇铸过程中到中间包(1)内的熔体(60)的热传递的装置，其中所述中间包包括至少一个出口(12，12')和入口(42)，该装置包括加热室(20)，包括定位在所述加热室内的等离子体焰炬(32)的等离子体加热装置(30)，其中所述等离子体加热装置(30)被安装在臂上，并被设置成通过在所述加热室(20)内与所述熔体(60)具有一定距离的孔来操作，以及电磁搅拌器(50)，其被放置在所述加热室(20)之外并设置成电磁搅拌所述熔体(60)。所述加热室(20)还包括安装在所述加热室的上部的一对堰(22，22')和安装在所述加热室的下部的一对坝(24，24')。

Description

用于改善中间包等离子体加热的热传递的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于改善中间包等离子体加热传递的方法和布置设备，其中中间包包括出口和具有入口的钢水包，该布置包括加热室，该加热室包括安装在加热室上部的一对堰和安装在加热室下部的一对坝，和安装在加热室上与熔体具有一定距离的等离子体加热装置。

背景技术

中间包等离子体加热被用于金属的连续浇铸，用于精确地控制中间包中的熔融金属的铸造温度变化。中间包等离子体加热应用等离子体焰炬，以直接传递热量到中间包的熔体表面，而该热量继而被设计的流体流动传递到熔体中。等离子焰炬被容纳在中间包内，用于产生等离子体弧，并在铸造期间以具有约5000安培最大电流的受控电流进行操作，并且还需要一定的氩气流量以形成等离子体弧。中间包上覆盖有高级耐火盖子，从而形成一个加热室，其在熔融金属上方建立惰性气氛，以保护它不被再氧化和氮提取。在加热室内的表面积应该是无渣的，以确保等离子体的电流电路。

等离子体弧的正常温度大约为10000℃。此热量从等离子体弧被传递并在加热室内辐射，以使熔体表面的温度被升高到更高的水平。熔体表面的高温导致在加热室上部的高温度梯度，这继而导致大的浮力。浮力抵消来自于入口流的对流，从而在加热室的上部形成停滞区。停滞区从而导致从加热室顶部到底部的低传热速率。这意味着，等离子体加热的主要缺点是它的低加热效率，通常只有60％左右的加热可以被利用。

JP04089160公开了一种系统，其中钢水从钢水包通过喷嘴被倒入中间包，并进一步从中间包喷嘴到模具。该系统还包括被放置在钢水包喷嘴和中间包喷嘴之间的等离子体加热装置，用于加热钢水和钢水搅拌装置，该钢水搅拌装置被放置在等离子体加热装置附近，用于使用电磁力搅拌钢水。交流线性电动机电磁线圈或电磁铁被用于钢水搅拌装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于改善在连续浇铸过程中中间包内的熔体的传热效率的方法。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于改善连续浇铸过程中中间包内的熔体的热传递的方法。该方法包括将具有等离子体焰炬的等离子体加热装置安装在加热室内，其中，加热室被定位在中间包上方距熔体一定距离处，在加热室的上部处安装一对堰，在加热室的下部处安装一对坝，在中间包的外表面上安装电磁搅拌器，用于电磁搅拌熔体，通过加热室应用等离子体加热至中间包内部的熔体，和电磁搅拌加热室的区域内的熔体，其中所述区域由堰和坝包围。

电磁搅拌沿中间包壁建立搅拌力，搅拌力搅动加热室内的旋流，其继而均匀化温度并改善从等离子体焰炬到熔体的热传递。熔体可以在相对于轴线向上或向下的方向上被电磁搅拌。

因为仅由坝和堰包围的区域被电磁搅拌，从加热室到中间包的出口的捷径流动因此被防止。

应用电磁搅拌是有利的，因为搅拌器与中间包熔体无接触，并可以独立地操作，从而实现更好的可靠性。

此外，由于在中间包内的熔体流动可以恒定流动模式被控制，而不管熔体温度或耐火材料条件，实现了优良的可重复性。

其他优点包括：

-维持熔体的稳定自由表面，从而等离子体弧的稳定性不受影响。

-移动熔体表面的可能的熔渣远离等离子体加热区域。

-以所需的特性控制熔体流动；最小化死区；实现强劲和更大的混合容积。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括控制电磁搅拌的搅拌速度在0.2-0.5米/秒的范围内，以建立类似的熔体旋流动速度。

在第二个方面，提供了一种用于在连续浇铸过程中的中间包内熔体的热传递的装置，其中中间包包括出口和入口。该装置包括加热室；等离子体加热装置(30)，其包括定位在加热室内部的等离子体焰炬(32)，其中等离子体加热装置(30)被安装在臂上并被设置成通过在加热室(20)内与熔体(60)具有一定距离的孔被操作，以及被设置在加热室之外的电磁搅拌器。加热室还包括安装在加热室上部的一对堰和安装在加热室下部的坝，并且电磁搅拌器被设置成在加热室的区域内电磁搅拌熔体，其中该区域被堰和坝包围。

在本发明的第一实施例中，坝和堰被放置在中间包的入口与出口之间。

在第三方面，提供了一种用于连续浇铸熔体的中间包，其包括本发明的装置。中间包可以是包括第二出口的多流中间包。

附图说明

本发明现在将更加紧密地由本发明的不同实施例的描述并参照所附的附图进行说明。

图1a示出了根据本发明的一个实施例，在连续浇铸过程中改善中间包内的熔体的热传递的流程图。

图1b示出了根据本发明的另一个实施例，在连续浇铸过程中改善中间包内的熔体的热传递的流程图。

图2a-c示出了根据本发明的第三实施例，用于在连续浇铸过程中中间包内的熔体的热传递的装置的系统示意性顶视图、侧视图和前视图。

图3示出了在不同配置中的中间包的速度场，特别是没有电磁搅拌和图2a-c的实施例的装置的布置。

具体实施方式

本发明的概念现在将下文中参照附图更充分地被描述，其中示出了示例性实施例。但是，本发明的概念可以体现为许多不同形式，而不应被解释为限于这里所阐述的实施例；更确切地说，这些实施例以示例的方式被提供，使得本公开将是彻底的和完整的，并且将充分地向本领域技术人员传达本发明的概念的范围。

参照图2a-c和图1a-b，用于中间包内熔体60的热传递的本发明的装置1包括在连续浇铸过程中的模具10。中间包10还包括出口，其也被表示为中间包喷嘴12。在本示例中，表示中间包喷嘴的两个出口12，12'，被设置在中间包的每一侧。包括入口42的钢水包40被设置用于将熔体供应到中间包中。中间包10被设置用于连接钢水包40和连铸机，并且作为储存器，它连续地分配和供应熔体到连铸机中。为了能够提供高品质的金属，中间包10以期望的温度并且以均匀的流速提供熔体60至连铸机。熔体60，即熔融金属可以是铁、钢、铝、铜和合金中的任一者或上述的混合物。

在本示例性实施例中，中间包10是T形中间包，其被划分成两部分，入口室12和出口室14并具有30吨的重量。出口室基本上是T形的臂部，并具有矩形形状。入口室12基本上是T形的中央腿部，所以它被直接定位在出口室14的较长边的一侧，而钢水包40被定位在入口室12的上方，所述入口室接收从钢水包40通过其入口42输送的熔体。

该装置1包括加热室20，该加热室部分地由高级耐火盖子制成；安装在加热室上与熔体具有一定距离的等离子体加热装置30；和电磁搅拌器50。加热室20在熔融金属上方建立惰性气氛，从而保护它不被再氧化和氮提取。在本示例性实施例中，加热室被定位于出口室14上方。

等离子体加热装置30被安装在加热室20上、与熔体表面具有一定距离，并且在钢水包入口42和中间包的出口12，12'之间，步骤S10。等离子体加热装置30被设置用于加热熔体60，其包括产生等离子焰炬(32)的等离子燃烧器。

加热室20还包括安装在加热室的上部的一对堰22，22'和安装在加热室下部的一对坝24，24'，步骤S20和S30。堰22，22'的布置还包围用于等离子体加热的加热室，以确保有效等离子体加热，从而防止来自加热室的熔渣并用氩气密封加热室，以避免熔体的再氧化并维持等离子体弧。坝24，24'增加了熔体的混合，并在加热室内形成一个旋流。此外，坝24，24'的布置防止从加热室至出口12，12'的捷径流。在本示例性实施例中，另外的第三堰23被设置在入口室12和出口室14之间。

电磁搅拌器50被置于中间包之外，在本示例中，在出口室14的较长边的另一侧的外表面上，步骤40。它被设置为当等离子体加热被施加到中间包内的熔体时，步骤40，使用电磁力电磁搅拌由堰22，22'，23和坝24，24'包围的区域内的熔体，步骤S50。这是因为等离子体焰炬和熔体之间的热传递主要发生在加热室内，在加热室外部搅拌不会有效促进热传递。优选地，电磁搅拌的搅拌速度被控制在0.2-0.5米/秒范围内，步骤S70，以使加热室中的温度均匀，并同时避免在加热室内的强湍流。搅拌速度基于数值模拟，并应基于连续浇铸过程的质量反馈进行微调。最小搅拌速度限制确保在加热室中的混合效果，而最大搅拌速度限制防止在加热室内的强湍流和熔渣陷入熔体。对于没有顶渣的中间包，可以具有大于0.5米/秒的搅拌速度。

此外，电磁搅拌器50被设置成在向上或向下的方向上电磁搅拌熔体，步骤S80或S80'，使得向上或向下的搅拌力被沿着中间包的内壁建立，在本示例中，熔体在向上的方向上被搅拌，如图2c所示，这会导致中间包内的熔体向上流动，使得低温熔体被向上转动到熔体的表面，等离子体焰炬被定位在该熔体的表面的上方以均匀地被加热。这继而使熔体的温度均匀后，并提高从等离子体弧到熔体的热量传递。

应该理解的是，虽然图2a-c的示例性实施例示出了T形多流中间包，本发明也适用于单流中间包，或另一形状的单流或多流中间包，例如，L或C或H形。

结合电磁搅拌和等离子体加热，旋流、即传热效率被大幅度提高，通过如图3所示的模拟，这是明显的，其中对不同配置进行比较。

图3示出了不同配置的中间包的模拟速度场，特别是没有电磁搅拌和图2a-c的实施例的装置的布置。

下表列出了等离子体加热和电磁搅拌的不同模拟配置。

	等离子体加热	电磁搅拌
			情况1	否	否
情况2	是	否
			情况3	是	是

在第一种情况下，没有等离子体加热和电磁搅拌的配置被模拟，其中在加热室内呈现弱旋流。在第二种情况下，具有等离子体加热，但没有电磁搅拌的配置被模拟，在加热室中呈现中等的旋流。在第三种情况下，既具有等离子体加热又具有电磁搅拌的配置被模拟，在加热室内呈现强旋流。

Claims (11)

1.一种用于改善连续浇铸过程中中间包内熔体的热传递的方法，包括：

-安装等离子体加热装置，其等离子体焰炬被定位在加热室内部，其中所述加热室被定位在所述中间包上方、与所述熔体具有一定距离(S10)，

-在所述加热室的上部安装一对堰(S20)，

-在所述加热室的下部安装一对坝(S30)，

-在所述中间包的外表面上安装电磁搅拌器，用于电磁搅拌所述熔体(S40)，

-通过加热室施加等离子体加热到所述中间包内的所述熔体(S50)，和

-在所述加热室的区域内电磁搅拌所述熔体，其中所述区域由所述堰和所述坝包围(S60)。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括控制所述电磁搅拌的搅拌速度在0.2-0.5米/秒的范围内(S70)。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括控制所述电磁搅拌的搅拌速度高于0.5米/秒。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括在向上或向下的方向上电磁搅拌所述熔体(S80，S80')。

5.一种用于在连续浇铸过程中到中间包(1)内的熔体(60)的热传递的装置，其中所述中间包包括至少一个出口(12，12')和入口(42)，所述装置包括：

-加热室(20)，

-等离子体加热装置(30)，其包括定位在所述加热室内的等离子体焰炬(32)，其中所述等离子体加热装置(30)被安装在臂上，并被设置成通过在所述加热室(20)内与所述熔体(60)具有一定距离的孔来操作，和

-电磁搅拌器(50)，其被放置在所述加热室(20)之外并设置成电磁搅拌所述熔体(60)，

其特征在于，所述加热室(20)还包括安装在所述加热室的上部的一对堰(22，22')和安装在所述加热室的下部的一对坝(24，24')，并且所述电磁搅拌器(50)被设置成电磁搅拌在所述加热室(20)的区域内的所述熔体，其中所述区域由所述堰(22，22')和所述坝(24，24')包围。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述电磁搅拌器被设置成以在0.2-0.5米/秒范围内的搅拌速度搅拌所述熔体。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述电磁搅拌器被设置成以高于0.5米/秒的搅拌速度搅拌所述熔体。

8.根据权利要求5所述的装置，其中所述坝和所述堰被放置在钢水包的入口和所述中间包的出口之间。

9.根据权利要求5所述的装置，其中所述电磁搅拌器被设置成在向上或向下的方向上搅拌所述熔体。

10.一种用于连续浇铸熔体的中间包，其包括权利要求5至9中的任一项所述的装置。

11.根据权利要求10所述的中间包是具有两个或更多个出口的多流中间包。