CN107774975B - 一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法，将电磁搅拌器封装在钢包下座砖的下部，在电磁搅拌器与下座砖的缝隙内填满隔热耐火材料，钢包底部外壳上设有电源线引出口和冷却管路引出口。在电磁搅拌器没有工作情况下，通过冷却管路吹入压力为0.3～0.5MPa的氮气对电磁搅拌器进行冷却。在出钢后，钢包内的钢水达到总高度的三分之一时，启动电磁搅拌器对出钢口内的钢水进行搅拌抑制旋涡的生成，电磁搅拌器功率在30～100kW，电源频率在5～20Hz，同时以0.5～0.8MPa的风压对电磁搅拌器进行冷却。钢水出完后，关闭出钢口同时关闭电磁搅拌器的电源，对电磁搅拌器继续进行风冷。通过该方法，可以抑制旋涡生成，减少旋涡卷渣。
Description
技术领域
本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法。
背景技术
当溶体从一个容器注入另一个容器时，由于溶体积累的能量尤其是环绕容器的动能在液面降低时容易失稳，形成微小旋涡，称为汇流旋涡。这种汇流旋涡产生的涡流在钢包出钢过程中会出现卷渣现象，尤其是在出钢后期随着钢水液面的下降，会在出钢口上方钢液面产生贯通涡流，而且愈演愈烈促进渣钢乳化，使熔渣随钢流进入中间包，容易使中间包内钢液受到污染。此外，涡流还会卷入大量的空气并伴随钢液进入到中间包内部，涡流形成的卷渣及卷入的空气进入中间包后会与钢液发生氧化反应，不仅降低钢液洁净度，而且还会造成合金元素波动易出现成分不合。
随着用户对钢材质量要求的日益提高，需要不断的提高钢水质量，减少钢包出钢下渣量是提高钢水质量的一个重要指标。为了避免钢包中炉渣进入中间包，保证中间包中钢液的洁净度，许多生产优质钢的钢厂在连铸时采用了下渣检测的方法来防止炉渣进入到中间包内。目前，使用较多的减少钢包下渣主要方法有以下两种：
(1)电磁检测法
因为钢渣的磁导率显著低于钢水的磁导率，所以在钢渣中感应产生的磁场远远小于在钢水中产生的磁场。电磁检测法原理就是利用钢水与钢渣磁导率的不同来检测钢渣的。浇铸过程中，开始熔体全部为钢水，钢流中的磁场强度大，到浇钢的后期由于涡流使部分炉渣被卷入，形成钢水和炉渣混出，使熔体的磁导率下降，电磁场将减弱，在达到限定值时，示渣系统报警并关闭钢包的滑动水口。该方法虽然能够很好地控制钢包下渣，但钢包出钢末期钢渣混出初期，其检测信号比较微弱，部分炉渣已经进入到了中间包内，随着混渣量的增大，使检测信号达到关闭滑板的强度时，已经有相当的一部分炉渣流进中间包内。
(2)振动检测法
因为钢渣和钢水的比重相差较大，且其流动性也大不一样，所以在流经钢包长水口时，两者对长水口的冲刷作用必定有较大的差别。振动检测法就是利用钢水冲刷与钢渣冲刷引起的振动强度上的差异来监测长水口内钢水的流动状态，从而间接检测下渣。该法优点是设备简单，投资少，具有一定的防下渣作用。但不足是，由于各种环境振动与操作过程对振动的检测影响较大，检测的准确性受到一定的影响，容易产生误报现象。此外，该法与电磁检测法一样，在出钢末期，钢渣混出初期，其检测信号比较弱，部分炉渣已经进入到了中间包内，随着混渣量的增大，使检测信号达到关闭滑板的强度时，已经有相当的一部分炉渣流进中间包内。
从以上两种方法上来看，共同的弊端就是由于出钢末期旋涡的存在，导致检测信号检测有一个由弱变强的过程。在这一过程中，已经有部分炉渣进入到了中间包内，给钢液造成污染。如果将检测关闭滑板的信号设置过小，又势必会造成钢包内剩钢过多，增加了钢铁料消耗，使成本升高。可以看出，通过电磁检测、振动检测法等检测手段，再启动相关挡渣装置，可实现挡渣功能，但只能用于防止钢包下渣，不能防止钢包浇铸末期的旋涡卷渣现象。因此，为了消除钢包出钢下渣，消除涡流卷渣是关键。
为此，本发明提出了一种利用电磁力来抑制或抵消产生涡流的惯性力，进而降低产生涡流的临界高度或消除涡流的形成，从而达到减少钢包下渣为洁净钢生产创造条件。
发明内容
本发明的目的是为了通过对钢包出钢过程中出钢口内的钢水施加与形成涡流的惯性力相反的电磁力来降低涡流临界高度，使其减少卷渣或消除卷渣，进一步减少钢包出钢下渣量和减少钢包的残钢量，达到降低钢铁料消耗，提高中间包钢液洁净度的目的，为高附加值钢种的开发生产创造条件。
在钢包向中间包出钢过程中，由于受地球偏向力(科氏力)一种惯性力的作用下，当达到临界高度后，会在钢包出钢口上方出现一个重要流动现象钢液涡流。涡流的出现容易造成钢液卷渣抑制了钢液洁净度的提高，不利于高洁净钢的生产，成为了洁净钢生产中的瓶颈。涡流随着钢包内液面的下降而加强，尤其在出钢末期当钢液液位高度低于涡流临界高度时涡流卷渣越强甚至还能卷入气体，造成钢液的二次氧化，不利于高品质钢的生产。
为了克服这种不利影响，本发明基于电磁力搅拌原理，提出了一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法。通过在钢包出钢口外围布置的电磁搅拌装置如图1所示，向出钢口内的钢液施加与形成涡流的惯性力相反的电磁力来降低涡流临界高度，使其减少卷渣或消除卷渣，具体技术方案如下：
一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：初次安装时，先将电磁搅拌器封装在钢包下座砖的下部，使出钢口通道内的钢液能够处于电磁搅拌器的中心位置，在电磁搅拌器与下座砖的缝隙内填满隔热耐火材料；
步骤二：在钢包底部外壳上设有电源线引出口和冷却管路引出口；
步骤三：将封有电磁搅拌器的下座砖安装在钢包底部出钢孔位置后，把电源线与冷却管路从相应的引出口引出，将上座砖坐到下座砖之上，然后进行包底耐火砖以及其它部位的砌筑；
步骤四：烘烤好的钢包在盛装钢水时，通过冷却管路吹入压力为0.3～0.5MPa的氮气对电磁搅拌器进行冷却；
步骤五：在钢包吊到钢包回转台上之后，迅速接好电源线与冷却管路，在钢包开浇前，打开冷却管路对电磁搅拌器进行风冷却，并保证风压在0.5～0.8MPa；
步骤六：在钢包内的钢水达到总高度的三分之一时，电磁搅拌器进行通电对出钢口内的钢水进行搅拌抑制旋涡的产生，电磁搅拌器功率调整范围在30～100kW，电源频率调整范围在5～20Hz；
步骤七：在钢包内钢水出完后，关闭钢包出钢口并同时关闭电磁搅拌器的电源，对电磁搅拌器继续进行风冷。
所述隔热耐火材料为使用温度在1300℃，热导率在0.05～0.06W/m.K，隔热性能良好的蛭石。
所述电源线引出口距出钢口400～600mm，直径为30～50mm；冷却管路引出口距出钢口600～900mm，直径为40～60mm。
所述电磁搅拌器的工作模式分为三种，第一种为连续式，搅拌力为连续式，第二种为脉冲式，搅拌力为间断式，其脉冲频率为1～5Hz，第三种为交替式，搅拌力为正反两个方向，正反方向电磁力的交替时间为0.2～1s。
通过本方法可以获得如下有益效果：
1)减少钢包下渣量，普通钢包出钢时，在出钢末期由于旋涡会有大量的炉渣被卷入到中间包内，对中间包内的钢液造成二次污染，通过该方法能够消除旋涡，将钢包涡流卷渣量减少了80～90％；
2)减少了钢液的二次氧化，在没有施加电磁搅拌抑制钢包内涡流卷渣时，出钢后期由于涡流的形成会在涡流中卷入空气，并随钢液一同进入到钢包内部，在钢液的冲击搅拌作用下，很容易将钢液二次氧化，使钢液中的氧含量增高，遏制了钢液洁净度的提高。通过该方法可以避免空气的卷入，消除空气对钢液的二次氧化，为高附加值钢种的开发创造条件；
3)提高钢水收得率，在没有施加电磁抑制涡流卷渣前，由于涡流使钢渣混出的现象比较多，为了防止炉渣进入中间包内，往往会造成钢包内剩有较多残钢。通过该方法可以最大程度的避免钢渣混出现象发生，从而达到减少钢包内残钢剩余量，提高钢水收得率。
附图说明
图1为本发明中电磁搅拌器的安装示意图。
1：上座砖；2：包底耐火砖；3：下座砖；4：电磁搅拌器；5：隔热耐火材料；6：出钢口砖；7：冷却管路引出口；8：电源线引出口；9：钢包底部外壳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法，包括以下步骤：
步骤一：初次安装时，先将电磁搅拌器4封装在钢包下座砖3的下部，安装时要使出钢口砖6通道内的钢液能够处于电磁搅拌器4的中心位置，为了防止温度过高损坏电磁搅拌器4以及更好地固定电磁搅拌器4的位置，在电磁搅拌器4与下座砖3的缝隙内填满隔热耐火材料5，本发明中选用的隔热耐火材料5为使用温度在1300℃，热导率在0.05～0.06W/m.K隔热性能良好的隔热材料蛭石；
步骤二：在钢包底部外壳9距出钢口400～600mm和600～900mm的位置钻有直径为30～50mm的电源线引出口8和直径为40～60mm的冷却管路引出口7；
步骤三：将封有电磁搅拌器4的下座砖3安装在钢包底部出钢孔位置后，把电源线与冷却管路从相应的引出口引出，将上座砖1坐到下座砖3之上，然后进行包底耐火砖2以及其它部位的砌筑；
步骤四：烘烤好的钢包在盛装钢水时，如果钢水温度在1600～1680℃，安装在水口附近的电磁搅拌器4在隔热耐火材料5的保护下，能够保证其不被烧损；如果温度大于1680℃，为了防止电磁搅拌器4安装位置温度过高烧损电磁搅拌器4，在电磁搅拌器4没有工作的情况下，可通过冷却管路吹入压力为0.3～0.5MPa的氮气对电磁搅拌器4进行冷却；
步骤五：在钢包吊到钢包回转台上之后，迅速接好电源线与冷却管路，在钢包开浇前，打开冷却管路对电磁搅拌器4进行风冷却，并保证风压在0.5～0.8MPa；
步骤六：在钢包内的钢水达到总高度的三分之一时，电磁搅拌器4进行通电对出钢口内的钢水进行搅拌抑制旋涡的产生。搅拌模式分为三种模式，第一种为连续式，搅拌力为连续式，第二种为脉冲式，搅拌力为间断式，其脉冲频率为1～5Hz，第三种为交替式，搅拌力为正反两个方向，正反方向电磁力的交替时间为0.2～1s。三种搅拌模式其电磁搅拌器功率调整范围在30～100kW，电源频率调整范围在5～20Hz。在钢包内装入的钢水为高碳钢时，由于钢液温度相对较低包内炉渣黏度相对较大情况下，出钢中后期涡流形成的剪切力对钢渣界面的炉渣乳化作用相对较小，此时可以采用连续的搅拌模式对出钢口内的钢液进行搅拌来抑制涡流的生成，其搅拌功率可调整到45kW，频率调整到8Hz。在钢包内装入的钢水为低碳钢时，炉内炉渣黏度相对较小情况下，出钢中后期涡流形成的剪切力对钢渣界面的炉渣乳化作用相对较大，此时可以分为两个阶段进行控制，第一阶段在达到临界高度涡流形成初期，采用连续的搅拌模式，其功率调整范围在70kW，频率调整范围在10Hz为宜；第二阶段在临界高度以下，为了防搅拌力过强对钢渣界面的炉渣乳化，可以采用脉冲式搅拌，脉冲频率大小为0.5～4Hz，搅拌频率调整到15Hz，功率调整到40kW。钢包内装入的钢水是对氧含量有严格要求的纯净钢时，为了更能有效抑制出钢下渣，可以分为三个阶段进行控制，第一阶段在达到临界高度涡流形成初期，采用连续的搅拌模式，其功率可调整到80kW，频率调整到5Hz为宜；第二阶段在临界高度以下，为了防止搅拌力过强对钢渣界面的炉渣乳化，可以采用脉冲式搅拌，脉冲频率大小为3Hz，功率大小为50kW为宜；第三阶段在出钢接近终了时，防止搅拌力产生的不利影响，可采用正反两个方向交替的电磁力搅拌模式，正反方向电磁力的交替时间为0.5s，功率大小为35kW为宜，能够防止末期电磁力对卷渣带来的不利影响；
步骤七：在钢包内钢水出完后，关闭钢包出钢口并同时关闭电磁搅拌器4的电源，为了确保电磁搅拌器4的安全，可以继续对电磁搅拌器4进行风冷。
Claims (3)
1.一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：初次安装时，先将电磁搅拌器封装在钢包下座砖的下部，使出钢口通道内的钢液能够处于电磁搅拌器的中心位置，在电磁搅拌器与下座砖的缝隙内填满隔热耐火材料，所述隔热耐火材料为使用温度在1300℃，热导率在0.05～0.06W/m.K，隔热性能良好的蛭石；
步骤二：在钢包底部外壳上设有电源线引出口和冷却管路引出口；
步骤三：将封有电磁搅拌器的下座砖安装在钢包底部出钢孔位置后，把电源线与冷却管路从相应的引出口引出，将上座砖坐到下座砖之上，然后进行包底耐火砖以及其它部位的砌筑；
步骤四：烘烤好的钢包在盛装钢水时，如果钢水温度在1600～1680℃，安装在水口附近的电磁搅拌器在隔热耐火材料的保护下，能够保证其不被烧损；如果温度大于1680℃，为了防止电磁搅拌器安装位置温度过高烧损电磁搅拌器，通过冷却管路吹入压力为0.3～0.5MPa的氮气对电磁搅拌器进行冷却；
步骤五：在钢包吊到钢包回转台上之后，迅速接好电源线与冷却管路，在钢包开浇前，打开冷却管路对电磁搅拌器进行风冷却，并保证风压在0.5～0.8MPa；
步骤六：在钢包内的钢水达到总高度的三分之一时，电磁搅拌器进行通电对出钢口内的钢水进行搅拌抑制旋涡的产生；电磁搅拌器功率调整范围在30～50kW，电源频率调整范围在5～10Hz；
步骤七：在钢包内钢水出完后，关闭钢包出钢口并同时关闭电磁搅拌器的电源，继续对电磁搅拌器进行风冷。
2.根据权利要求1所述的一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法，其特征在于所述电源线引出口距出钢口400～600mm，直径为30～50mm；冷却管路引出口距出钢口600～900mm，直径为40～60mm。
3.根据权利要求1所述的一种钢包出钢末期抑制涡流卷渣的方法，其特征在于所述电磁搅拌器的工作模式分为三种，第一种为连续式，搅拌力为连续式，第二种为脉冲式，搅拌力为间断式，其脉冲频率为1～5Hz，第三种为交替式，搅拌力为正反两个方向，正反方向电磁力的交替时间为0.2～1s。
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| CN107774975A (zh) | 2018-03-09 |
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