CN109954871A - 一种浸入式水口加热旋转装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种浸入式水口加热旋转装置。所述装置包括控制系统，还包括感应器和测温装置，所述感应器套设于所述浸入式水口外侧且与所述中间包底部连接，所述测温装置装在所述浸入式水口旁侧与所述控制系统电连接；所述感应器内设有缠绕在浸入式水口外侧的、呈锥形的螺线管状的线圈，所述线圈的直径自上向下逐渐递减；所述线圈与所述控制系统电连接。与相关技术相比，本发明所提供的浸入式水口加热旋转装置通过对浸入式入口钢水进行加热和控制钢水流动方式，以实现对进入结晶器内钢水的温度及流动方式的控制，一步到位，能耗小，可降低大包温度及均匀结晶器内钢水温度。本发明还提供一种浸入式水口加热旋转装置的工作方法。
Description
技术领域
本发明涉及中间包上浸入式水口内钢液的加热及制动，属于钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种浸入式水口加热旋转装置及其工作方法。
背景技术
钢铁连铸机械包括大包、中间包和结晶器，所述大包位于中间包上段，用于给中间包输送钢水；所述结晶器位于中间包下段，所述中间包通过其底部设置的浸入式水口向结晶器输送钢水。钢铁连铸中，低过热恒温浇注是追求的目标，进入结晶器内钢水的温度是关键指标，其对铸坯质量有着必然的影响。而现有的设备中，均没有设置控制结晶器内温度的装置结构，导致铸坯质量难以控制，影响成品率。另外，浸入式水口是中间包内钢水进入结晶器里的通道，如果通入其内的钢水温度过低，则会出现冻流或出现夹杂物结瘤引起的堵塞的现象，会引起生产事故。如果进入结晶器内的钢水温度不恒定，则铸铁质量难以控制。
因此，有必要提供一种浸入式水口加热旋转装置及工作方法解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有设备中不能实现主动控制结晶器内温度及流动方式的弊端，提供一种浸入式水口加热旋转装置及工作方法来实现主动控制结晶器内钢水温度及钢水流动方式。
本发明的技术方案是：一种浸入式水口加热旋转装置用于对安装在中间包底部的浸入式水口内的钢水进行加热和制动，其包括控制系统，还包括感应器和测温装置，所述感应器套设于所述浸入式水口外侧且与所述中间包底部连接，所述测温装置装在所述浸入式水口旁侧，其信号输出线与所述控制系统电连接；所述感应器内设有缠绕在浸入式水口外侧的、呈锥形的螺线管状的线圈，所述线圈的直径自上向下逐渐递减；所述线圈与所述控制系统电连接。
钢铁连铸中，需要控制进入结晶器内钢水的温度及流动方式，这两项指标控制得好，就能够得到特别好的铸坯质量。而控制好结晶器内钢水的流场的最直接途径是通过控制浸入式水口内的钢水温度及流动方式实现的。上述技术方案中的感应器安装在中间包上，当浸入式水口内有钢液流动时，开启感应加热装置使浸入式水口内的钢水加热到目标温度。加热的同时，由于感应器内绕制的线圈的锥形螺线管结构，且该线圈的直径自上向下递减，可以使钢液得到一个向上的悬浮力，这个力可以控制钢液的流动方式，让钢水旋转。通过所述感应器对钢水加热及控制流动方式，从而实现主动控制结晶器内钢水温度及流动方式，得到良好的铸坯质量。另外通过感应器控制浸入式水口内的钢水温度可以避免浸入式水口内钢水温度低发生的冻流现象，钢水流速的制动可以避免浸入式水口发生因夹夹杂物结瘤引起的堵塞现象。
因感应器在使用时自身会产生热量，外加上浸入式水口的辐射热的累积，会对线圈造成损坏，为避免这一现象，所述加热制动装置还包括用于冷却线圈的冷却装置。
优选的，所述线圈为空心铜管绕制，所述冷却装置与线圈的空心铜管连通。
优选的，所述冷却装置的介质为冷却水，该冷却水的电导率≤50μs/cm。
优选的，所述感应器还包括外壳、设于外壳上端的安装架、在所述外壳中部贯通的耐火材料防护筒，所述浸入式水口自所述耐火材料防护筒穿过，所述线圈缠绕在所述耐火材料防护筒外侧，所述耐火材料防护筒与外壳之间设有灌封材料，所述安装架与中间包的底部连接。
所述的外壳为中空的圆柱体形状，外壳直径≤每两流间距D1的(1/2D1-100)mm，其高度：200mm≤高度≤300mm。所述安装架的高度≤50mm。
所述耐火材料防护筒为中空的圆柱体形状，内径≥浸入式水口外径D2的(D2+5)mm，其安装在外壳的内孔中，浸入式水口从其中心通过。
所述的耐火材料防护筒由耐火材料制成，能够耐温1000℃以上，且里面不能够有导磁成分的材料。
为了进一步提升实现加热与制动的功能，所述线圈为正反绕线式结构。
优选的，所述浸入式水口为分体式水口。
本发明还提供一种浸入式水口加热旋转装置的工作方法，包括如下步骤：
步骤一、当钢水从浸入式水口流出后开启控制系统；
步骤二、所述测温装置连续感应得到的浸入式水口的温度信号反馈给所述控制系统；
步骤三、所述控制系统根据温度信号适时调整感应器的工作参数，如果测温装置感应得到的浸入式水口的温度低于预设温度，所述控制系统发出指令启动所述感应器，对通入的钢水进行感应加热至预设温度；温度补偿的同时，钢水受线圈产生的对浸入式水口内钢水旋转力，可使浸入式水口出口处的钢水旋转，使结晶器内各处钢水的温度一致，并减少浸入式水口堵塞、结瘤现象；
步骤四、完成浇铸，依次关闭测温装置、控制系统和冷却装置。
优选的，在所述步骤一中，启动冷却装置，并在步骤三中，对线圈通水持续冷却。
与相关技术相比，本发明具有以下有益效果：
一、浸入式水口内的钢水是进入结晶器内的最后通道，因此加热浸入式水口内的钢水是最直接的，最经济的，可以一步到位，能耗小的；
二、可降低大包温度；
三、控制浸入式水口内钢水的温度可以避免因为浸入式水口内钢水的温度低造成的冻流现象；
四、控制浸入式水口内钢水的流速便有效控制了结晶器内的钢水流场，为最有效、直接的控制方法；
五、控制浸入式水口内钢水的流速可以避免水口因夹杂物结瘤引起堵塞的现象；
六、设备本体小，重量轻，每个浸入式水口安装一台，可以实现多个水口分别控制，温度更加精准。
附图说明
图1为本发明提供的浸入式水口加热旋转装置安装的结构示意图；
图2为本发明提供的浸入式水口加热旋转装置中的感应器的剖视结构示意图；
图3为图2的俯视图。
附图中，1-感应器、2-测温装置、3-控制系统、4-冷却装置、B1-浸入式水口、B2-中间包、L1-安装架、L2-外壳、L3-灌封材料、L4-耐火材料防护筒、L5-线圈。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
如图1所示，本发明提供的一种浸入式水口加热旋转装置，用于对贯穿于中间包底部的浸入式水口进行加热和改变钢水运动方式，其包括感应器1、测温装置2、控制系统3、冷却装置4、浸入式水口B1和中间包B2。
如图1～图3所示，所述感应器1包括安装架L1、外壳L2、灌封材料L3、耐火材料防护筒L4和线圈L5。所述感应器1通过所述安装架L1通过螺栓安装在中间包B2的底部。所述的外壳L2为中空的圆柱体形状，所述外壳L2的外径为250mm，内径为90mm，高度为300mm。所述安装架L1设于所述外壳L2的上端。所述耐火材料防护筒L4在所述外壳L2中部贯通，所述的耐火材料防护筒由耐火材料制成，能够耐温1000℃以上，且里面不能够有导磁成分的材料。
浸入式水口B1浸入式水口的外径为φ80mm，长度为1250mm，其上半段自所述耐火材料防护筒L4中穿过、深入至中间包B2内。所述线圈L5收容于外壳L2内、以锥形螺纹管形状、正反绕线式缠绕于耐火材料防护筒L4外，所述线圈自中间包B2向浸入式水口B1的出口逐渐递减。所述耐火材料防护筒L4和外壳L2之间设有灌封材料L3。所述灌封材料L3为耐火材料，起固定作用。
所述线圈L5为空心铜管绕制，所述冷却装置4与线圈L5连通。所述冷却装置4的介质为冷却水，该冷却水的电导率≤50u。冷却水自冷却装置4流入到线圈L5中又回到冷却装置4，如此循环实现对线圈的冷却。
所述测温装置2装在所述浸入式水口旁侧，其信号输出线与所述控制系统电连接。所述测温装置2能够实现连续不间断的感应浸入式水口B1内钢水的温度，并反馈给控制系统3。所述控制系统3为变频交流电源控制系统，该变频电源控制系统能够给感应器1提供频率范围在10hHz-100hHz之间，电压600-1000v之间，电流2000-6000A之间的能源，根据现场实际使用工况做电气参数的调整。
连续不断的钢水从水口内流出后开启感应加热，开启的顺序为感应器1、冷却装置4、测温装置2、控制系统3。测温装置2感应测得的连续温度信号，适时反馈给控制系统3、控制系统3根据温度信号适时调整电气参数，保持浸入式水口B1内钢水的温度及控制钢水的流动方式。
实施例
制作两套如图1所示的浸入式水口加热旋转装置，分别安装在钢厂的连铸机的第一、第二流浸入式水口的中间包B2的底部上。具体安装方法如下：
(1)安装浸入式水口，调整好浸入式水口中心；
(2)感应器穿过浸入式水口，再将感应器本体利用其上的安装架固定在中间包包底，且感应器本体的中心与浸入式水口中心的同轴度误差不大于3mm；
(3)将感应器与冷却装置连接，将感应器与控制系统连接，将测温装置与控制系统的信号连接。
所述浸入式水口B1选用外径φ80mm，总长度：1250mm的分体式水口，该装置的电气参数如下：频率：800Hz，电流：100----1000A可调，电压：600-1400V可调，在此参数下线圈L5的冷却水流量固定为1吨/小时，保持线圈L5的温度不大于65℃，测温装置2测温范围为1000-1600℃连续输出，具体实施步骤如下：
步骤一、准备条件：如某钢种的最佳过热度为30℃，液相线温度为1400℃，则流入到结晶器内钢水的最佳温度为1430℃；
步骤二、当大包内钢水流入到中间包，从浸入式水口B1连续不断流出至结晶器时，开启变频电源控制系统3和冷却装置4；
步骤三、测温装置2连续感应得到的浸入式水口B1的温度信号反馈给控制系统3，该温度信号为所述控制系统3作为调节电气参数的依据，控制系统将调节的电气参数转为控制指令，发送给感应器1的线圈L5；
步骤四、如检测到的其中第一流浸入式水口温度为1430℃，第二流温度为1420℃，显然1420℃低于1430℃，则第二流需要开启感应加热补偿10℃的损失；
步骤五、开启感应加热：加热是靠线圈通过交流电产生的磁场，该磁场作用在浸入式水口内的钢液上后，钢液产生感应电流，钢液本身有电阻，通过该电阻加热，即感应加热。其频率800Hz，电流500A，电流900V时满足补偿温度的需求，补偿后流入到结晶器内的钢水温度为1430℃；温度补偿的同时，线圈对浸入式水口内的钢水产生一种向上的悬浮力，该悬浮力使得浸入式水口内的钢水旋转落入到结晶器中，使得结晶器内的钢水旋转。该旋转一方面可减少浸入式水口内钢水的冲击深度，另一方面可使结晶器内钢水温度均匀，让结晶器内各处钢水的温度一致，以改善结晶器内钢水的温度及流场；温度补偿的同时，浸入式水口内钢水受到的旋转力可以减少堵塞、结瘤等现象。另外，加热的同时，冷却装置4对线圈L5持续通水冷却。
步骤六，完成浇铸后，依次关闭测温装置2、控制系统3和冷却装置4。
如果不使用该加热制动装置，大包温度会大于过热度70℃，为1470℃。
通水实施上述实施例：
(1)使得大包温度降低20℃，即大包温度为1450℃，可以实现非常大的经济效益，降低大包温度就可降低出钢前的精炼温度，简单测算如下：降低精炼电耗的同时能降低电极的消耗，若按150吨钢包生产数据显示，电价按0.36元/Kwh，钢水没升温1℃，消耗电能100kwh，消耗电极0.9Kg。可以得出如下结论：吨钢升温1℃耗电约0.67KWh/吨.℃，同时消耗电极0.006Kg/吨.℃。
按照平均大包温度降低10℃计算，一个钢包节约费用如下：
①一个钢包可节电：20×0.67×150＝2010KWh，则每吨钢节约如下：电耗：2010KWh/150＝13.4KWh/吨，电耗节约费用为13.4×0.36＝4.8元/吨；②一个钢包节约电极：0.006×20＝0.12Kg＝0.00012吨，电极节约费用为0.00012×70000＝8.4元/吨。
(2)每流结晶器内的钢水温度均匀，使得结晶器钢水的过热度能够控制在4℃以内。
(3)铸坯质量有明显提升，等轴晶比例提高10％以上，铸坯偏析等级降低0.5级。
(4)解决浸入式水口由于夹杂物堵塞结瘤的问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种浸入式水口加热旋转装置，用于对安装在中间包底部的浸入式水口内的钢水进行加热和制动，其包括控制系统，其特征在于，还包括感应器和测温装置，所述感应器套设于所述浸入式水口外侧且与所述中间包底部连接，所述测温装置装在所述浸入式水口旁侧，其信号输出线与所述控制系统电连接；所述感应器内设有缠绕在浸入式水口外侧的、呈锥形的螺线管状的线圈，所述线圈的直径自上向下逐渐递减；所述线圈与所述控制系统电连接。
2.根据权利要求1所述的浸入式水口加热旋转装置，其特征在于，还包括用于冷却线圈的冷却装置。
3.根据权利要求2所述的浸入式水口加热旋转装置，其特征在于，所述线圈为空心铜管绕制，所述冷却装置与线圈的空心铜管连通。
4.根据权利要求3所述的浸入式水口加热旋转装置，其特征在于，所述冷却装置的介质为冷却水，该冷却水的电导率≤50μs/cm。
5.根据权利要求1所述的浸入式水口加热旋转装置，其特征在于，所述感应器还包括外壳、设于外壳上端的安装架、在所述外壳中部贯通的耐火材料防护筒，所述浸入式水口自所述耐火材料防护筒穿过，所述线圈缠绕在所述耐火材料防护筒外侧，所述耐火材料防护筒与外壳之间设有灌封材料，所述安装架与中间包的底部连接。
6.根据权利要求1所述的浸入式水口加热旋转装置，其特征在于，所述线圈为正反绕线式结构。
7.根据权利要求1所述的浸入式水口加热旋转装置，其特征在于，所述浸入式水口为分体式水口。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的浸入式水口加热旋转装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、当钢水从浸入式水口流出后开启控制系统；
步骤二、所述测温装置连续感应得到的浸入式水口的温度信号反馈给所述控制系统；
步骤三、所述控制系统根据温度信号适时调整感应器的工作参数，如果测温装置感应得到的浸入式水口的温度低于预设温度，所述控制系统发出指令启动所述感应器，对通入的钢水进行感应加热至预设温度；温度补偿的同时，钢水受线圈产生的对浸入式水口内钢水旋转力，可使浸入式水口出口处的钢水旋转，减少浸入式水口堵塞、结瘤现象；
步骤四、完成浇铸后，依次关闭测温装置、控制系统和冷却装置。
9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，在所述步骤一中，启动冷却装置，并在步骤三中，所述冷却装置对线圈通水持续冷却。
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