CN110000367A - 熔融物处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔融物处理装置包括：容器，其内部形成有熔融物收容空间，所述容器的一侧配置有熔融物注入部，而另一侧形成有熔融物排出口；坝，其配置在注入部和排出口之间，所述坝设置在容器的底部；贯穿口，其形成在坝上，贯穿口根据与所述注入部的距离流动截面积不同。所述熔融物处理装置容易降低收容于容器的熔融物的流速。

Description

熔融物处理装置

技术领域

本发明涉及一种熔融物处理装置。更具体地，本发明涉及一种容器内部不用设置其他结构体即可顺利地降低收容于容器的熔融物的流速的熔融物处理装置。

背景技术

常规连铸设备由搬运钢水(molten steel)的钢包(Ladle)、从钢包接收钢水暂存的中间包(Tundish)、从中间包持续接收钢水并一次凝固成铸坯(Slab)的结晶器(Mold)、将从结晶器连续拉拔出的铸坯进行二次冷却并实施一系列成型操作的冷却台组成。

钢水在中间包经历夹杂物被浮选分离，熔渣变得稳定，防止再氧化。然后，钢水在结晶器以铸坯形状形成初始凝固层，此时决定铸坯的表面品质。决定铸坯的表面品质时，相对于夹杂物的钢水洁净度有很大影响。

如果相对于夹杂物的钢水洁净度差，则夹杂物导致的结晶器内钢水的异常流动会造成铸坯的表面品质下降。此外，夹杂物本身也是造成铸坯表面缺陷的原因。

相对于夹杂物的钢水洁净度取决于中间包。例如，在中间包中钢水停留期间，由于钢水与夹杂物的比重差，钢水中的夹杂物会上浮到钢水液面，进而从钢水分离出夹杂物，根据钢水停留在中间包浮选分离出夹杂物的程度，相对于夹杂物的钢水洁净度大不相同。钢水停留在中间包内部的时间越长越容易浮选分离出钢水中的夹杂物，相对于夹杂物的钢水洁净度大幅提升。

另外，当钢水注入中间包时，钢水撞击中间包的底部而产生强烈的湍流。湍流阻碍中间包内部引发适当的钢水上升流，最终导致在中间包内部出现钢水的停滞区，进而妨碍顺利地浮选分离出夹杂物。此外，湍流会将中间包覆盖剂(tundish flux)引入钢水内部，还会增加钢水与空气接触的机会。

目前，通过在中间包内设置冲击垫(impact pad)使钢水先与其冲撞的方式来抑制产生湍流。然而，这种方式由于冲击垫过度降低钢水的流速，因此存在中间包内不会产生充分的上升流的问题。此外，还存在冲击垫的上方产生钢液裸露的问题。另外，由于冲击垫是一次性的，还存在下次连铸工艺中无法再使用的问题。再者，一直以来都是通过在中间包内构建几何结构体来强行控制钢水的流动。然而，这种方式不仅减少中间包的容积，而且因过度使用耐火材料而导致制作费用和制造成本上升。

本发明的背景技术记载于下述专利文献。

在先技术文献

专利文献1：EP 2 193 861 A1

专利文献2：JP P2001-286992 A

发明内容

技术问题

本发明提供一种可降低收容于容器的熔融物的流速的熔融物处理装置。

本发明提供一种可增加熔融物的停留时间的熔融物处理装置。

本发明提供一种可减少容器内出现熔融物停滞区的熔融物处理装置。

本发明提供一种容器内不用设置其他结构体即可利用简单的结构优化容器内的熔融物流场的熔融物处理装置。

技术方案

根据本发明的实施方案的熔融物处理装置包括：容器，其内部形成有熔融物收容空间，所述容器的一侧配置有熔融物注入部，而另一侧形成有熔融物排出口；坝，其配置在所述注入部和排出口之间，所述坝设置在所述容器的底部，并与所述容器的两侧壁相连；以及贯穿口，其形成在所述坝上，所述贯穿口根据与所述注入部的距离流动截面积不同。

所述熔融物处理装置还包括：堰，其配置在所述注入部和坝之间，所述堰离开所述底部，并与所述两侧壁接触，所述贯穿口可沿着从所述一侧向另一侧的方向形成。

所述贯穿口可以形成至少一个以上。

所述贯穿口可以是距离所述注入部越远流动截面积越大。

所述贯穿口可以形成在所述坝的下部，并与所述底部接触。

所述贯穿口的内壁可直接连接到所述底部。

所述贯穿口包括形成在所述注入部侧的入口、形成在所述排出口侧的出口、及连接所述入口和所述出口的通道，所述出口的面积可大于所述入口。

所述入口的宽度可以是所述排出口的宽度的0.1倍以上。

所述出口的宽度大于所述入口的宽度，并且可与所述坝的顶面高度相同或者小于所述坝的顶面高度。

所述通道可以形成为流动截面积从所述入口向所述出口连续增加。

所述通道的内壁可包括至少一个斜面。

发明效果

根据本发明的实施方案，容器内不用设置其他结构体即可利用简单的结构优化容器内的熔融物流场。也就是说，将坝设置在容器的下部，坝上形成贯穿口后，通过使贯穿口的出口侧面积大于入口侧面积，可以大大降低熔融物通过贯穿口的速度。如此，在容器的底部形成钢水的稳定流动，从而可以降低收容于容器的熔融物的流速，并且可以减少容器内出现熔融物停滞区。因此，可以增加熔融物的停留时间，还可以优化容器内的熔融物的流场。

由此，顺利地浮选分离出熔融物中的夹杂物，进而提高熔融物的洁净度，可以提高制备成熔融物的产品的品质。此外，容器内不用设置用于降低熔融物的流速的其他结构体，因此可以降低制造成本。

附图说明

图1是根据本发明实施例的熔融物处理装置的示意图。

图2是根据本发明实施例的坝和贯穿口的示意图。

图3是用于说明根据本发明实施例的贯穿口内的流动特性的模式图。

图4是示出根据本发明实施例的熔融物处理工艺的钢水流动的视图。

图5是示出根据本发明对比例的熔融物处理工艺的钢水流动的视图。

图6是将由根据本发明实施例的熔融物处理工艺的结果得到的熔融物的最短停留时间与对比例进行对比的柱形图。

图7是将由根据本发明实施例的熔融物处理工艺的结果得到的容器内停滞区的面积与对比例进行对比的柱形图。

具体实施方式

下面参照附图进一步详细描述本发明的实施例。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于下面公开的实施例，本发明提供下述实施例意在充分公开本发明，以使所属领域的普通技术人员了解本发明的范围。在附图中同一标记表示同一组件。

根据本发明实施例的熔融物处理装置揭露了可有效降低熔融物的流速的技术特征。根据本发明实施例的熔融物处理装置可应用于炼铁厂的连铸工艺，还可应用于各种利用熔融物的不同铸造工艺。

下面以连铸工艺为准描述本发明实施例。

图1是根据本发明实施例的熔融物处理装置的示意图。此时，图1之(a)是熔融物处理装置的立体图，图1之(b)是熔融物处理装置的剖视图。图2是根据本发明实施例的坝和贯穿口的示意图。图2之(a)是坝和贯穿口的立体图，图2之(b)是坝和贯穿口的正视图，图2之(c)是坝和贯穿口的剖视图。

参照图1和图2详细描述根据本发明实施例的熔融物处理装置。

根据本发明实施例的熔融物处理装置包括：容器10，其内部形成有熔融物收容空间，所述容器10的一侧配置有熔融物注入部1，而另一侧形成有熔融物排出口12；坝30，其配置在注入部1和排出口12之间，所述坝30设置在容器10的底部11，并与容器10的两侧壁14相连；贯穿口40，其形成在坝30上，所述贯穿口40根据与注入部1的距离流动截面积不同。

熔融物处理装置还可包括：堰20，其配置在注入部1和坝30之间，所述堰20离开底部11，并与两侧壁14接触。

熔融物(未图示)可包含钢水。熔融物可装在搬运容器如钢包(未图示)搬运至熔融物处理装置。熔融物可配置在容器10的上侧，并连接到注入部1。熔融物可通过注入部1注入容器10的内部。当然，熔融物也可以是钢水之外的各种熔融物。

注入部1是熔融物可通过的耐火材料水口，可以是长水口(shroud nozzle)。注入部1可安装到机械手(manipulator，未图示)上，通过机械手的上升结合到搬运容器的下水口(collector nozzle，未图示)。注入部1可配置在容器10的一侧并离开底部11，可位于容器10的上部具有预定高度，且至少一部分位于容器10的内部。

容器10其内部形成有熔融物收容空间，所述容器10的一侧配置有熔融物注入部1，而另一侧形成有熔融物排出口12。容器10可包含中间包。中间包具有船型、V型及H型等各种形状，在实施例中作为容器10例示出了船型中间包。

另外，中间包的形状根据钢水的种类、性质、连铸量、产品形状、尺寸等来确定。对此实施例中无需特别限制。

容器10可包括沿着一个方向(X)及另一个方向(Y)延伸的长方形底部11、顺着底部11的边缘中两侧短边沿着所述另一个方向分别延伸且沿着上下方向(Z)突出的一对壁体13、顺着底部11的边缘中两侧长边沿着所述一个方向分别延伸且沿着上下方向突出的两侧壁14。

由底部11、一对壁体13及两侧壁14形成熔融物收容空间。一对壁体13可在所述一个方向上相对，而两侧壁14可在所述另一个方向上相对。底部11的一侧配置有注入部1，可以在底部11的一侧配置成沿着上下方向离开底部11。可以沿着上下方向贯穿底部11的另一侧而形成排出口12如出钢口。底部11可以是另一侧高度低于一侧高度的阶梯形状，但是对此不会特别限制。

从容器10的下侧贯穿排出口12而设置排出水口(未图示)如浸入式水口，可以围绕浸入式水口的下部配置结晶器(未图示)。排出口12通过滑动水口(slide gate，未图示)来控制开度，其作用是将熔融物排出到结晶器。结晶器可以使熔融物凝固成铸坯。结晶器的下侧设置冷却台(未图示)。冷却台可以对从结晶器连续拉拔出的铸坯进行冷却及压制并实施一系列的成型操作。通过冷却台的铸坯在切割单元(未图示)被切割，并输送到轧制设备或者根据用途输送到各种后处理设备。

容器10发挥对供应到结晶器(未图示)的熔融物供应量进行调节及分配的功能、降低熔融物的荷重所导致的压力如铁水静压力的功能以及通过控制熔融物的流动清除夹杂物以提高洁净度的功能。此时，为了清除夹杂物，容器10的下部设置坝30，而上部设置堰20。堰20和坝30沿着所述一个方向分隔开。坝30和堰20通过控制熔融物的流动来增加熔融物的停留时间，从而起到使熔融物中含有的熔渣及夹杂物上浮到熔融物的上面如液面的作用。上浮到熔融物的上面的熔渣和夹杂物从熔融物中分离出，因此可以最大限度的减少夹杂物和熔渣混入到结晶器。

堰20配置在注入部1和坝30之间，所述堰20离开底部11，可沿着所述另一个方向延伸并与两侧壁14接触。堰20可沿着所述另一个方向横跨容器10的上部而延伸，并与两侧壁14相连。在容器10的内部，堰20可将注入部1附近的熔融物引向底部11侧。

坝30配置在注入部1和排出口12之间，所述坝30设置在容器10的底部11，并沿着所述另一个方向延伸而连接到容器10的两侧壁14。坝30起到使引向底部11侧的熔融物流上升到容器10上部的作用。

另外，坝30上形成有贯穿口40，以将尽量多的熔融物送到排出口12侧。为了结构上的稳定，贯穿口40形成为具有圆形截面或半圆形截面。贯穿口40起到降低残留钢水量以及形成从注入部1侧流向排出口12侧的熔融物的单向流动的作用。

在本发明实施例中，通过控制通过贯穿口40的熔融物的流动，可以降低熔融物的流速，可以增加熔融物的停留时间，可以优化熔融物的流场。下面说明贯穿口40的具体结构。

贯穿口40可以在坝30上贯穿形成。此时，贯穿口40沿着从一侧向另一侧的方向形成，由此使熔融物从注入部1侧通过而到达排出口12侧。也就是说，贯穿口40形成为可使熔融物通过。

在贯穿口40的熔融物与漫溢过坝30的上侧的熔融物的流动相比以较高的速度排出时，熔融物的流动会变得不稳定。熔融物的速度大致上是由贯穿口40的入口面积和出口面积之差来控制的，当贯穿口40的入口面积和出口面积相同时，熔融物不会减速，而是以较高的速度排出，因此熔融物的流动会变得不稳定。

因此，为了降低熔融物的流速，贯穿口40形成为根据与注入部1的距离流动截面积不同。具体地，贯穿口40形成为距离注入部1越远流动截面积越大。也就是说，贯穿口40可在熔融物沿着底部11流动的方向上流动截面积增加。

流动截面积是指垂直于熔融物流入方向的截面积。如此，当流动截面积在流动的方向上变大时，在正常状态的非压缩性流动下具有流动的出口侧比入口侧流速降低的效果。因此，贯穿口40将流进入口的熔融物排出到出口时，大大降低熔融物的排出速度，可以控制在所希望的速度范围内。由此，可在底部11形成稳定的熔融物的流动。贯穿口40的入口是指注入部1侧的开口，而出口是指排出口12侧的开口。

贯穿口40可沿着所述一个方向贯穿坝30的下部并与底部11接触。此时，贯穿口40的内壁可与底部11接触。贯穿口40可具有半圆形的截面形状。当然，对此没有特别限制。例如，贯穿口40其截面形状可以是圆形或椭圆形或各种弓形，也可以是各种多边形。

贯穿口40其内壁直接连接到底部11。也就是说，半圆形截面的弦部分可由底部11形成，而弧部分可由贯穿口40的内壁形成。由于贯穿口40接触底部11而形成，可以在底部11更稳定地形成熔融物的流动。

贯穿口40可包括形成在注入部1侧的入口、形成在排出口侧且面积大于入口的出口、以及连接入口和出口的通道。贯穿口40的入口宽度可以是排出口12的宽度的0.1倍以上。贯穿口40的入口宽度是指上下方向的宽度。具体地，贯穿口40的截面形状为半圆时，宽度是指半圆的半径。另外，贯穿口40的截面形状不是半圆时，贯穿口40的入口宽度可以是以入口截面形状的中心为准的平均半径。排出口12的宽度是指排出口12的直径。当贯穿口40的入口宽度小于排出口12的宽度的0.1倍时，流过贯穿口40的熔融物的流动量比从排出口12排出的熔融物的流动量小得多，从容器10流向结晶器的熔融物流动会受到影响。因此，将贯穿口40的入口宽度设置成大于排出口12的宽度的0.1倍。

更优选地，贯穿口40的入口宽度可以是排出口12的宽度的1倍以上。在此情况下，从容器10流向结晶器的熔融物流动会更顺畅。

贯穿口40的入口宽度的上限根据贯穿口40的出口宽度来确定。也就是说，贯穿口40的入口宽度小于贯穿口40的出口宽度，具体地贯穿口40的入口宽度的上限具有小于贯穿口40的出口宽度的上限的值。也就是说，贯穿口40应当入口的宽度总是小于出口的宽度。贯穿口40的出口宽度作为出口的上下方向的宽度，从半圆形状的截面上看可以是出口的半径或出口的平均半径。贯穿口40的出口宽度大于入口的宽度，可与坝30的顶面高度(h)相同或小于坝30的顶面高度(h)。另外，坝30的顶面高度(h)可以是形成在容器10内部的熔融物收容空间高度的0.5倍以下。根据坝30的顶面高度(h)熔融物收容空间的熔融物流动可以改变。当坝30的顶面高度(h)大于熔融物收容空间高度的0.5倍时，就会难以稳定地控制熔融物的流动。此时，从底部11的一侧至一对壁体13的顶端的高度可以是熔融物收容空间的高度。

上述的贯穿口40的出口宽度和入口宽度的条件如下述关系式1及关系式2。

关系式1)r1<r2≤h

关系式2)r1≥0.1×D

r1是贯穿口40的入口半径，r2是贯穿口40的出口半径，h是坝30的顶面高度，D虽未图示，但是表示排出口12的直径。

藉由这种结构，可以降低通过贯穿口40从注入部1侧流向排出口12侧的熔融物的速度，因此可以增加熔融物的停留时间。

如上所形成的贯穿口40的通道可以是流动截面积从入口向出口连续增加。也就是说，贯穿口40的内壁从截面形状来看，可以是从容器10的一侧向另一侧朝上倾斜的斜面。

当然，斜面可以是直线形状，也可以是曲线形状。另外，通道的内壁可包括至少一个斜面。也就是说，斜面可以是具有单一倾斜度的单一斜面，也可以是按照区段倾斜度不同的复合斜面。区段是指根据沿着所述一个方向的距离的内壁中的预定区段(未图示)。

另外，贯穿口40可以形成至少一个以上。在实施例中例示出了一个贯穿口40，但是根据实施例的变形例，贯穿口40也可以形成在沿着坝30的所述另一个方向隔开的多个位置上。此时，沿着所述一个方向贯穿各贯穿口40中心的中心轴相互平行或者可以呈预定角度。当中心轴呈预定角度时，可以按照所希望的方式将熔融物的流动控制成各式各样。例如，可在所述一个方向控制熔融物的流动，也可在所述另一个方向上控制熔融物的流动。

如上所形成的熔融物处理装置比如可称为高洁净钢用熔融物处理装置。根据实施例，容器10的内部无需设置额外的冲击垫或耐火材料结构体，通过如上形成贯穿口40的结构，藉由简单的结构可以大大降低熔融物的流速，增加停留时间，使得夹杂物浮选分离的效率最大化。

图3是用于说明根据本发明实施例的贯穿口内的流动特性的模式图。

参照图3说明针对根据本发明实施例的贯穿口40结构的理论背景。连续方程(continuity equation)是从质量守恒定律的角度说明流动中的流体的运动的方程。

假设流体填满流动管并沿着流体流动方向以正常(steady)状态流动，则通过任意截面积的每单位时间的流体质量即质量流量如下述关系式3。

关系式3)质量流量＝截面积×速度×密度＝A1×V1×ρ1

流动管内的流动是正常流动时，通过截面积A1和截面积A2的每单位时间的流体的质量应该相同，因此可以导出下述的关系式4。

关系式4)正常状态质量流量＝A1×V1×ρ1＝A2×V2×ρ2

此时，如果流体为熔融物如钢水等非压缩性流体，则在流动管内部不会有密度变化，因此可以导出下述的关系式5。

关系式5)流量Q＝A1×V1＝A2×V2

根据如上所述的内容可知，当流体为钢水时，流动管的截面积与通过流动管的流体的速度成反比，若截面积增加，则速度下降。因此，当如本发明实施例将贯穿口40的直径制作成相对于熔融物的流动方向截面积增加时，通过贯穿口40的熔融物流场的速度会下降，若流场的速度下降，则降低进入结晶器的流速，可以增加熔融物的容器10内停留时间。

图4是示出根据本发明实施例的熔融物处理工艺的钢水流动的视图。图5是示出根据本发明对比例的熔融物处理工艺的钢水流动的视图。

将利用根据本发明实施例的熔融物处理装置的熔融物处理工艺以及利用根据本发明对比例的熔融物处理装置的熔融物处理工艺建模，使用流动分析程序分别用数据来分析熔融物的流动。

图4是示出本发明实施例的熔融物处理工艺如连铸工艺的熔融物流动模拟结果的视图。图4中示出的箭头表示熔融物的流场。与此对比，从图5可以确认，图4的流场形成得稳定。

图5是示出本发明对比例的熔融物处理工艺如连铸工艺的熔融物流动模拟结果的视图。根据本发明对比例的熔融物处理装置其形成在坝(30')上的贯穿口40'的入口面积与出口面积相同。从图5中箭头所示的熔融物的流场可知，通过贯穿口40'的熔融物的流动强于图4中示出的实施例的情形。也就是说，熔融物以较高的速度移动。

将图4和图5进行对比可以确认，根据本发明的实施例与对比例相比，通过贯穿口40的熔融物的流速下降。

图6是将由根据本发明实施例的熔融物处理工艺的结果得到的熔融物的最短停留时间与对比例进行对比的柱形图。结果是由上述的流动模拟导出的。将两个结果进行对比时，在对比例的贯穿口结构中熔融物的最短停留时间是30秒，在实施例的贯穿口结构中熔融物的最短停留时间是88秒，实施例比对比例增加了2.93倍。如此，当熔融物的最短停留时间增加时，夹杂物上浮到容器10的上部的时间会增加，因此熔融物处理装置发挥制造洁净的熔融物即洁净钢的功能。

图7是将由根据本发明实施例的熔融物处理工艺的结果得到的容器内停滞区的面积与对比例进行对比的柱形图。比如说，由实施例和对比例的熔融物流动模拟结果得到熔融物的停滞区形成结果，将其进行对比。容器10内停滞区越少熔融物的有效流动区会更多，因此在容器10内可以确保更多的熔融物的流动区，这会增加熔融物的停留时间，进而熔融物中的夹杂物上浮的机会增多。对比例的停滞区相对于容器的容积为14.3％，而实施例的停滞区相对于容器的容积为13.5％，实施例与对比例相比停滞区减少，因此实施例与对比例相比夹杂物清除上更有效。

如上所形成的熔融物处理装置应用于连铸工艺时，可有效增加钢水的停留时间，可以稳定地形成中间包内的钢水流场。因此，可以提高钢水的夹杂物清除效率，可以铸造出高品质的铸坯。

本发明的上述实施例只是用于说明本发明，并不是用于限制本发明。需要注意的是，本发明的上述实施例中公开的技术特征和方式能够彼此结合或交替变形为各种形式，这样的变形例也落入本发明的范围。也就是说，本发明可在权利要求书及其等效技术思想范围内能够以各种不同方式实施，本发明所属领域的技术人员理应理解在本发明的技术思想范围内可以有各种实施例。

符号说明

10：容器 20：堰

30：坝 40：贯穿口

Claims (11)

1.一种熔融物处理装置，其包括：

容器，其内部形成有熔融物收容空间，所述容器的一侧配置有熔融物注入部，而另一侧形成有熔融物排出口；

坝，其配置在所述注入部和所述排出口之间，所述坝设置在所述容器的底部；

贯穿口，其形成在所述坝上，

所述贯穿口根据与所述注入部的距离流动截面积不同。

2.根据权利要求1所述的熔融物处理装置，其还包括：

堰，其配置在所述注入部和所述坝之间，所述堰离开所述底部，并与所述容器的两个侧壁接触，

所述贯穿口沿着从所述一侧向另一侧的方向形成。

3.根据权利要求1所述的熔融物处理装置，其中，

所述贯穿口形成至少一个以上。

4.根据权利要求1所述的熔融物处理装置，其中，

所述贯穿口距离所述注入部越远所述流动截面积越大。

5.根据权利要求1所述的熔融物处理装置，其中，

所述贯穿口形成在所述坝的下部，并与所述底部接触。

6.根据权利要求5所述的熔融物处理装置，其中，

所述贯穿口的内壁直接连接到所述底部。

7.根据权利要求1至6中任何一项所述的熔融物处理装置，其中，

所述贯穿口包括形成在所述注入部侧的入口、形成在所述排出口侧的出口、及连接所述入口和出口的通道，

所述出口的面积大于所述入口。

8.根据权利要求7所述的熔融物处理装置，其中，

所述入口的宽度是所述排出口的宽度的0.1倍以上。

9.根据权利要求7所述的熔融物处理装置，其中，

所述出口的宽度大于所述入口的宽度，并且与所述坝的顶面高度相同或者小于所述坝的顶面高度。

10.根据权利要求7所述的熔融物处理装置，其中，

对于所述通道，所述流动截面积从所述入口向所述出口连续增加。

11.根据权利要求10所述的熔融物处理装置，其中，

所述通道的内壁包括至少一个斜面。