CN110227814A - 一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包 - Google Patents
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Abstract
一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，能够显著降低钢液夹杂物含量，提高钢洁净度。包括钢水桶、钢水桶旋转支撑轴、钢水桶旋转轴承、钢水桶旋转驱动装置、过滤器、高压氩气包、高压气嘴、环形集流槽、环形集流槽支撑台和加热器；钢水桶底壁设有出液口，钢水桶通过钢水桶安装台、旋转轴承与钢水桶旋转支撑轴转动配合；钢水桶旋转驱动装置设有驱动电机及传动机构，过滤器设于钢水桶底壁出液口中，高压氩气包设于钢水桶外部，高压氩气包通过高压气嘴对钢水桶内腔喷射氩气；环形集流槽用于承接由钢水桶出液口流出的的钢液，环形集流槽设于环形集流槽支撑台上，加热器设于环形集流槽外侧壁上，用于对环形集流槽加热。
Description
技术领域
本发明涉及洁净钢生产连铸连轧工艺技术领域，尤其是涉及一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包。
背景技术
随着科学技术的发展,对钢材性能要求日益严格，对钢材质量要求不断提高，如何进一步减少钢中夹杂含量,提高钢的洁净度,是本世纪十分重视的发展方向。
断裂力学对断裂韧性K1c研究表明，当夹杂物小于5μm时,钢材在负荷条件下,裂纹扩展发生率将大大降低[3]。目前的工业实践中，一些高端用途钢对夹杂物临界尺寸已有较严格的限制，如显像管阴罩用钢，夹杂物最大尺寸应不大于5μm，轴承、轴承座圈用钢，夹杂物最大尺寸应不大于10μm，滚珠轴承钢，夹杂物最大尺寸应不大于15μm[1]。
现有钢连铸连轧生产工艺中，钢液净化最后阶段是在静止固定的中间包内完成，然后直接通过浸入式水口进入轧钢机结晶器。中间包钢液净化的基本方法是在中间包钢液表面加入覆盖剂，使细小夹杂物聚集上浮，进入表面覆盖剂中，为使夹杂物能顺利聚集上浮，根据流体力学与传热学原理对中间包结构进行设计，如在中间包内设挡坝、堰和带孔夹板等，使其有合理的湍流使夹杂物颗粒聚集，有合适的深度和宽截面以促进夹杂物颗粒的Stokes上浮[1]。近年来，中间包吹氩技术发展较快，用在钢液中吹入细小密集的氩气泡使微小夹杂物依附于气泡表面上浮。
上述技术虽然可使钢液中的夹杂物较大幅度降低，但对难以聚集上浮的200μm以下微细夹杂物清除效果有限，常规情况下只可将夹杂物尺寸控制在50μm以内[2]、[4]，因此仍然无法满足一些高端钢的要求。
近年来各种陶瓷过滤器广泛应用于铸造工业领域中的钢与高温合金液净化，最常用的有泡沫陶瓷过滤器、球体堆积粒状过滤器与网格或蜂窝陶瓷过滤器，由于这些陶瓷过滤器宏观具有特殊三维结构，材质为多孔质，对合金液流中的夹杂物具有机械阻挡、涡流捕捉、表面吸附的多重效应，对合金液中的固态夹杂物滤除效率很高，在泡沫陶瓷过滤器孔隙率与过滤器厚度选择得当的情况下，可以将合金液中夹杂物控制在10μm以下[5]，而粒状过滤器在过滤球体直径与总体过滤器厚度选择得当的情况下，可以将合金液中夹杂物控制在5μm以下[6]。蜂窝陶瓷组合也有可能将合金液夹杂物控制在30μm以下。
发明内容
本发明的目的主要是提供一种能够显著降低钢液夹杂物含量，提高钢洁净度的用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，包括钢水桶、钢水桶旋转支撑轴、钢水桶旋转轴承、钢水桶旋转驱动装置、过滤器、高压氩气包、高压气嘴、环形集流槽、环形集流槽支撑台和加热器；
钢水桶上端口设有保温盖，钢水桶底壁设有出液口，钢水桶底部通过钢水桶旋转轴承与钢水桶旋转支撑轴转动配合；钢水桶旋转驱动装置设有驱动电机及传动机构，驱动电机通过传动机构驱动钢水桶旋转；过滤器设于钢水桶底壁出液口中，高压氩气包固定于钢水桶外壁，高压气嘴设于钢水桶内侧壁上，高压氩气包通过高压气嘴对钢水桶内钢液喷射氩气，高压氩气包内设有可遥控的气体流量与压力的调节装置；环形集流槽设于钢水桶下方，环形集流槽用于承接由钢水桶出液口流出的的钢液，环形集流槽设于环形集流槽支撑台上，加热器设于环形集流槽外侧壁上，加热器用于对环形集流槽加热，加热由钢水桶出液口流出的的钢液。
进一步：
由于这种中间包的钢水桶的内衬使用寿命一般为3-7天，为便于生产线中钢水桶更换操作，所述钢水桶可快速安装于一安装台上，而该安装台与支撑钢水桶的旋转轴承转动部分固定连接；所述钢水桶旋转轴承可采用气浮轴承、磁悬浮轴承或压力轴承。
所述钢水桶旋转驱动装置的电机安装于钢水桶侧壁外，该电机为变频电机。所述传动机构采用齿轮齿圈传动机构，齿轮与电机输出轴连接，齿圈固定安装于钢水桶外壁上，齿轮与齿圈啮合。电机通过齿轮带动齿圈从而驱动钢水桶旋转。
所述高压氩气包为高压氩气包，高压氩气包安装于钢水桶侧壁外。
所述钢水桶底壁所设出液口至少为2个，各出液口按同一圆周均布。
所述环形集流槽的回转截面形状最好为上漏斗下矩形形状，以便能承接并储存少量来自离心钢水桶流出的钢水。集流槽由耐火材料砌筑。
所述过滤器的芯体最好采用耐高温陶瓷类芯体，过滤器须能经受长时间(2小时以上)大流量高温钢液冲刷。耐高温陶瓷类芯体可采用氧化锆球堆积体组成的粒状陶瓷、或氧化铝球堆积体的粒状陶瓷、高强度氧化锆泡沫陶瓷组合、高强度碳化硅泡沫陶瓷组合、高强度氧化铝泡沫陶瓷组合、蜂窝陶瓷组合等任意一种。所述陶瓷过滤器3总长度不小于700mm，所述过滤器的横截面过流面积不小于中间包出水口截面积的5倍。鉴于陶瓷过滤器系一次性使用，可将其单独装配后砌于出水口处耐火材料中。陶瓷过滤器使用前可以使用专用加热装置进行预热。
所述环形集流槽支撑台最好为可升降环形集流槽支撑台。
所述加热器为电加热器；
与现有技术比较，本发明的有益效果如下：
本发明所述的旋转式离心过滤中间包是将钢液置于绕轴旋转的流场，则密度远小于铁元素的夹杂物颗粒除受到Stokes浮力外还将受到强大的向心力而向流场中心聚集，聚集颗粒越大，则上浮越易。而钢熔体则可通过离心力获得增高的动压更有利于通过高密度大长度陶瓷过滤器。钢水桶外壁加装高压氩气包，穿过罐内耐火材料衬向钢液吹入细小密集的氩气泡使微小夹杂物依附于气泡表面更易聚集上浮，钢液出口在可旋转的中间包底部远离中心的部位且填充了高密度陶瓷过滤器，钢水从旋转钢水桶流出后在钢水桶下方的固定式环形集流槽中汇集，集流槽与钢水出水口在绕轴旋转时的轨迹对应，承接并少量贮存从钢水桶流出的钢水，环形集流槽侧壁装有加热器以便使集流槽中储存的少量钢水不至降温过多，通过集流槽出水口经连接管再进入后续的轧钢机结晶器。如上所述，夹杂物在向心力场聚集、氩气清洗与出水口高强度过滤的综合作用下，钢水洁净度有可能达到零夹杂水平。
附图说明
图1为本发明实施例结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实施例所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，包括钢水桶1、钢水桶安装台10、钢水桶支撑轴2、钢水桶旋转轴承8、钢水桶旋转驱动装置、过滤器3、高压氩气包41、高压气嘴42、环形集流槽5、加热器7和环形集流槽支撑台6。
钢水桶1上端口设有保温盖11，钢水桶1底壁设有出液口，钢水桶底部通过钢水桶旋转轴承8与钢水桶旋转支撑轴2转动配合；钢水桶旋转驱动装置设有驱动电机91及传动机构，驱动电机91通过传动机构驱动钢水桶旋转；过滤器3设于钢水桶1底壁出液口中，高压氩气包41固定于钢水桶1外侧壁，高压气嘴42设于钢水桶1侧壁上，高压氩气包41通过高压气嘴42对钢水桶1内腔喷射氩气；环形集流槽5设于钢水桶1下方，环形集流槽5用于承接由钢水桶1出液口流出的的钢液，环形集流槽5设于环形集流槽支撑台6上，加热器7设于环形集流槽5外侧壁上，加热器7用于加热由钢水桶1出液口流出的的钢液。
所述钢水桶底部固定于安装台10上，该安装台10通过钢水桶旋转轴承8与钢水桶旋转支撑轴2转动配合；所述钢水桶旋转轴承8可采用气浮轴承、磁悬浮轴承或压力轴承。所述钢水桶旋转驱动装置的电机91安装于钢水桶1侧壁外，所述传动机构采用齿轮齿圈传动机构，齿轮92与电机91输出轴连接，齿圈93固定安装于钢水桶1外壁上，齿轮92与齿圈93啮合。电机91通过齿轮92带动齿圈93从而驱动钢水桶1旋转。所述高压氩气包41为高压氩气包，高压氩气包安装于钢水桶1侧壁外。所述钢水桶1底壁所设出液口为2个，2个出液口按同一圆周均布。所述环形集流槽5回转截面形状为上梯形下矩形形状。所述加热器7为电加热器；所述过滤器3的芯体采用耐高温陶瓷类芯体，过滤器能经受长时间(72小时以上)大流量高温钢液冲刷。耐高温陶瓷类芯体采用氧化锆球堆积体组成的粒状陶瓷、(或氧化铝球堆积体的粒状陶瓷、高强度氧化锆泡沫陶瓷组合、高强度碳化硅泡沫陶瓷组合、高强度氧化铝泡沫陶瓷组合、蜂窝陶瓷组合等任意一种)。所述陶瓷过滤器3总长度不小于700mm，所述过滤器3的横截面过流面积不小于中间包出水口截面积的5倍。所述环形集流槽支撑台6为可升降环形集流槽支撑台。所述电机91为变频电机。
所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，工作方式为，将来自炼钢炉钢水包的钢水倒入以一定速度旋转的中间包的钢水桶内，高度净化的钢水由中间包钢水桶流入集流槽，集流槽出水口外通过连接管直接插入轧钢机结晶器即可，从集流槽流出的钢水通过连接管进入轧钢机。
申请日前与本发明有关的参考资料
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[2]薛文辉,宋满堂 洁净钢生产的连铸工艺实践 《钢铁》 2004.9
[3]李正邦 超洁净钢的新进展 《材料与冶金学报》 2002.9
[4]薛文辉 本钢生产汽车板的连铸工序研究 《本钢技术》 2010年第3期
[5]戴斌煜王薇薇李波 过滤净化对K4169合金二次返回料力学性能的影响 《特种铸造及有色合金》 2016.12
[6]董加胜,曲文生,楼琅洪,等.新型陶瓷过滤器过滤净化对K417返回料组织性能的影响[J].材料导报,2008,8(专辑Ⅺ)
[7]中国专利CN201010549472.4
[8]中国专利CN102069147A
[9]中国专利CN201110062221.8
Claims (10)
1.一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，包括钢水桶、钢水桶旋转支撑轴、钢水桶旋转轴承、钢水桶旋转驱动装置、过滤器、高压氩气包、高压气嘴、环形集流槽、环形集流槽支撑台和加热器；
钢水桶上端口设有保温盖，钢水桶底壁设有出液口，钢水桶底部通过钢水桶旋转轴承与钢水桶旋转支撑轴转动配合；钢水桶旋转驱动装置设有驱动电机及传动机构，驱动电机通过传动机构驱动钢水桶旋转；过滤器设于钢水桶底壁出液口中，高压氩气包固定于钢水桶外壁，高压气嘴设于钢水桶内侧壁上，高压氩气包通过高压气嘴对钢水桶内钢液喷射氩气，高压氩气包内设有可遥控的气体流量与压力的调节装置；环形集流槽设于钢水桶下方，环形集流槽用于承接由钢水桶出液口流出的的钢液，环形集流槽设于环形集流槽支撑台上，加热器设于环形集流槽外侧壁上，加热器用于对环形集流槽加热，加热由钢水桶出液口流出的的钢液。
2.根据权利要求1所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述钢水桶安装于一安装台上，该安装台与支撑所述钢水桶旋转轴承的转动部分固定连接。
3.根据权利要求2所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述钢水桶旋转轴承采用气浮轴承、磁悬浮轴承或压力轴承。
4.根据权利要求1所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述钢水桶旋转驱动装置的电机安装于钢水桶外侧壁上，该电机为变频电机；所述传动机构采用齿轮齿圈传动机构，齿轮与电机输出轴连接，齿圈固定安装于钢水桶外壁上，齿轮与齿圈啮合。
5.根据权利要求1所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述钢水桶底壁所设出液口至少为2个，各出液口按同一圆周均布。
6.根据权利要求1所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述环形集流槽的回转截面形状为上漏斗下矩形形状，环形集流槽由耐火材料砌筑。
7.根据权利要求1所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述过滤器的芯体采用耐高温陶瓷类芯体，过滤器须能经受2小时以上大流量高温钢液冲刷；所述耐高温陶瓷类芯体采用氧化锆球堆积体组成的粒状陶瓷、或氧化铝球堆积体的粒状陶瓷、高强度氧化锆泡沫陶瓷组合、高强度碳化硅泡沫陶瓷组合、高强度氧化铝泡沫陶瓷组合、蜂窝陶瓷组合等任意一种。
8.根据权利要求6所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述陶瓷过滤器3总长度不小于700mm，所述过滤器的横截面过流面积不小于中间包出水口截面积的5倍。
9.根据权利要求1所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述环形集流槽支撑台为可升降环形集流槽支撑台。
10.根据权利要求1所述一种用于洁净钢连铸连轧生产的旋转式离心过滤中间包，其特征在于，所述加热器为电加热器；所述驱动电机为变频电机。
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