CN110947921B - 一种可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，其包括中间包，中间包内的空间被两个挡墙划分为位于中间的冲击区和位于冲击区旁侧的两个浇注区，其中钢水通过浇注长水口被引入冲击区内，浇注长水口的正下方设有湍流抑制器，每一个挡墙上均设有若干导流槽以连通冲击区和浇注区，浇注区的底部设有出水口，若干个导流槽在挡墙的高度方向上依次排布，其中每一个导流槽均沿挡墙的宽度方向延伸。本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，不仅能够过滤钢中的夹杂物，促使钢液中的夹杂物充分上浮而被排除，并且不易发生堵塞，还能够改善中间包内钢液的流动状态与速度分布，减少出水口区域的温度差，最终净化中间包内的钢水，提高铸坯质量。

Description

一种可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统

技术领域

本发明涉及一种控流系统，尤其涉及一种中间包控流系统。

背景技术

高纯净度铸坯是生产高质量钢材的基础，铸坯纯净度主要取决于流体进入结晶器之前的处理过程，中间包冶金就是其中一道重要工序。中间包内流体流动状态和速度分布对流体成分和温度的均匀性、夹杂物的上浮与排除有着重要的影响，而中间包及其控流装置的结构决定了中间包内流体的流动状态。然而，现有技术中的控流装置常常会发生堵塞。

鉴于此，期望获得一种中间包控流系统，该系统能够过滤钢中的夹杂物，并且不容易堵塞，此外，还能够改善中间包内钢液的流动状态与速度分布，减少出水口附近区域的温度差，增大钢液在中间包内的停留时间，促使钢液中非金属夹杂物充分上浮排除，提高铸坯质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，该系统能够过滤钢中的夹杂物，促使钢液中的夹杂物充分上浮而被排除，并且不易发生堵塞，此外，还能够改善中间包内钢液的流动状态与速度分布，增大钢液在中间包内的停留时间，减少出水口附近区域的温度差，最终净化中间包内的钢水，提高铸坯质量。

为了实现上述目的，本发明提出了一种可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，其包括中间包，所述中间包内的空间被两个挡墙划分为位于中间的冲击区和位于冲击区旁侧的两个浇注区，其中钢水通过浇注长水口被引入冲击区内，所述浇注长水口的正下方设有湍流抑制器，所述每一个挡墙上均设有若干导流槽以连通所述冲击区和浇注区，所述浇注区的底部设有出水口，所述若干个导流槽在挡墙的高度方向上依次排布，其中每一个导流槽均沿挡墙的宽度方向延伸。

在本发明所述的技术方案中，水通过浇注长水口被引入冲击区内，浇注长水口的正下方设有湍流抑制器，以使钢水在冲击区内充分混合。此外，每一个挡墙上均设有若干导流槽以连通冲击区和浇注区，并起到对中间包内的钢水进行过滤、吸附钢中的夹杂物以及引导流股方向的作用。此外，导流槽还能够增大钢液在中间包内的停留时间，改善中间包内钢液的流动状态与速度分布，使钢液充分上浮，避免在中间包底部形成推进流，并且能够防止中间包内发生过滤堵塞，使本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统能够工作较长的时间，减少更换次数，提高浇铸操作的连续性和效率。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，所述挡墙具有上部和下部，其中若干个导流槽均排布在挡墙的下部。

更进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，所述挡墙的上部的厚度为下部厚度的一半。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，沿挡墙的厚度方向，所述导流槽倾斜地设置。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，所述导流槽与水平方向之间的夹角30°～40°。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，沿挡墙的厚度方向，所述导流槽呈阶梯式分段设置。

在本发明所述的技术方案中，沿挡墙的厚度方向，导流槽呈阶梯式分段设置，以提供足够大的表面积使流股在此碰撞，增加夹杂物碰撞长大的机会，使流经的钢液中的夹杂物颗粒被最大限度地粘附捕捉。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，所述挡墙呈顶部边长于底部边的倒置等腰梯形。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，所述挡墙的底部开设有连通冲击区和浇注区的挡墙导流孔。

在本发明所述的技术方案中，挡墙的底部开设有连通冲击区和浇注区的挡墙导流孔，以便冲击区内中间包底部的钢水能够从挡墙导流孔流出，从而加快钢水的混合。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，在所述浇注区内每一个挡墙的旁侧还设有挡坝，所述挡坝的高度被设置为容许钢水经由挡坝的上边沿流过。

在本发明所述的技术方案中，浇注区内每一个挡墙的旁侧还设有挡坝，挡坝的高度被设置为容许钢水经由挡坝的上边沿流过，以使中间包底部滞流上抬，加快钢水混合，均匀中间包内的钢水温度，减少出水口附近区域的温度差。

进一步地，在本发明所述的中间包控流系统中，所述挡坝的底部开设有容许钢水流过的挡坝导流孔。

在本发明所述的技术方案中，挡坝的底部开设有容许钢水流过的挡坝导流孔，以便中间包底部挡坝外侧的钢水能够从挡坝导流孔流出，从而最终从出水口流出，降低中间包的铸余钢水量。

与现有技术相比，本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统具有如下有益效果：

本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，结构简单，砌筑方便，成本低廉，不仅能够过滤钢中的夹杂物，促使钢液中的夹杂物充分上浮而被排除，并且不易发生堵塞，还能够改善中间包内钢液的流动状态与速度分布，增大钢液在中间包内的停留时间，减少出水口附近区域的温度差，最终净化中间包内的钢水，提高铸坯质量。

附图说明

图1为本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统在某些实施方式下的立体结构示意图。

图2为图1中E处的局部放大示意图。

图3为本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统在某些实施方式下的部分结构的侧视图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统做进一步的解释和说明，然而，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1为本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统在某些实施方式下的立体结构示意图。图2为图1中E处的局部放大示意图。图3为本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统在某些实施方式下的部分结构的侧视图。

如图1、图2和图3所示，在某些实施方式中，本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统可以包括中间包1，中间包1内的空间被两个挡墙11划分为位于中间的冲击区A和位于冲击区A旁侧的两个浇注区B。其中，钢水通过浇注长水口12被引入冲击区A内，浇注长水口12的正下方设有湍流抑制器13，以使钢水充分混合，并防止发生底部湍流。浇注区B的底部设有出水口14。浇注区B内每一个挡墙11的旁侧还设有挡坝15，挡坝15 的高度被设置为容许钢水经由挡坝15的上边沿流过，以使中间包1底部滞流上抬，加快钢水混合，均匀中间包1内的钢水温度，减少出水口14附近区域的温度差。挡坝15的底部开设有容许钢水流过的挡坝导流孔151，以便中间包1底部挡坝15外侧的钢水能够从挡坝导流孔151流出，从而最终从出水口 14流出。

此外，挡墙11呈顶部边长于底部边的倒置等腰梯形，具有上部112和下部113，上部112的厚度为下部113厚度的一半。每一个挡墙11上均设有排布在挡墙11的下部113区域的8个(在其他的实施方式中，可以是若干个) 导流槽111以连通冲击区A和浇注区B，这8个导流槽111在挡墙11的高度方向H上依次排布，其中每一个导流槽111均沿挡墙11的宽度方向C延伸。沿挡墙11的厚度方向D，导流槽111倾斜地设置，在一些实施方式中，导流槽111与水平方向之间的夹角可以是30°～40°。此外，沿挡墙11的厚度方向D，导流槽111呈阶梯式分段设置，以提供足够大的表面积使流股在此碰撞上浮，增加夹杂物碰撞长大的机会，使流经的钢液中的夹杂物颗粒被最大限度地粘附捕捉。如图3所示，阶梯段数共有3段，当然，在其他的一些实施方式中，阶梯段数不限于3段。此外，挡墙11的底部开设有连通冲击区 A和浇注区B的挡墙导流孔114，以便冲击区A内中间包1底部的钢水能够从挡墙导流孔114流出，从而加快钢水的混合。

需要说明的是，导流槽111起到对中间包1内的钢水进行过滤、吸附钢中的夹杂物以及引导流股方向的作用。此外，其还能够增大钢液在中间包1 内的停留时间，改善中间包1内钢液的流动状态与速度分布，使钢液充分上浮，避免在中间包1底部形成推进流，并且防止中间包1内发生过滤堵塞，从而使本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统能够工作较长的时间，减少更换次数，提高浇铸操作的连续性和效率。

实施例1和对比例1

实施例1的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，其具体结构如图1所示。对比例1为现有技术中的常规中间包。

按照中间包内的钢液流动状态，可以将中间包的内部空间划分为：混合区、活塞区和死区。混合区位于钢包注流附近，钢液与来自钢包的注流混合；活塞区产生在混合区与出水口之间，在该区内流体向前平推流动，并伴有部分返混；死区与活塞区相邻，该区内流体与外界交换缓慢。理想的中间包结构以及相应的控流技术应能造成尽量大的活塞区和尽量小的死区。

由于中间包内流体的流动属于一种非理想流动，这样的流动在数学上可以用修正的混合模型来描述。由于流体在容器中的运动轨迹并不完全相同，导致其停留时间不是一个固定的值，因此，流团在容器内停留时间分布(RTD) 是连续流动系统的一个重要参数。

为了评估实施例1的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统中的中间包以及对比例1的常规中间包结构的优劣，对中间包内的钢液流动及温度分布进行了模拟计算。通过先计算稳定的三维中间包流场和温度场后，再续算中间包瞬态的流场和温度场，同时计算示踪剂在中间包中的扩散方程，并分别监测出水口处示踪剂浓度变化，得到相应的RTD曲线。对RTD曲线进行数据处理，得到判定流场优劣的相关指标。对实施例1的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统及对比例1的常规中间包进行测试后得到的指标参数列于表1 中。

表1.

实施例1的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，由于有湍流抑制器的存在，注入的钢水首先在冲击区内充分混合，成分、温度均匀化，再经由挡墙上的阶梯式分段设置的导流槽，流入浇注区。钢水在通过挡墙上的导流槽时，流股先碰撞回旋，然后大部分流股沿导流槽的导向往浇注区的表面方向流动；小部分沿着中间包底部推进的流股，从挡墙底部的挡墙导流孔穿过，遇到挡坝后，钢液强制上浮，在浇注区上方再次混均。部分中间包底部的钢水从挡坝底部的挡坝导流孔流出，最终进入出水口。

结合RTD曲线分析可知，在实施例1的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，钢水在中间包内的活塞区增加，死区减小，夹杂物易于上浮和排除，中间包内新老钢水的混合加快，中间包内钢水温度均匀。

此外，通过对实施例1的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统所生产的钢坯中夹杂物含量的检测，得到实施例1的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统中的中间包内夹杂物的去除效率达到48％，总氧去除率达到21％，其中对于原始氧含量超过40ppm的钢水，总氧去除率达到44.2％。与对比例1的常规中间包相比，铸坯的一级品率提高10.7％。

由此可见，本发明所述的可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，结构简单，砌筑方便，成本低廉，不仅能够过滤钢中的夹杂物，促使钢液中的夹杂物充分上浮而被排除，并且不易发生堵塞，还能够改善中间包内钢液的流动状态与速度分布，增大钢液在中间包内的停留时间，减少出水口附近区域的温度差，最终净化中间包内的钢水，提高铸坯质量。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可过滤钢中夹杂物的中间包控流系统，其特征在于，其包括中间包，所述中间包内的空间被两个挡墙划分为位于中间的冲击区和位于冲击区旁侧的两个浇注区，其中钢水通过浇注长水口被引入冲击区内，所述浇注长水口的正下方设有湍流抑制器，所述每一个挡墙上均设有若干导流槽以连通所述冲击区和浇注区，所述浇注区的底部设有出水口，所述若干个导流槽在挡墙的高度方向上依次排布，其中每一个导流槽均沿挡墙的宽度方向延伸，所述导流槽呈锯齿状；其中沿挡墙的厚度方向，所述导流槽倾斜地设置，并且所述导流槽与水平方向之间的夹角为40°。

2.如权利要求1所述的中间包控流系统，其特征在于，所述挡墙具有上部和下部，其中若干个导流槽均排布在挡墙的下部。

3.如权利要求2所述的中间包控流系统，其特征在于，所述挡墙的上部的厚度为下部厚度的一半。

4.如权利要求1所述的中间包控流系统，其特征在于，沿挡墙的厚度方向，所述导流槽呈阶梯式分段设置。

5.如权利要求1所述的中间包控流系统，其特征在于，所述挡墙呈顶部边长于底部边的倒置等腰梯形。

6.如权利要求1所述的中间包控流系统，其特征在于，所述挡墙的底部开设有连通冲击区和浇注区的挡墙导流孔。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的中间包控流系统，其特征在于，在所述浇注区内每一个挡墙的旁侧还设有挡坝，所述挡坝的高度被设置为容许钢水经由挡坝的上边沿流过。

8.如权利要求7所述的中间包控流系统，其特征在于，所述挡坝的底部开设有容许钢水流过的挡坝导流孔。

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