CN111014635B - 一种连铸通道式感应加热中间包及其控制流场方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸通道式感应加热中间包及其控制流场方法，所述中间包通过耐材分成钢液冲击区和连铸浇铸区，耐材中设有用于连通钢液冲击区和连铸浇铸区的通道，及用于对钢液冲击区和连铸浇铸区内钢水进行加热的电磁感应线圈，成钢液冲击区和连铸浇铸区内均覆有工作层；所述连铸浇铸区底部设有一个长方体的透气砖，透气砖的上表面为透气面，透气砖的一端连有铜管，铜管与外部惰性气体管道连接；所述透气砖通过工作层包裹固定于连铸浇铸区底部，且紧贴于耐材，使透气砖靠近于通道位置，透气砖的高度≤150mm，宽度为60～150mm。本发明能够提高连铸浇铸腔钢水的均匀性和稳定性。

Description

一种连铸通道式感应加热中间包及其控制流场方法

技术领域

本发明涉及冶金行业合金钢冶炼-浇铸领域，更具体地说，涉及一种连铸通道式感应加热中间包及其控制流场方法。

背景技术

在炼钢-连铸生产中，连铸中间包是重要的过渡容器，主要起到减压、稳压、分流、镇静、连浇去除夹杂等作用。随着对钢水纯净度的要求，特别是特殊钢、高合金钢等领域的产品质量要求，连铸中间包为钢液浇注成型前的最后一个冶金容器，其中间包冶金功能的开发日益重要。目前中间包已经实现的冶金功能有净化功能、调温功能、成份微调功能、精炼功能和加热功能等。

在整个连铸过程中，中间包不同程度地存在热损失，特别是浇注初期、钢包交换和浇注末期等不正常浇注期，不可避免地引起较大的温降。因此，寻求外部热源补偿中间包钢水的温降、精确地控制最佳过热度，使进入结晶器的钢水温度稳定，越来越引起人们的重视。因此，中间包加热技术作为补偿中间包钢水温降的手段，成为一个最有效的控制方法。

近年来已开发出多种形式的中间包加热技术，最主要有等离子体加热技术和通道式感应加热技术，其中，中间包感应加热装置的应用是最成功的技术之一，中间包采用通道式感应加热技术，基于电磁感应原理，直接向钢水内加热，其损失小，故加热效率一般可高达90％以上，如图1所示。

同时，由于感应加热的箍缩效应，使得感应加热具有钢水去除夹杂物、纯净钢水的作用，其基本原理是：由于在通道内钢水中流动的感应电流，伴生指向通道中心的电磁力，该电磁力箍缩钢水，使其断面收缩，箍缩效应使重相的导电钢水向中心箍缩，而轻相的不导电夹杂物受到与电磁力方向相反的泳动力(电压力梯度产生的力)的作用而向通道壁泳动，最终附着在通道壁上而被去除。

由于加热和纯净钢水的作用效果显著，因此，中间包感应加热技术对于特殊钢连铸作用较大，其采用的通道式中间包也是区别于普通的连铸中间包，普通的连铸中间包一般采用挡墙、坝和堰等的形式，达到减少死区，改善流动，纯净钢水等的作用。但是如图2所示，通道中间包1是用通道3将其分为前后两个腔体1、4，感应加热装置5在通道3内加热钢水，造成钢流出通道3后，向上回流，增加后腔体4流动混合效果，以减少死区，钢液流场如图3所示。

但是，通道式中间包，如果由于初始温度较高的原因，或者不需要加热的条件下，不采用加热功能时，其钢流明显向下，部分钢流容易形成“短流”，短时间内冲向浇铸水口，造成局部瞬间热流，对浇铸带来威胁，同时夹杂物没有充分的上浮时间，也会对钢水质量造成不好的影响，钢液流场如图4所示。

由于通道后腔位置比较小，钢流又从上方进入，不可能布置合适的物理墙、坝等来控流，目前，通道式中间包也没有好的解决办法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种连铸通道式感应加热中间包及其控制流场方法，能够提高连铸浇铸腔钢水的均匀性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种连铸通道式感应加热中间包，所述中间包通过耐材分成钢液冲击区和连铸浇铸区，耐材中设有用于连通钢液冲击区和连铸浇铸区的通道，及用于对钢液冲击区和连铸浇铸区内钢水进行加热的电磁感应线圈，钢液冲击区和连铸浇铸区内均覆有工作层；

所述连铸浇铸区底部设有一个长方体的透气砖，透气砖的上表面为透气面，透气砖的一端连有铜管，铜管与外部惰性气体管道连接；

所述透气砖通过工作层包裹固定于连铸浇铸区底部，且紧贴于耐材，透气砖固定位置不超过通道位于连铸浇铸区的出口至连铸浇铸区内浇铸口之间长度的1/2位置，优选位置为紧贴通道出口位置。透气砖的高度≤150mm，宽度为60～150mm；

所述铜管设于中间包永久衬的内壁中，铜管的一端连于透气砖，铜管的另一端伸出中间包的上口，沿上口向外弯曲，并固定于包壳法兰边上沿。

所述的透气砖固定于紧贴通道位于连铸浇铸区的出口位置。

所述的连铸浇铸区内位于铜管位置上工作层的厚度为5～15mm。

所述的通道具有两条。

另一方面，一种连铸通道式感应加热中间包控制流场方法，包括以下步骤：

1)中间包的制作：在中间包的连铸浇铸区内，靠近通道位置底部，放置长方体的透气砖，其透气面朝上，透气砖的一端连接铜管的一端，铜管设于中间包永久衬内壁中，铜管另一端伸出中间包上口，沿上口弯曲，并固定在包壳法兰边上沿，然后用工作层涂料喷涂或涂抹在中间包的内衬壁上，使成钢液冲击区和连铸浇铸区内均覆有工作层；

2)中间包的烘烤：铜管的另一端与外部氩气管道接通，流量控制在20～150ml/min；

3)中间包的浇铸：上连铸钢水钢包开浇后，氩气流量调节至10～50ml/min，待中间包内钢液没过通道后，若启动电磁感应线圈进行加热，则待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min，若不启动电磁感应线圈进行加热，则直接待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min；

4)待最后一炉钢包浇铸完毕，随着中间包内液位降低，氩气流量也逐步降低，钢液面至通道上沿，关闭氩气，结束浇铸。

所述的若启动电磁感应线圈进行加热，则待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为3～15ml/min。

所述的若不启动电磁感应线圈进行加热，则直接待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为5～20ml/min。

所述的步骤3)中还包括：上连铸钢水钢包开浇后，氩气流量调节至10～50ml/min，待中间包内钢液没过通道后，钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min，待中间包内钢水温度下降，启动电磁感应线圈进行加热，氩气流量调节为3～15ml/min。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种连铸通道式感应加热中间包及其控制流场方法，能够提高连铸浇铸腔钢水的均匀性和稳定性，使中间包流场的均匀性大幅提高，有效降低中间包底部“短流”现象对浇铸口的负面影响，实际使用效果明显。

附图说明

图1是现有通道式感应加热中间包的原理图；

图2是现有通道式感应加热中间包的结构示意图；

图3是现有通道式感应加热中间包加热状态下钢液流场的示意图；

图4是现有通道式感应加热中间包自然流动状态下钢液流场的示意图；

图5是本发明通道式感应加热中间包的纵向剖视图；

图6是图5本发明通道式感应加热中间包的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图5至图6所示，本发明所提供的一种连铸通道式感应加热中间包，本发明所述中间包通过耐材10分成钢液冲击区11和连铸浇铸区12，耐材10中设有用于连通钢液冲击区11和连铸浇铸区12的两条通道13，及用于对钢液冲击区11和连铸浇铸区12内钢水进行加热的电磁感应线圈14，电磁感应线圈14通工频或中频交流电时，会在中间包的通道13和钢液冲击区11、连铸浇铸区12内的钢水中形成闭合的感应电流，从而加热钢水。

较佳的，所述连铸浇铸区12底部设有一个长方体的透气砖15，透气砖15的上表面为透气面，使其在中间包内单面向上透气，透气砖15的一端连有铜管16，铜管16与外部惰性气体管道连接，惰性气体优选为氩气，铜管16设于中间包永久衬的内壁中，铜管16的一端连于透气砖15，铜管16的另一端伸出中间包的上口，沿上口向外弯曲，并固定于包壳法兰边上沿。

较佳的，所述成钢液冲击区11和连铸浇铸区12内均覆有工作层，透气砖15通过工作层包裹固定于连铸浇铸区底部，安装位置不超出通道13出口到浇铸口的长度的1/2位置，优选位置为紧贴于耐材10的通道13出口位置，连铸浇铸区12内位于铜管16位置上工作层的厚度为5～15mm。

较佳的，所述透气砖15的高度≤150mm，优选高度为100mm，宽度为60～150mm，优选宽度为80mm。

中间包工作时，提前接通氩气，连铸钢水浇铸时，经过通道13流出的钢水，经过连铸中间包连铸浇铸区12底部吹氩的作用，向上氩气的作用，带动下倾的钢流往上流动，消除底部的中间包浇铸口附近的“短流”，延长中间包钢水在中间包内的停留时间，均匀中间包内钢水温度，起到了改善流场的作用。

本发明还提供了一种连铸通道式感应加热中间包控制流场方法，包括以下步骤：

1)中间包的制作：在中间包的连铸浇铸区12内，靠近通道13位置底部，放置长方体的透气砖15，其透气面朝上，透气砖15的一端连接铜管16的一端，铜管16设于中间包永久衬内壁中，铜管16另一端伸出中间包上口，沿上口弯曲，并固定在包壳法兰边上沿，然后用工作层涂料喷涂或涂抹在中间包的内衬壁上，使成钢液冲击区11和连铸浇铸区12内均覆有工作层；

2)中间包的烘烤：铜管16的另一端与外部氩气管道接通，流量控制在20～150ml/min，其作用一，浇铸前保持中间包内的充氩气氛，形成弱氧的环境，有利于开浇时的钢水保护浇铸；其作用二，保证烘烤时的铜管冷却，保证氩气通畅，便于浇铸时安全控制氩气量；

3)中间包的浇铸：上连铸钢水钢包开浇后，氩气流量调节至10～50ml/min，待中间包内钢液没过通道后，若启动电磁感应线圈14进行加热，则待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min，若不启动电磁感应线圈14进行加热，则直接待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min；

4)待最后一炉钢包浇铸完毕，随着中间包内液位降低，氩气流量也逐步降低，钢液面至通道上沿，关闭氩气，结束浇铸。

较佳的，所述的若启动电磁感应线圈14进行加热，则待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为3～15ml/min。

较佳的，所述的若不启动电磁感应线圈14进行加热，则直接待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为5～20ml/min。

较佳的，所述的步骤3)中还包括：上连铸钢水钢包开浇后，氩气流量调节至10～50ml/min，待中间包内钢液没过通道后，钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min，待中间包内钢水温度下降，启动电磁感应线圈14进行加热，氩气流量调节为3～15ml/min。

实施例一

采用电磁感应线圈14感应加热方式，使用通道式感应加热中间包进行连铸生产：

1)中间包的制作：中间包内连铸浇铸区12，靠近通道13出口端底部，放置长条透气砖15，透气面朝上；透气砖15一端连接通氩气的铜管16，将铜管16沿中间包永久衬内壁放置，铜管16伸出中间包上口，沿上口弯曲，并固定在包壳法兰边上沿，然后制作中间包工作衬，用中间包工作层涂料喷涂或涂抹，铜管16位置覆盖的工作涂料，涂覆厚度12mm，底部涂料厚度按原工艺要求；

2)中间包的烘烤：接通氩气，氩气流量控制在100ml/min，浇铸前保持中间包内的充氩气氛，形成弱氧的环境，有利于开浇时的钢水保护浇铸，保证烘烤时的铜管冷却，保证氩气通畅，便于浇铸时安全控制氩气量；

3)中间包的浇铸：钢包开浇后，氩气流量调节至15ml/min，待中间包内钢液没过通道后，启动加热装置，待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节至氩气流量为5ml/min；

4)最后一炉钢包浇铸完毕，随着中间包液位降低，氩气流量逐步降低，钢液面至通道上沿，关闭氩气，结束浇铸。

实施例二

不采用电磁感应线圈14感应加热方式，使用通道式感应加热中间包进行连铸生产：

1)中间包的制作：中间包内连铸浇铸区12，靠近通道13出口端底部，放置长条透气砖15，透气面朝上；透气砖15一端连接通氩气的铜管16，将铜管16沿中间包永久衬内壁放置，铜管16伸出中间包上口，沿上口弯曲，并固定在包壳法兰边上沿，然后制作中间包工作衬，用中间包工作层涂料喷涂或涂抹，铜管16位置覆盖的工作涂料，涂覆厚度10mm，底部涂料厚度按原工艺要求；

2)中间包的烘烤：接通氩气，氩气流量控制在90ml/min，浇铸前保持中间包内的充氩气氛，形成弱氧的环境，有利于开浇时的钢水保护浇铸，保证烘烤时的铜管冷却，保证氩气通畅，便于浇铸时安全控制氩气量；

3)中间包的浇铸：钢包开浇后，氩气流量调节至25ml/min，待中间包内钢液没过通道后，钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节至氩气流量为15ml/min；

4)最后一炉钢包浇铸完毕，随着中间包液位降低，氩气流量逐步降低，钢液面至通道上沿，关闭氩气，结束浇铸。

实施例三

采用电磁感应线圈14感应加热方式，使用通道式感应加热中间包进行连铸生产(过程中开浇时，温度高时暂停加热)：

1)中间包的制作：中间包内连铸浇铸区，靠近通道出口端底部，放置长条透气砖，透气面朝上；透气砖一端连接通气铜管，将铜管沿中间包永久衬内壁放置，铜管伸出中间包上口，沿上口弯曲，并固定在包壳法兰边上沿。然后制作中间包工作衬，用中间包工作层涂料喷涂或涂抹，铜管位置覆盖的工作涂料，涂覆厚度10mm。底部涂料厚度按原工艺要求。

2)中间包的烘烤：接通氩气，氩气流量控制在120ml/min，浇铸前保持中间包内的充氩气氛，形成弱氧的环境，有利于开浇时的钢水保护浇铸；保证烘烤时的铜管冷却，保证氩气通畅，便于浇铸时安全控制氩气量。

3)中间包的浇铸：钢包开浇后，氩气流量调节至20ml/min，待中间包内钢液没过通道后，钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节至氩气流量为18ml/min。

4)浇铸过程中，中间包内钢水温度下降，启动加热装置。氩气流量调节至氩气流量为8ml/min。

5)最后一炉钢包浇铸完毕，随着中间包液位降低，氩气流量逐步降低，钢液面至通道上沿，关闭氩气。结束浇铸。

采用本发明的连铸生产，适合采用感应加热通道式中间包的连铸生产，能够使中间包流场的均匀性大幅提高，有效降低中间包底部“短流”对浇铸口的负面影响，实际使用效果明显。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种用于连铸通道式感应加热中间包的控制流场方法，其特征在于：中间包通过耐材分成钢液冲击区和连铸浇铸区，耐材中设有用于连通钢液冲击区和连铸浇铸区的通道，及用于对钢液冲击区和连铸浇铸区内钢水进行加热的电磁感应线圈，钢液冲击区和连铸浇铸区内均覆有工作层；

所述连铸浇铸区底部设有一个长方体的透气砖，透气砖的上表面为透气面，透气砖的一端连有铜管，铜管与外部惰性气体管道连接；

所述透气砖通过工作层包裹固定于连铸浇铸区底部，且紧贴于耐材，透气砖固定位置不超过通道位于连铸浇铸区的出口至连铸浇铸区内浇铸口之间长度的1/2位置，透气砖的高度≤150mm，宽度为60～150mm；

所述铜管设于中间包永久衬的内壁中，铜管的一端连于透气砖，铜管的另一端伸出中间包的上口，沿上口向外弯曲，并固定于包壳法兰边上沿，

所述控制流场方法包括以下步骤：

1)中间包的制作：在中间包的连铸浇铸区内，靠近通道位置底部，放置长方体的透气砖，其透气面朝上，透气砖的一端连接铜管的一端，铜管设于中间包永久衬内壁中，铜管另一端伸出中间包上口，沿上口弯曲，并固定在包壳法兰边上沿，然后用工作层涂料喷涂或涂抹在中间包的内衬壁上，使成钢液冲击区和连铸浇铸区内均覆有工作层；

2)中间包的烘烤：铜管的另一端与外部氩气管道接通，流量控制在20～150ml/min；

3)中间包的浇铸：钢包开浇后，氩气流量调节至10～50ml/min，待中间包内钢液没过通道后，若启动电磁感应线圈进行加热，则待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min，若不启动电磁感应线圈进行加热，则直接待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min；

4)待最后一炉钢包浇铸完毕，随着中间包内液位降低，氩气流量也逐步降低，钢液面至通道上沿，关闭氩气，结束浇铸。

2.如权利要求1所述的控制流场方法，其特征在于：所述的透气砖固定于紧贴通道位于连铸浇铸区的出口位置。

3.如权利要求1所述的控制流场方法，其特征在于：所述的惰性气体为氩气。

4.如权利要求1所述的控制流场方法，其特征在于：所述的连铸浇铸区内位于铜管位置上工作层的厚度为5～15mm。

5.如权利要求1所述的控制流场方法，其特征在于：所述的通道具有两条。

6.如权利要求5所述的控制流场方法，其特征在于：所述的若启动电磁感应线圈进行加热，则待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为3～15ml/min。

7.如权利要求5所述的控制流场方法，其特征在于：所述的若不启动电磁感应线圈进行加热，则直接待钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为5～20ml/min。

8.如权利要求5所述的控制流场方法，其特征在于：所述的步骤3)中还包括：上连铸钢水钢包开浇后，氩气流量调节至10～50ml/min，待中间包内钢液没过通道后，钢液稳定至工作液面时，氩气流量调节为2～40ml/min，待中间包内钢水温度下降，启动电磁感应线圈进行加热，氩气流量调节为3～15ml/min。

Images