CN111496233B - 一种三流板坯连铸中间包分流结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种三流板坯连铸中间包分流结构及制作方法，属于炼钢连铸中间包设备技术领域，用于对中间包内的钢液流动形态进行合理控制。其技术方案是：分流岛位于中间包的中间位置，分流岛的前面、后面、左侧面、右侧面与相对的中间包内壁之间分别有钢水流道，分流岛的前面与中间包前面之间的钢水流道中有两条平行的分流岛挡坝，分流岛的左侧面和右侧面与相对的中间包侧面之间的钢水流道中分别有分流岛挡墙，中间包的两端分别有中间包挡坝。本发明可以消除中间包底部击穿流，明显延长钢水的平均停留时间，同时减小了中间包内的死区，增加活塞流区域，并且能有效均衡各流的温度，形成有利于夹杂物上浮、各流趋于均匀的流动形态，提高了钢水的纯净度。
Description
技术领域
本发明涉及一种三流板坯连铸中间包孤岛分流结构及制作方法，属于炼钢连铸中间包设备技术领域。
背景技术
随着市场对钢材质量要求的提高，连铸中间包的冶金作用越来越明显，同时作为一个典型的非等温反应器，中间包的非等温过程也受到高度的重视。对于多流中间包，合理的控流装置能有效地延长钢水的平均停留时间，减少各流出口钢水的温度差异，对改善中间包内的流场和温度场起着至关重要的作用。
目前，三流板坯中间包没有采用任何控流装置，仅有中间包挡渣墙、稳流器、挡坝等中间包预制件，这些部件能够起到分离钢渣和钢水的作用，但是不能解决以下问题：三流板坯中间流存在明显的短路流；整个中间包内钢液的平均停留时间较短；活塞流区域小，死区体积大；夹杂物去除效果差；中间流和边流流动模式和温度分布很不均匀。这些问题都不利于各流温度和成分的均匀，以及夹杂物的上浮去除，不利于稳定连铸工艺和提高铸坯质量。
由于目前世界及国内三流板坯中间包仅采用挡墙、挡坝、稳流器等预制件，只能起钢渣和钢水的分离的作用，因此造成中间包内活塞流体积分数 11.64%，死区体积分数为32.66%，活塞流体积与死区体积的比值为 0.36，这种情况说明，中间包内钢液的活塞流体积少，死区体积大，流动模式不合理。
综上所述，目前的三流板坯中间包内的钢液流动模式不合理，中间包内各流平均停留时间差和最短响应时间差大，各流很不均衡，妨碍了钢水在中间包中的合理流动，对铸坯的质量也有影响，亟待加以有效解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种三流板坯连铸中间包分流结构及制作方法，这种结构可以实现在中间包内设置合理的控流装置，改善中间包内钢液流动形态，以达到均匀各流温度和成分、提高钢水纯净度、保障工艺顺行和改善铸坯质量的目的。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种三流板坯连铸中间包分流结构，它包括挡墙、挡坝，它增加了分流岛，分流岛位于中间包的中间位置，分流岛为直立的六面体结构，六面体由底面、顶面、前面、后面、左侧面、右侧面组成，分流岛的前面、后面、左侧面、右侧面与相对的中间包内壁之间分别有钢水流道，分流岛六面体的六个面均为梯形，底面和顶面为两个相似等腰梯形，底面和顶面水平平行放置，底面和顶面的中心上下垂直相对，底面和顶面的等腰梯形的上底边和下底边分别在同一侧，底面和顶面的四角对应连接，底面上底边和顶面上底边之间形成前面，底面下底边和顶面下底边之间形成后面，前面和后面分别为等腰梯形，底面和顶面的两个侧边之间分别形成左侧面和右侧面，左侧面和右侧面为相同的不等腰梯形，底面与中间包底面重合，顶面与中间包上端面齐平，底面和顶面的上底边分别与中间包前面平行，底面和顶面的下底边分别与中间包后面平行，底面和顶面的两侧边分别与中间包侧面上部平行，分流岛的前面与中间包前面之间的钢水流道中有两条平行的分流岛挡坝，两条分流岛挡坝与分流岛前面垂直，分流岛的左侧面和右侧面与相对的中间包侧面上部之间的钢水流道中分别有分流岛挡墙，分流岛挡墙分别与分流岛的左侧面和右侧面垂直，分流岛的远端有分别中间包挡坝，与分流岛的两个侧面平行。
上述三流板坯连铸中间包分流结构，所述分流岛挡坝的下端与中间包底面之间有泄流孔，分流岛挡坝的上端低于中间包的上端，分流岛挡墙与中间包底面之间有泄流孔，分流岛挡墙的上端低于中间包的上端。
上述三流板坯连铸中间包分流结构，所述分流岛六面体的前面、后面和两个侧面分别由分流岛永久层钢结构、分流岛永久层浇注料、分流岛工作层预制件组成，前面、后面和两个侧面的分流岛永久层钢结构下端与中间包底部钢结构焊接连接，分流岛永久层钢结构内侧焊接锚固钉，分流岛永久层钢结构内浇注分流岛永久层浇注料，分流岛永久层浇注料与锚固钉浇注为一体，分流岛永久层钢结构外侧安装分流岛工作层预制件。
上述三流板坯连铸中间包分流结构，所述分流岛的远端的中间包挡坝位于中间包的两端，中间包挡坝的下端与中间包底面之间紧密连接，中间包挡坝的上端低于中间包的上端。
一种上述三流板坯连铸中间包分流结构的制作方法，它采用以下步骤进行：
a．中间包永久层施工厚度为150mm，分流岛位置的中间包永久层施工厚度为100mm；
b．分流岛永久层钢结构与中间包底部钢结构焊接连接，采用6mm的钢筋在分流岛永久层钢结构内侧焊接100mm的锚固钉，分流岛永久层钢结构的外表面贴一层10mm的纳米绝热板；
c．分流岛永久层钢结构内浇注分流岛永久层浇注料，分流岛永久层浇注料与锚固钉浇注为一体，分流岛永久层浇注料为刚玉-莫来石浇注料；
d．在分流岛永久层钢结构外部安装分流岛工作层预制件，分流岛工作层预制件下端安装在中间包永久层上，分流岛工作层预制件和分流岛永久层钢结构之间预留20mm的缝隙，缝隙使用干式料填充、捣实；
e．在分流岛工作层预制件底部和中间包永久层的接触位置，使用浇注料填实；
上述三流板坯连铸中间包分流结构的制作方法，所述分流岛工作层预制件采用刚玉-尖晶石材质制作，在分流岛工作层预制件上预留固定挡墙的凹槽，分流岛挡墙与分流岛工作层预制件凹槽的安装缝隙采用刚玉火泥密封严实。
本发明的有益效果是：
本发明是三流板坯连铸中间包结构的首创，本发明在中间包内采用分流岛、挡墙和有泄流孔挡坝、无泄流孔挡坝的分流组合结构进行控流，使用这种分流组合结构后，可以消除中间包底部击穿流，明显延长钢水的平均停留时间，同时可以减小中间包内的死区，增加活塞流区域，并且能有效均衡各流的温度，形成有利于夹杂物上浮、各流趋于均匀的流动形态，达到合理的流动性，还能提高钢水的纯净度，有利于保证连铸工艺顺行和改善铸坯质量。
附图说明
图1是本发明的三流板坯连铸中间包分流结构的俯视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4、5、6是分流岛的正视图、侧视图、俯视图；
图7是分流岛挡墙的结构示意图；
图8是分流岛挡坝的结构示意图；
图9是中间包挡坝的结构示意图。
图中标记如下：中间包1、中间包永久层2、中间包工作层3、分流岛4、分流岛挡墙5、分流岛挡坝6、中间包挡坝7、分流岛永久层钢结构8、分流岛永久层浇注料9、分流岛工作层预制件10。
具体实施方式
本发明的三流板坯连铸中间包分流结构由分流岛4、分流岛挡墙5、分流岛挡坝6、中间包挡坝7组成。
图1、2、3显示，分流岛4位于中间包1的中间位置，分流岛4的前面、后面、左侧面、右侧面与相对的中间包1内壁之间分别有钢水流道。分流岛4与两个相对的中间包两侧内壁之间的钢水流道中分别有分流岛挡墙5，分流岛4与中间包1的前面之间的钢水流道中有分流岛挡坝6，中间包1的两端分别有中间包挡坝7。其中，分流岛挡墙5和分流岛挡坝6为有泄流孔结构，中间包挡坝7为无泄流孔结构。
采用分流岛4、分流岛挡墙5、分流岛挡坝6、中间包挡坝7组成分流组合结构后，可以消除中间包底部击穿流，明显延长钢水的平均停留时间，同时可以减小中间包1内的死区，增加活塞流区域，并且能有效均衡各流的温度，形成有利于夹杂物上浮，各流趋于均匀的流动形态，达到合理的流动性，还能提高钢水的纯净度，有利于保证连铸工艺顺行和改善铸坯质量。
某钢厂采用上述分流组合结构后后，钢液在中间包1内的平均停留时间为 298s，最短响应时间为 59s，活塞流体积与死区体积之比为 2.52，夹杂物的上浮率为 87.9%。钢液在中间包1内的平均停留时间长，流动模式合理，夹杂物去除效果好。
图1、2、3显示，分流岛挡墙5与中间包底面之间有泄流孔，分流岛挡墙5的上端低于中间包1的上端。分流岛挡坝6的下端与中间包底面之间有泄流孔，分流岛挡坝6的上端低于中间包1的上端。中间包挡坝7的下端与中间包底面之间紧密连接，中间包挡坝7的上端低于中间包1的上端。
图1、2、3显示，分流岛4为直立的六面体结构，六面体由底面、顶面、前面、后面、左侧面、右侧面组成。
分流岛4六面体的六个面均为梯形，底面和顶面为两个相似等腰梯形，底面和顶面水平平行放置，底面和顶面的中心上下垂直相对，底面和顶面的等腰梯形的上底边和下底边分别在同一侧，底面和顶面的四角对应连接，底面上底边和顶面上底边之间形成前面，底面下底边和顶面下底边之间形成后面，前面和后面分别为等腰梯形，底面和顶面的两个侧边之间分别形成左侧面和右侧面，左侧面和右侧面为相同的不等腰梯形。
分流岛4六面体的底面与中间包1的底面重合，顶面与中间包1的上端面齐平，底面和顶面的上底边分别与中间包前面平行，底面和顶面的下底边分别与中间包后面平行，底面和顶面的两侧边分别与中间包侧面上部平行。
图4、5、6显示，分流岛4六面体的前面、后面和两个侧面分别由分流岛永久层钢结构8、分流岛永久层浇注料9、分流岛工作层预制件10组成。分流岛永久层钢结构8下端与中间包1底部钢结构焊接连接，分流岛永久层钢结构8内侧焊接锚固钉，分流岛永久层钢结构8内浇注分流岛永久层浇注料9，分流岛永久层浇注料9与锚固钉浇注为一体，分流岛永久层钢结构8外侧安装分流岛工作层预制件10。分流岛永久层浇注料9采用具有良好热震、高强度的刚玉-莫来石材质，该材质的线变化率小，能承受中间包急冷急热的影响，可重复利用。分流岛工作层预制件10采用刚玉-尖晶石材质，该材质有较高的强度和抗冲刷、抗侵蚀能力。分流岛4使用这种耐材组合，避免了耐火材料在高温下的热涨冷缩出现的安全问题。分流岛4的分流岛永久层浇注料9可反复使用，每次更换分流岛工作层预制件10即可，大幅度的减少了耐材的消耗。
图7显示，分流岛挡墙5为倒置的梯形，梯形的上底边的长度大于下底边的长度，下底边与中间包1的底面之间有间隙，间隙为泄流孔。
图8显示，分流岛挡坝6为倒置的梯形，梯形的上底边的长度大于下底边的长度，下底边与中间包1的底面之间有间隙，间隙为泄流孔。分流岛挡坝6的材质为镁硅浇注料，能有效的降低成本。
图9显示，中间包挡坝7为倒置的梯形，梯形的上底边的长度大于下底边的长度，下底边与中间包1的底面紧密连接，没有泄流孔。中间包挡坝7的材质为镁硅浇注料，能有效的降低成本。
本发明的分流岛4的施工工艺如下：
a．中间包永久层2施工厚度为150mm，分流岛4位置的中间包永久层2施工厚度为100mm；
b．分流岛永久层钢结构8与中间包1底部钢结构焊接连接，采用6mm的钢筋在分流岛永久层钢结构8内侧焊接100mm的锚固钉，分流岛永久层钢结构8的外表面贴一层10mm的纳米绝热板；
c．分流岛永久层钢结构8内浇注分流岛永久层浇注料9，分流岛永久层浇注料9与锚固钉浇注为一体，分流岛永久层浇注料9为刚玉-莫来石浇注料；
d．在分流岛永久层钢结构8外部安装分流岛工作层预制件10，分流岛工作层预制件10下端安装在中间包永久层2上，分流岛工作层预制件10和分流岛永久层钢结构8之间预留20mm的缝隙，缝隙使用干式料填充、捣实；
e．在分流岛工作层预制件10底部和中间包永久层2的接触位置，使用浇注料填实；
分流岛工作层预制件10采用刚玉-尖晶石材质制作，在分流岛工作层预制件10上预留固定挡墙的凹槽，分流岛挡墙5与分流岛工作层预制件凹槽的安装缝隙采用刚玉火泥密封严实。
本发明的一个实施例如下：
分流岛4的顶面的前面上底边长度为1040mm，前面下底边长度为1427 mm；
分流岛4的底面的上底边长度为974mm，下底边长度为2510mm，两侧边长度上顶边为612mm，两侧边长度下顶边为1000mm；
分流岛4的高度为1100mm；
分流岛4两侧面、前面、后面均与中间包包底成80°角；
分流岛永久层钢构8厚度为20mm，外表面贴一层10mm的纳米的绝热板；
分流岛挡墙5的上底边长度为988mm，下底边长度为706mm，高度为800mm，厚度为100mm；
分流岛挡坝6的材质为镁硅浇注料，上底边长度为856mm，下底边长度为700mm，高度为400mm，厚度为80mm；
中间包挡坝7的材质为镁硅浇注料，上底边长度为574mm，下底边长度为500mm，高度为200mm，厚度为80mm。
本发明在实施过程中，采用了分流岛与不同挡墙和挡坝的组合结构，进行对比试验，其中三流板坯中间包夹杂物上浮情况对比试验结果如下：
中间包内夹杂物去除效果
中间包内采用分流岛+分流岛挡墙+分流岛挡坝+中间包挡坝 的组合方案后，夹杂物的上浮率为 85.2%，是这六种组合方案中最高的。中间包内采用分流岛+分流岛挡墙+中间包挡坝 的组合方案后，夹杂物的上浮率为 83.2%，是这六种组合方案中第二高的。
各种组合方案的中间包温度分布：
中间包内温度分布（单位为 K）
注：|T2-T1| 表示中间流与边流 1 出口的温度差；|T2-T3|表示中间流与边流 3出口的温度差；Max|T2-Ti|表示中间流与边流最大温度差。
中间包安装六种控流元件组合方案的温度场如表所示。从表中可以看出，大包注流区是整个中间包内温度较高的区域，其次是中间包两斜墙的夹角区域附近。由于中间包角部多维散热，中间包边部的角部温度较低，尤其是中间包液面的角部区域，温度更低。
各种组合的钢水在中间包内的停留时间对比：
中间包内停留时间及流动模式组成（整体）
表中给出了六种控流元件组合方案的中间包内钢液平均停留时间和流动模式组成。从表中可以看出，中间包内采用“分流岛+分流岛挡墙+分流岛挡坝+中间包挡坝”的组合方案后，钢液在中间包内的平均停留时间为 284s，在所设计的六种组合方案中是最长的；活塞流体积与死区体积之比为 2.16，在所设计的六种组合方案中是比例最大的。这说明采用“分流岛+分流岛挡墙+分流岛挡坝+中间包挡坝”的组合方案后，钢液在中间包内的平均停留时间更长，流动模式更加合理。从表中还可以看出，中间流边流最短响应时间差为 6s，在六种组合方案中是较小的，这说明中间流和边流流动较为均衡。
Claims (4)
1.一种三流板坯连铸中间包分流结构，它包括挡墙、挡坝，其特征在于：它增加了分流岛（4），分流岛（4）位于中间包（1）的中间位置，分流岛（4）为直立的六面体结构，六面体由底面、顶面、前面、后面、左侧面、右侧面组成，分流岛（4）的前面、后面、左侧面、右侧面与相对的中间包内壁之间分别有钢水流道，分流岛（4）六面体的六个面均为梯形，底面和顶面为两个相似等腰梯形，底面和顶面水平平行放置，底面和顶面的中心上下垂直相对，底面和顶面的等腰梯形的上底边和下底边分别在同一侧，底面和顶面的四角对应连接，底面上底边和顶面上底边之间形成前面，底面下底边和顶面下底边之间形成后面，前面和后面分别为等腰梯形，底面和顶面的两个侧边之间分别形成左侧面和右侧面，左侧面和右侧面为相同的不等腰梯形，底面与中间包底面重合，顶面与中间包上端面齐平，底面和顶面的上底边分别与中间包前面平行，底面和顶面的下底边分别与中间包后面平行，底面和顶面的两侧边分别与中间包侧面上部平行，分流岛（4）的前面与中间包前面之间的钢水流道中有两条平行的分流岛挡坝（6），两条分流岛挡坝（6）与分流岛前面垂直，分流岛（4）的左侧面和右侧面与相对的中间包侧面上部之间的钢水流道中分别有分流岛挡墙（5），分流岛挡墙（5）分别与分流岛（4）的左侧面和右侧面垂直；所述分流岛挡坝（6）的下端与中间包底面之间有泄流孔，分流岛挡坝（6）的上端低于中间包（1）的上端，分流岛挡墙（5）与中间包底面之间有泄流孔，分流岛挡墙（5）的上端低于中间包（1）的上端；中间包（1）的两端分别有中间包挡坝（7），中间包挡坝（7）的下端与中间包底面之间紧密连接，中间包挡坝（7）的上端低于中间包（1）的上端。
2.根据权利要求1所述的三流板坯连铸中间包分流结构，其特征在于：所述分流岛（4）六面体的前面、后面、左侧面、右侧面分别由分流岛永久层钢结构（8）、分流岛永久层浇注料（9）、分流岛工作层预制件（10）组成，前面、后面、左侧面、右侧面的分流岛永久层钢结构（8）下端与中间包底部钢结构焊接连接，分流岛永久层钢结构（8）内侧焊接锚固钉，分流岛永久层钢结构（8）内浇注分流岛永久层浇注料（9），分流岛永久层浇注料（9）与锚固钉浇注为一体，分流岛永久层钢结构（8）外侧安装分流岛工作层预制件（10）。
3.一种上述三流板坯连铸中间包分流结构的制作方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：
a．中间包永久层（2）施工厚度为150mm，分流岛（4）位置的中间包永久层（2）施工厚度为100mm；
b．分流岛永久层钢结构（8）与中间包底部钢结构焊接连接，采用6mm的钢筋在分流岛永久层钢结构（8）内侧焊接100mm的锚固钉，分流岛永久层钢结构（8）的外表面贴一层10mm的纳米绝热板；
c．分流岛永久层钢结构（8）内浇注分流岛永久层浇注料（9），分流岛永久层浇注料（9）与锚固钉浇注为一体，分流岛永久层浇注料（9）为刚玉-莫来石浇注料；
d．在分流岛永久层钢结构（8）外部安装分流岛工作层预制件（10），分流岛工作层预制件（10）下端安装在中间包永久层（2）上，分流岛工作层预制件（10）和分流岛永久层钢结构（8）之间预留20mm的缝隙，缝隙使用干式料填充、捣实；
e．在分流岛工作层预制件（10）底部和中间包永久层（2）的接触位置，使用浇注料填实。
4.根据权利要求3所述的三流板坯连铸中间包分流结构的制作方法，其特征在于：所述分流岛工作层预制件（10）采用刚玉-尖晶石材质制作，在分流岛工作层预制件（10）上预留固定挡墙的凹槽，分流岛挡墙（5）与分流岛工作层预制件（10）凹槽的安装缝隙采用刚玉火泥密封严实。
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