CN111822689B - 一种高品质钢连铸吹氩塞棒、塞棒吹氩系统及吹氩方法 - Google Patents
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Abstract
一种高品质钢连铸吹氩塞棒、塞棒吹氩系统及吹氩方法，属于炼钢连铸技术领域，该吹氩塞棒中的气体通道包括主通道、扩散气室和狭缝式通道，塞棒本体的中心轴线上设置主通道，塞棒头部设置扩散气室和多个狭缝式通道，主通道的一端与供气管路相连，主通道的另一端通过扩散气室与多个狭缝式通道相通连，多个狭缝式通道的出口弥散布置在塞棒头部的底部表面，该吹氩系统中检测塞棒位移的位移传感器通过PLC与控制氩气流量的流量控制阀相连，本发明的有益效果是，本发明改善了进入钢水中的氩气气泡的尺寸及分布状态，并且根据实际的浇铸过程动态调整塞棒中的氩气流量，有效改善了水口碗部及内壁夹杂物结瘤状态和连铸浇铸状态，提高了钢水质量。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢连铸技术领域，尤其涉及一种高品质钢连铸吹氩塞棒、塞棒吹氩系统及吹氩方法。
背景技术
炼钢过程中钢液脱氧大部分采用铝脱氧方式，尤其含铝钢，因此，冶炼钢水中存在一定量氧化铝类夹杂物，为了满足可浇性，通常采用钙处理方式。但是对于一些高品质冶金产品，为了满足特殊性能质量要求，对钢中DS类夹杂物有严格要求，冶炼工艺中不能采用钙处理工艺措施。该类产品在连铸浇铸过程中结晶器水口极容易结瘤而堵塞，连铸浇铸稳定性差，连浇炉次少，生产效益低。对于一些含硫含铝钢或高铝钢连铸生产过程中，即使采用钙处理工艺，也容易在连铸过程中出现结瘤现象。
为了防止水口结瘤，现有工艺是在连铸浇铸过程中采用塞棒吹氩方法改善水口浇铸状态。通过在塞棒内部开通氩气通道向钢水中吹入一定压力和流量的氩气，氩气通道采用沿着塞棒轴线开通一定直径直通孔，在塞棒头即氩气出口部位缩小通道直径，实现浇铸过程中吹入氩气，阻止连铸浇铸过程中夹杂物在水口碗部及内壁结瘤，避免水口堵塞。现有的处理方法在防止水口结瘤和堵塞上取到一定作用，但也存在一定问题和局限性：1、塞棒内部氩气通道设计存在一定局限性，塞棒头部区域都是通过预先埋入耐高温直管实现氩气流通，此种方式进入钢水中氩气泡尺寸相对较大，弥散程度较差，改善夹杂物在水口碗部及内壁结瘤的效果有限，而且此种设计极容易引起钢水回流导致出口堵塞；2、根据现场实际情况，塞棒头部氩气出口直径过大，极容易在钢流作用下形成塞棒内部主通道空腔内出现负压，由于塞棒棒尾与吹氩管连接属于高温硬连接，在氩气压力和流量不合适的情况，极容易出现由此连接处吸入空气，导致严重钢水二次氧化；塞棒头部氩气出口直径过小，氩气出口压力过大，气体冲击深度深，氩气泡分散至水口内壁的几率低，吹氩改善浇铸状态效果不佳，甚至导致结晶器内钢渣界面波动翻腾严重。3、浇铸过程中棒位的变化反应出水口内壁夹杂物结瘤或水口耐材侵蚀的程度，而在现有的浇铸过程中吹氩的流量是不变的，或者仅在设定的时间段后开始调节吹氩的流量，使吹氩流量不适应实际的浇铸状况。若出现结晶器中的钢水液面降低的幅度很大时，塞棒棒位需要向上提升，水口内壁存在一定程度夹杂物附着，且夹杂物不断在水口碗部和内壁附着或脱落，严重影响到连铸浇铸稳定性和钢水质量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高品质钢连铸吹氩塞棒、塞棒吹氩系统及吹氩方法，通过对连铸吹氩塞棒的结构进行改进，改善了进入钢水中的氩气气泡的尺寸及分布状态，充分发挥了微小弥散的氩气气泡吸附去除夹杂物及改善水口结瘤的作用，并且根据实际的浇铸过程动态调整连铸吹氩塞棒中的氩气流量，有效改善了水口碗部及内壁夹杂物结瘤状态和连铸浇铸状态，提高了钢水质量。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述高品质钢连铸吹氩塞棒，包括塞棒本体、塞棒头部和气体通道，所述塞棒本体的底部与所述塞棒头部相连，所述气体通道包括主通道、扩散气室和狭缝式通道，所述塞棒本体的中心轴线上设置所述主通道，所述塞棒头部由上而下依次设置扩散气室和多个狭缝式通道，所述主通道的一端与供气管路相连，所述主通道的另一端通过扩散气室与多个狭缝式通道相通连，多个所述狭缝式通道的出口弥散布置在所述塞棒头部的底部表面。
进一步地，所述塞棒本体远离所述塞棒头部的一端设置有向外伸出的气体连接接头。
进一步地，所述扩散气室设置为一端开口的圆台形空腔，所述扩散气室的开口端设置为孔径较小端，所述开口端与所述主通道相连通，所述扩散气室的孔径较大端与多个狭缝式通道相连通。
进一步地，多个狭缝式通道呈放射状布置在所述塞棒头部的下部，多个所述狭缝式通道的出口以所述塞棒头部的底部中心为圆心围成多个环形结构，组成每个环形结构的多个狭缝式通道的出口间隔布置。
进一步地，所述狭缝式通道的出口长度设置为1mm～20mm，出口宽度设置为0.1mm～0.5mm；组成每个环形结构的多个狭缝式通道的出口尺寸相等，且由所述塞棒头部的底部中心向外布置的狭缝式通道的出口长度逐渐增加。
进一步地，所述扩散气室的底部与所述塞棒头部底端之间的高度大于水口碗部的高度，多个狭缝式通道的出口弥散分布在以所述扩散气室的底部为分界面的塞棒头部前端表面积的1/2～1的区域。
进一步地，所述塞棒本体由铝碳质材料制成，所述铝碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉50％～60％、鳞片状石墨20％～30％、活性氧化铝5％～10％、电熔尖晶石5％～10％、纯铝酸钙水泥2％～3％；所述塞棒头部由镁碳质材料制成，所述镁碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉30％～40％、电熔镁砂20％～30％、鳞片状石墨20％～30％、电熔尖晶石5％～10％、纯铝酸钙水泥2％～3％。
一种高品质钢连铸塞棒吹氩系统，包括所述的高品质钢连铸吹氩塞棒，还包括中间包、水口、结晶器、塞棒棒位控制部件和吹氩流量控制部件，所述塞棒棒位控制部件包括液位监视器、液位PID控制器、位移传感器、棒位PID控制器和塞棒执行机构，所述吹氩流量控制部件包括PLC和流量控制阀；
所述中间包内设置多个所述连铸吹氩塞棒，所述中间包的下端设置多个水口，所述水口的下端伸入下方的结晶器内，所述结晶器的上端端口的内壁上设置所述液位监视器，所述连铸吹氩塞棒的上方设置所述位移传感器，所述液位监视器通过液位PID控制器与棒位PID控制器相连，所述位移传感器与所述棒位PID控制器相连，所述棒位PID控制器与塞棒执行机构相连；所述位移传感器通过PLC与所述流量控制阀相连，所述流量控制阀安装在供气管路内。
一种高品质钢连铸塞棒吹氩方法，运用所述的高品质钢连铸塞棒吹氩系统，包括以下步骤：
1)在连铸浇铸之前，钢水流入中间包时，开启氩气起源，向连铸吹氩塞棒的气体通道内供入氩气，保持供入氩气的压力为0.2Mpa～0.8Mpa，氩气流量为1.0L/min～3.0L/min，持续通入10min～20min；
2)连铸吹氩塞棒提升，使钢水进入结晶器时，保持供入氩气的压力为0.2～0.8Mpa，氩气流量增加至4.0L/min～6.0L/min，持续通入15min～25min；
3)当中间包钢水重量达到35～45T时，保持供入氩气的压力为0.2～0.8Mpa，氩气流量调整到1.0L/min～5.0L/min，持续通入10min～20min；
4)在正常浇铸时，液位监视器实时测量结晶器中钢水的液位高度并将检测的液位信号传输给液位PID控制器，所述液位PID控制器将设定的液位高度与实际液位高度比较后计算输出理论的塞棒棒位，所述位移传感器检测实际的塞棒位置，理论的塞棒棒位和实际的塞棒棒位输入棒位PID控制器，棒位PID控制器输出控制塞棒执行机构的电信号控制塞棒运动，同时位移传感器将检测的实际的塞棒棒位信号传输给PLC，PLC通过建立的棒位每分钟变化量Δx与吹氩流量调整量Δy之间的关系模型，即Δy＝1/4Δx，来控制流量控制阀的开度，调节氩气的流量，保证有足够的氩气吹入水口中。
进一步地，所述棒位每分钟变化量Δx的范围为1mm<∣Δx∣≤20mm。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过对连铸吹氩塞棒中的气体通道进行改进，即沿着塞棒本体的中心轴线设置主通道，主通道的一端与供气管路相通连，主通道的另一端与塞棒头部的扩散气室相通连，扩散气室的底部与多个狭缝式通道相通连，多个狭缝式通道的出口弥散布置在塞棒头部的底部表面，使通过供气管路供入的氩气通过主通道后进入扩散气室，通过扩散气室将氩气聚集后通过多个狭缝式通道弥散分布在水口碗部和内壁区域，改善了进入钢水中的氩气气泡的尺寸及分布状态，充分发挥了微小弥散的氩气泡吸附去除夹杂物及改善水口结瘤作用，防止了氩气压力过大而导致的结晶器内钢渣界面波动翻腾严重的现象，也防止了氩气压力过小或负压而导致的钢水回流和钢水二次氧化的问题，而且整个连铸吹氩塞棒结构简单，加工方便快捷，无需向其中添加其他的结构，加工成本较低，整体结构稳定，使用寿命长。
2、本发明通过对塞棒吹氩系统和吹氩的方法进行了改进，即在正常浇铸的过程中，通过液位监视器实时测量结晶器中钢水的液位高度并将检测的液位信号传输给液位PID控制器，液位PID控制器将设定的液位高度与实际液位高度比较后计算输出理论的塞棒棒位，位移传感器检测实际的塞棒位置，理论的塞棒棒位和实际的塞棒棒位输入棒位PID控制器，棒位PID控制器计算输出控制塞棒执行机构的电信号控制塞棒运动，塞棒运动的同时，位移传感器将检测的实际塞棒棒位信号传输给PLC，PLC通过棒位的变化量调节控制流量控制阀的开度来控制吹氩流量，当棒位每分钟上升或下降1mm时，吹氩流量上调或下降0.25L/min，根据棒位的动态变化，可以实时动态调节吹氩流量，可保证有足够的氩气吹入水口中，有效改善了水口碗部及内壁夹杂物结瘤状态和连铸浇铸状态，提高了钢水质量。
综上，本发明涉及的连铸吹氩塞棒的结构简单、加工成本低，结构稳定，使用寿命长，改善了进入钢水中的氩气气泡的尺寸及分布状态，充分发挥了微小弥散的氩气气泡吸附去除夹杂物及改善水口结瘤的作用，并且根据实际的浇铸过程动态调整塞棒中的氩气流量，有效改善了水口碗部及内壁夹杂物结瘤状态和连铸浇铸状态，提高了钢水质量。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明中连铸吹氩塞棒的结构示意图；
图2为图1的A-A向的剖视图；
图3为本发明中连铸塞棒吹氩系统的结构示意图；
图4为本发明中连铸塞棒吹氩系统的控制原理图；
上述图中的标记均为：1.塞棒本体，2.塞棒头部，3.气体通道，31.主通道，32.扩散气室，33.狭缝式通道，4.气体连接接头，5.水口碗部，6.中间包，7.水口，8.结晶器，9.液位监视器，10.位移传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明具体的实施方案为：如图1和图2所示，一种高品质钢连铸吹氩塞棒，包括塞棒本体1、塞棒头部2和气体通道3，塞棒本体1的底部与塞棒头部2相连，气体通道3包括主通道31、扩散气室32和狭缝式通道33，塞棒本体1的中心轴线上设置主通道31，塞棒头部2由上而下依次设置扩散气室32和多个狭缝式通道33，主通道31的一端与供气管路相连，主通道31的另一端通过扩散气室32与多个狭缝式通道33相通连，多个狭缝式通道33的出口弥散布置在塞棒头部2的底部表面，使通过供气管路供入的氩气通过主通道31后进入扩散气室32，通过扩散气室32将氩气聚集后通过多个狭缝式通道33弥散分布在水口碗部和内壁区域，改善了进入钢水中的氩气气泡的尺寸及分布状态，充分发挥了微小弥散的氩气泡吸附去除夹杂物及改善水口结瘤作用，防止了氩气出口尺寸过小使氩气压力过大，而导致的结晶器内钢渣界面波动翻腾严重的现象，也防止了氩气出口尺寸过大使氩气压力过小或负压，而导致的钢水回流和钢水二次氧化的问题，而且整个连铸吹氩塞棒结构简单，加工方便快捷，无需向其中添加其他的结构，加工成本较低，整体结构稳定，使用寿命长。
具体地，塞棒本体1远离塞棒头部2的一端设置有向外伸出的气体连接接头4，方便供气管路的快速安装和拆卸。
具体地，其中的扩散气室32设置为一端开口的圆台形空腔，扩散气室32的开口端设置为孔径较小端，开口端与主通道31相连通，且开口端的孔径与主通道31的孔径相等，扩散气室32的孔径较大端与多个狭缝式通道33相连通，扩散气室32起到了将供入的氩气聚集后，通过多个狭缝式通道33弥散分布出去，使氩气气泡弥散分布在水口碗部及内壁上。
多个狭缝式通道33呈放射状布置在塞棒头部2的下部，多个狭缝式通道33的出口以塞棒头部2的底部中心为圆心围成多个环形结构，组成每个环形结构的多个狭缝式通道33的出口间隔布置，使狭缝式通道33的出口均匀布置在塞棒头部2的下部表面。而且该狭缝式通道33的出口长度设置为1mm～20mm，出口宽度设置为0.1mm～0.5mm，狭缝式通道33的出口设置成矩形，便于对其尺寸进行调整，而且布置的狭缝式通道33的出口数量更多，使氩气气泡的弥散分布效果更好，组成每个环形结构的多个狭缝式通道33的出口尺寸相等，且由塞棒头部2的底部中心向外布置的狭缝式通道33的出口长度逐渐增加，使塞棒头部2靠近水口碗部和水口内壁的位置处的氩气量更大，进一步改善了水口结瘤的现象。扩散气室32的底部与塞棒头部2底端之间的高度大于水口碗部5的高度，多个狭缝式通道33的出口弥散分布在以扩散气室32的底部为分界面的塞棒头部2前端表面积的1/2～1的区域，优化地，多个狭缝式通道33的出口弥散分布在以扩散气室32的底部为分界面的塞棒头部2前端表面积的2/3的区域，保证了与扩散气室32相连的多个狭缝式通道33可覆盖整个水口碗部5，使微小弥散的氩气泡更加全面吸附去除水口碗部和水口内壁的夹杂物，进一步改善了水口结瘤的现象。
具体地，其中的塞棒本体1由铝碳质材料制成，铝碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉50％～60％、鳞片状石墨20％～30％、活性氧化铝5％～10％、电熔尖晶石5％～10％、纯铝酸钙水泥2％～3％；塞棒头部2由镁碳质材料制成，镁碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉30％～40％、电熔镁砂20％～30％、鳞片状石墨20％～30％、电熔尖晶石5％～10％、纯铝酸钙水泥2％～3％。由于铝碳质材料和镁碳质材料本身的热膨胀性存在较大差异，两者复合后的制品经烧成后，由于热膨胀率不同而容易在复合部位产生裂纹，因此，在复合时需要加入金属Al粉、Si粉或SiC粉等抗氧化剂，同时可向其中加入BN添加剂进一步降低热膨胀率，来改善材质的抗侵蚀性能，通过加热混练制备出铝碳材质的泥料和镁碳材质的泥料，然后在浇铸模具中布置与狭缝式通道33的形状相匹配的可烧蚀的填充物，然后将铝碳材质的泥料和镁碳材质的泥料导入浇注模具中，该浇注模具中设置有与主通道31和扩散气室32的形状相适配的结构，经过对整体高温复合烧结后，填充物经过高温烧蚀形成狭缝式通道33，同时也形成了与狭缝式通道33依次相通连的扩散气室32和主通道31，通过干燥、烧成后生产出铝碳-镁碳复合整体式塞棒结构，该塞棒整体结构强度高，抗热震性和侵蚀性强，生产工艺简单，提高了使用寿命。
具体地，如图3和图4所示，一种高品质钢连铸塞棒吹氩系统，包括上述连铸吹氩塞棒，还包括中间包6、水口7、结晶器8、塞棒棒位控制部件和吹氩流量控制部件，塞棒棒位控制部件包括液位监视器9、液位PID控制器、位移传感器10、棒位PID控制器和塞棒执行机构，吹氩流量控制部件包括PLC和流量控制阀。
中间包6内设置多个连铸吹氩塞棒，中间包6的下端设置多个水口7，水口7的下端伸入下方的结晶器8内，结晶器8的上端端口的内壁上设置液位监视器9，该液位监视器9可使用射线监测仪，用于监控结晶器8的液位，连铸吹氩塞棒的上方设置位移传感器10，液位监视器9通过液位PID控制器与棒位PID控制器相连，液位PID控制器将设定的液位高度与实际液位高度比较后计算输出理论的塞棒棒位，位移传感器10与棒位PID控制器相连，使棒位PID控制器与塞棒执行机构相连，位移传感器10检测实际的塞棒位置，液位PID控制器输出的理论的塞棒棒位和位移传感器10检测的实际的塞棒棒位一同输入棒位PID控制器，棒位PID控制器通过PID调节参数来计算塞棒的运动量，即棒位PID控制器输出控制塞棒执行机构的电信号来控制塞棒运动，其中的塞棒执行机构可设置成液压缸、电机等驱动部件；其中的位移传感器10通过PLC与流量控制阀相连，流量控制阀安装在供气管路内，位移传感器10实时检测塞棒的运动位移，并将位移信号传输给PLC，通过PLC控制流量控制阀的开度来动态调节氩气的流量。
实施例一：以铝含量为0.025％的不含硫高品质钢为例，具体说明一下采用上述吹氩系统对高品质钢进行连铸吹氩的方法以及产生的效果。连铸吹氩的方法包括以下步骤：
1)在连铸浇铸之前，钢水流入中间包6时，开启氩气起源，向连铸吹氩塞棒的气体通道3内供入氩气，保持供入氩气的压力为0.3Mpa，氩气流量为2.0L/min，持续通入10min，保持气体通道3的畅通；
2)连铸吹氩塞棒提升，使钢水进入结晶器8时，保持供入氩气的压力为0.3Mpa，氩气流量增加至4.0L/min，持续通入15min，向水口7持续通入氩气，改善浇铸前期的结瘤现象；
3)当中间包6钢水重量达到40T时，钢水开始稳定浇铸，保持供入氩气的压力为0.2Mpa，氩气流量调整到2.0L/min，持续通入10min；
4)在正常浇铸的过程中，液位监视器9实时测量结晶器8中钢水的液位高度并将检测的液位信号传输给液位PID控制器，液位PID控制器将设定的液位高度与实际液位高度比较后计算输出理论的塞棒棒位，位移传感器10检测实际的塞棒位置，理论的塞棒棒位和实际的塞棒棒位输入棒位PID控制器，棒位PID控制器输出控制塞棒执行机构的电信号控制塞棒运动，同时位移传感器10将检测的实际的塞棒棒位信号传输给PLC，PLC通过建立的棒位每分钟变化量Δx与吹氩流量调整量Δy之间的关系模型，即Δy＝1/4Δx，来控制流量控制阀的开度，调节氩气的流量，由于在浇铸的过程中棒位是不断轻微波动的，当棒位波动量不超过1mm时，水口内部状况变化不大，因此，吹氩的流量不做调整，当1mm<∣Δx∣≤20mm时，吹氩流量才进行调整，使氩气流量在2.0L/min基础上随着棒位一定程度变化而变化，保证有足够的氩气吹入水口7中，在正常的浇铸过程中，一般∣Δx∣不超过20mm。
实施例二：以铝含量为0.025％和硫含量为0.020％的含硫含铝高品质钢为例，具体说明一下采用上述吹氩系统对高品质钢进行连铸吹氩的方法以及产生的效果。连铸吹氩的方法包括以下步骤：
1)在连铸浇铸之前，钢水流入中间包6时，开启氩气起源，向连铸吹氩塞棒的气体通道3内供入氩气，保持供入氩气的压力为0.4Mpa，氩气流量为3.0L/min，持续通入10min，保持气体通道3的畅通；
2)连铸吹氩塞棒提升，使钢水进入结晶器8时，保持供入氩气的压力为0.4Mpa，氩气流量增加至5.0L/min，持续通入15min，向水口7持续通入氩气，改善浇铸前期的结瘤现象；
3)当中间包6钢水重量达到40T时，钢水开始稳定浇铸，保持供入氩气的压力为0.4Mpa，氩气流量调整到3.0L/min，持续通入10min；
4)在正常浇铸的过程中，液位监视器9实时测量结晶器8中钢水的液位高度并将检测的液位信号传输给液位PID控制器，液位PID控制器将设定的液位高度与实际液位高度比较后计算输出理论的塞棒棒位，位移传感器10检测实际的塞棒位置，理论的塞棒棒位和实际的塞棒棒位输入棒位PID控制器，棒位PID控制器输出控制塞棒执行机构的电信号控制塞棒运动，同时位移传感器10将检测的实际的塞棒棒位信号传输给PLC，PLC通过建立的棒位每分钟变化量Δx与吹氩流量调整量Δy之间的关系模型，即Δy＝1/4Δx，来控制流量控制阀的开度，调节氩气的流量，由于在浇铸的过程中棒位是不断轻微波动的，当棒位波动量不超过1mm时，水口内部状况变化不大，因此，吹氩的流量不做调整，当1mm<∣Δx∣≤20mm时，吹氩流量才进行调整，使氩气流量在3.0L/min基础上随着棒位一定程度变化而变化，保证有足够的氩气吹入水口7中。
实施例三：以铝含量为0.040％和硫含量为0.025％的高硫高铝高品质钢为例，具体说明一下采用上述吹氩系统对高品质钢进行连铸吹氩的方法以及产生的效果。该连铸吹氩的方法包括以下步骤：
1)在连铸浇铸之前，钢水流入中间包6时，开启氩气起源，向连铸吹氩塞棒的气体通道3内供入氩气，保持供入氩气的压力为0.5Mpa，氩气流量为3.0L/min，持续通入10min，保持气体通道3的畅通；
2)连铸吹氩塞棒提升，使钢水进入结晶器8时，保持供入氩气的压力为0.5Mpa，氩气流量增加至6.0L/min，持续通入15min，向水口7持续通入氩气，改善浇铸前期的结瘤现象；
3)当中间包6钢水重量达到40T时，钢水开始稳定浇铸，保持供入氩气的压力为0.5Mpa，氩气流量调整到4.0L/min，持续通入10min；
4)在正常浇铸的过程中，液位监视器9实时测量结晶器8中钢水的液位高度并将检测的液位信号传输给液位PID控制器，液位PID控制器将设定的液位高度与实际液位高度比较后计算输出理论的塞棒棒位，位移传感器10检测实际的塞棒位置，理论的塞棒棒位和实际的塞棒棒位输入棒位PID控制器，棒位PID控制器输出控制塞棒执行机构的电信号控制塞棒运动，同时位移传感器10将检测的实际的塞棒棒位信号传输给PLC，PLC通过建立的棒位每分钟变化量Δx与吹氩流量调整量Δy之间的关系模型，即Δy＝1/4Δx，来控制流量控制阀的开度，调节氩气的流量，由于在浇铸的过程中棒位是不断轻微波动的，当棒位波动量不超过1mm时，水口内部状况变化不大，因此，吹氩的流量不做调整，当1mm<∣Δx∣≤20mm时，吹氩流量才进行调整，使氩气流量在4.0L/min基础上随着棒位一定程度变化而变化，保证有足够的氩气吹入水口7中。
上述连铸塞棒吹氩的方法使连铸浇铸过程稳定，水口结瘤程度大幅降低，浇铸过程中塞棒棒位曲线平稳，每小时棒位曲线增加值不超过2mm，可以实现该类钢种10炉以上连浇。浇铸结束后，水口碗部和内壁均无明显结瘤，使用后的塞棒完整。
同时产品冶金质量得到明显提升，钢中全氧含量降低至10ppm以内，B类夹杂物级别降低至1.0级以内，DS类夹杂物级别降低至1.5级以内。因此，该方案解决了该类冶金产品连铸浇铸稳定性不佳和夹杂物控制不稳定的问题。
对比例：现有的连铸吹氩塞棒中的氩气通道沿着塞棒轴线开通一定直径直通孔，在塞棒头即氩气出口部位缩小氩气通道直径，在塞棒的头部预先埋入耐高温直管，在浇铸过程中由耐高温直管向塞棒中通入氩气，使氩气吹向水口处。使用这种连铸吹氩塞棒的吹氩方法是：将浇铸过程分成多个预设时间段，且每个预设时间段内的氩气流量是恒定不变的，浇铸后期的预设时间段内的氩气流量比浇铸前期的预设时间段内的氩气流量大。
使用上述吹氩塞棒和吹氩方法的连铸浇铸稳定性较差，水口结瘤严重，部分流次因水口结瘤导致水口堵塞，棒位曲线每小时增加值超过8mm。而且产品冶金质量不高，钢中全氧含量在15～20ppm，B类夹杂物级别为1.5～2.0级，DS类夹杂物级别为2.0级。因此，传统的吹氩塞棒和吹氩方法改善水口结瘤的效果差，连铸浇注状态不稳定，钢水质量较差。
综上，本发明涉及的连铸吹氩塞棒的结构简单、加工成本低，结构稳定，使用寿命长，改善了进入钢水中的氩气气泡的尺寸及分布状态，充分发挥了微小弥散的氩气气泡吸附去除夹杂物及改善水口结瘤的作用，并且根据实际的浇铸过程动态调整塞棒中的氩气流量，有效改善了水口碗部及内壁夹杂物结瘤状态和连铸浇铸状态，提高了钢水质量。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (7)
1.一种高品质钢连铸吹氩塞棒，其特征在于，包括塞棒本体（1）、塞棒头部（2）和气体通道（3），所述塞棒本体（1）的底部与所述塞棒头部（2）相连，所述气体通道（3）包括主通道（31）、扩散气室（32）和狭缝式通道（33），所述塞棒本体（1）的中心轴线上设置所述主通道（31），所述塞棒头部（2）由上而下依次设置扩散气室（32）和多个狭缝式通道（33），所述主通道（31）的一端与供气管路相连，所述主通道（31）的另一端通过扩散气室（32）与多个狭缝式通道（33）相通连，多个所述狭缝式通道（33）的出口弥散布置在所述塞棒头部（2）的底部表面；
所述扩散气室（32）设置为一端开口的圆台形空腔，所述扩散气室（32）的开口端设置为孔径较小端，所述开口端与所述主通道（31）相连通，所述扩散气室（32）的孔径较大端与多个狭缝式通道（33）相连通；
多个狭缝式通道（33）呈放射状布置在所述塞棒头部（2）的下部，多个所述狭缝式通道（33）的出口以所述塞棒头部（2）的底部中心为圆心围成多个环形结构，组成每个环形结构的多个狭缝式通道（33）的出口间隔布置；
所述狭缝式通道（33）的出口长度设置为1mm~20mm，出口宽度设置为0.1mm~0.5mm；组成每个环形结构的多个狭缝式通道（33）的出口尺寸相等，且由所述塞棒头部（2）的底部中心向外布置的狭缝式通道（33）的出口长度逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的高品质钢连铸吹氩塞棒，其特征在于：所述塞棒本体（1）远离所述塞棒头部（2）的一端设置有向外伸出的气体连接接头（4）。
3.根据权利要求1所述的高品质钢连铸吹氩塞棒，其特征在于：所述扩散气室（32）的底部与所述塞棒头部（2）底端之间的高度大于水口碗部（5）的高度，多个狭缝式通道（33）的出口弥散分布在以所述扩散气室（32）的底部为分界面的塞棒头部（2）前端表面积的1/2~1的区域。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的高品质钢连铸吹氩塞棒，其特征在于：所述塞棒本体（1）由铝碳质材料制成，所述铝碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉50%~60%、鳞片状石墨20%~30%、活性氧化铝5%~10％、电熔尖晶石5%~10％、纯铝酸钙水泥2%~3%；所述塞棒头部（2）由镁碳质材料制成，所述镁碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉30%~40％、电熔镁砂20%~30%、鳞片状石墨20%~30%、电熔尖晶石5%~10％、纯铝酸钙水泥2%~3%。
5.一种高品质钢连铸塞棒吹氩系统，包括如权利要求1~4任意一项所述的高品质钢连铸吹氩塞棒，其特征在于：还包括中间包（6）、水口（7）、结晶器（8）、塞棒棒位控制部件和吹氩流量控制部件，所述塞棒棒位控制部件包括液位监视器（9）、液位PID控制器、位移传感器（10）、棒位PID控制器和塞棒执行机构，所述吹氩流量控制部件包括PLC和流量控制阀；
所述中间包（6）内设置多个所述连铸吹氩塞棒，所述中间包（6）的下端设置多个水口（7），所述水口（7）的下端伸入下方的结晶器（8）内，所述结晶器（8）的上端端口的内壁上设置所述液位监视器（9），所述连铸吹氩塞棒的上方设置所述位移传感器（10），所述液位监视器（9）通过液位PID控制器与棒位PID控制器相连，所述位移传感器（10）与所述棒位PID控制器相连，所述棒位PID控制器与塞棒执行机构相连；所述位移传感器（10）通过PLC与所述流量控制阀相连，所述流量控制阀安装在供气管路内。
6.一种高品质钢连铸塞棒吹氩方法，运用如权利要求5所述的高品质钢连铸塞棒吹氩系统，其特征在于：包括以下步骤：
1）在连铸浇铸之前，钢水流入中间包（6）时，开启氩气起源，向连铸吹氩塞棒的气体通道（3）内供入氩气，保持供入氩气的压力为0.2Mpa ~0.8Mpa，氩气流量为1.0L/min ~3.0L/min，持续通入10min~20min；
2）连铸吹氩塞棒提升，使钢水进入结晶器（8）时，保持供入氩气的压力为0.2~0.8Mpa，氩气流量增加至4.0L/min ~6.0L/min，持续通入15min~25min；
3）当中间包（6）钢水重量达到35~45T时，保持供入氩气的压力为0.2~0.8Mpa，氩气流量调整到1.0L/min ~5.0L/min，持续通入10min~20min；
4）在正常浇铸时，液位监视器（9）实时测量结晶器（8）中钢水的液位高度并将检测的液位信号传输给液位PID控制器，所述液位PID控制器将设定的液位高度与实际液位高度比较后计算输出理论的塞棒棒位，所述位移传感器（10）检测实际的塞棒位置，理论的塞棒棒位和实际的塞棒棒位输入棒位PID控制器，棒位PID控制器输出控制塞棒执行机构的电信号控制塞棒运动，同时位移传感器（10）将检测的实际的塞棒棒位信号传输给PLC，PLC通过建立的棒位每分钟变化量
与吹氩流量调整量
之间的关系模型，即
，来控制流量控制阀的开度，调节氩气的流量，保证有足够的氩气吹入水口（7）中。
7.根据权利要求6所述的高品质钢连铸塞棒吹氩方法，其特征在于：所述棒位每分钟变化量
的范围为
。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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