CN112045177A - 一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖，主要由浸入式水口砖本体、钢水入口端、钢水排出端、双口排出板、导流块、电磁场产生器组成，其在浸入式水口砖本体两侧设有钢水排出侧孔；所述导流块的截面积比增加8~15%，并使双口排出板的两个钢水流出口中间的隔板形状与导流块的下截面相同，即使经由双口排出板排出面积相应缩小8~15%；使用方法：工作时钢水排出端面在结晶器内液面以下200~240mm处；电磁场强度在0.12~0.20T；在浇注时，钢水同时从双口排出板及钢水排出侧孔流出。本发明在6~7m/min高拉速条件下，控制结晶器液面波动值在不超过±2mm，在提高铸机效率的同时，产品合格率由97.6%提高至98.7%。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶炼设备及使用方法，确切地属于一种生结晶器卷渣的浸入式水口砖及使用方法，特别适宜于短流程生产线结晶器卷渣的浸入式水口砖及使用方法。
背景技术
随着钢铁产业不断进行产业升级和结构调整，传统高能耗、高成本的生产模式逐渐向着高品质、低能耗、低成本的方向发展。近年来，面对资源环境约束、节能减排压力增大的钢铁工业环境，薄板坯技术发展迅速，由于其在技术、效益方面显示出巨大的优势，被广泛认为是冶金工业的前沿技术，也是钢铁行业未来的发展趋势。薄板坯连铸的拉速高，一般设计最高拉速为6~7m/min左右，但由于拉速太高会导致结晶器内波动剧烈，影响生产顺行，并会导致结晶器保护渣卷入钢液内部形成夹渣，严重影响铸坯质量。因此，在大规模生产时，连铸拉速基本上都达不到设计值，使薄板坯的技术优势、生产效率和成本优势得不到充分的发挥。进行高拉速薄板坯结晶器的液面波动以及卷渣控制等相关技术开发，对提高薄板坯产线生产效率，提高铸坯质量都具有重大意义。
一般认为，为了控制结晶器内的卷渣，结晶器弯月面的流速需要控制在0.2 m/s～0.4m/s 范围内。如发表于《过程工程学报》（2013年）的“电磁制动对连铸器内钢水流场的影响及表面检测”文献研究了电磁制动对薄板坯结晶器内钢水流动的影响。电磁制动削弱了钢液流股对结晶器窄边的冲击，抑制了结晶器内钢液的高速流动。
发表于《炼钢》（2013）的“电磁制动对 CSP 漏斗型结晶器流场和液面波动的影响”通过研究指出，结晶器采用电磁制动可以优化钢液的流动行为，使钢液在结晶器内的流场分布更均匀。同时，在确定最佳的磁场强度时，要综合考虑效果优化和成本两方面的因素。
中国专利申请号为CN201410322324.7的文献，其公开了“一种高拉速薄板坯的浸入式水口”，其通过改变水口内部结构来降低结晶器液面波动，即是在水口中的下部从上到下依次设置的内凸扩张部、外凸扩张部和斜面扩张部，在水口下端中心设置15-50mm宽的导流块。
上述这些方法都有一定的局限性，即水口的出口射流出现明显的主流股向下运动，流股过于集中，这样不利于温度场的均匀性，也不利于夹杂物的上浮，也没有考虑到在6~7m/min时的高拉速条件下，如何对薄板坯结晶器流场进行优化，降低结晶器卷渣的发生。
也有试图通过扩大浸入式水口出口面积，即在原有水口的基础上增加20~40%的出口面积，以在不改变结晶器通钢量的情况下减小钢液的出口流速，以能够有效降低结晶器内弯月面处的钢液流速和液面波动，进而降低卷渣风险加大钢水的排出量，其虽相比结晶器液面波动值可在±3mm的允许范围以内，但存在钢液流股过于集中，流股向下流速过高，结晶器内钢液的流速和温度分布差异较大，造成钢中夹杂物上浮困难、保护渣熔化性能差等问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有薄板坯连铸在6~7m/min高拉速条件下，因结晶器液面波动过大引起的结晶器卷渣的不足，提供一种在6~7m/min高拉速条件下，控制结晶器液面波动值不超过±2mm范围，进而能提高铸机效率，产品合格率由97.6%提高至98.7%的浸入式水口砖及使用方法。
实现上述目的的措施：
一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖，主要由浸入式水口砖本体、浸入式水口砖本体上的钢水入口端、钢水排出端、装在钢水排出端的双口排出板、设在浸入式水口砖本体内的导流块、结晶器外设置的电磁场产生器组成，其在于：在接近钢水排出端的浸入式水口砖本体两侧设有钢水排出侧孔；所述导流块的截面积比现有导流块的截面积增加8~15%，并使双口排出板的两个钢水流出口中间的隔板形状与导流块的下截面相同，即使经由双口排出板排出面积相应缩小8~15%。
其在于：所述钢水排出侧孔的直径在20~40mm，钢水排出侧孔的下倾斜角度在10~20°，高度距钢水排出端面8~20mm。
其在于：钢水排出侧孔的下倾斜角度在10~16°。
一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖的使用方法，其在于：
1）工作时，浸入式水口砖本体上的钢水排出端面在结晶器内液面以下200~240mm处；
2）电磁场强度在0.12~0.20T；
3）钢水在进行浇注时，钢水不仅从装在钢水排出端的双口排出板流出，同时也从浸入式水口砖本体两侧设有的钢水排出侧孔流出。
本发明中主要工艺的机理及作用
本发明之所以控制在接近钢水排出端的浸入式水口砖本体两侧，设有钢水排出侧孔；所述导流块的截面积比现有导流块的截面积增加8~15%，并使双口排出板的两个钢水流出口中间的隔板形状与导流块的下截面相同，即使经由双口排出板排出面积相应缩小8~15%，是由于增加导流块的截面积后，钢液流股向结晶器两侧分散，有利于降低钢流向下冲击速度，均匀温度场，促进夹杂物上浮。
本发明之所以在接近钢水排出端的浸入式水口砖本体两侧设有钢水排出侧孔，并控制钢水排出侧孔的直径在20~40mm，钢水排出侧孔的下倾斜角度在10~20°，高度距钢水排出端面8~20mm，是由于侧孔有利于活跃边部、改善流场的均匀性，同时还会改善由于结晶器液面热流供给不足导致的保护渣熔化效果不佳等问题。
本发明之所以将结晶器电磁制动的电磁场强度由现有的0.08~0.12T提高到0.12~0.20T，是由于在6~7m/min高拉速条件下，结晶器通钢量较大，钢液流速较快，提高电磁制动的磁场强度有利于较低钢液流速，从而降低钢液面波动，抑制卷渣。
本发明与现有技术相比，在6~7m/min高拉速条件下，因结晶器液面波动过大引起的结晶器卷渣的不足，提供一种在6~7m/min高拉速条件下，控制结晶器液面波动值在不超过±2mm范围，进而在提高铸机效率的同时，产品合格率由97.6%提高至98.7%。
附图说明
图1为本发明浸入式水口砖的结构示意图；
图2为图1中双口排出板的结构示意图；
图3为本发明浸入式水口砖在结晶器中的示意图；
图中：1—浸入式水口砖本体，2—钢水入口端，3—钢水排出端，4—双口排出板，5—导流块， 6—钢水排出侧孔， 7—电磁场产生器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明予以详细描述：
一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖，主要由浸入式水口砖本体1、浸入式水口砖本体1上的钢水入口端2、钢水排出端3、装在钢水排出端3的双口排出板4、设在浸入式水口砖本体1内的导流块5、结晶器外设置的电磁场产生器7组成，其在接近钢水排出端3的浸入式水口砖本体1两侧加工有钢水排出侧孔6，钢水排出侧孔6的直径在20~40mm中的任一尺寸，钢水排出侧孔的下倾斜角度在10~20°内的任意一角度，高度距钢水排出端面在8~20mm内任意一处；所述导流块5的截面积比现有导流块的截面积增加8~15%任一增加，并使双口排出板的两个钢水流出口中间的隔板形状与导流块的下截面相同，即使经由双口排出板排出面积相应缩小在8~15%任一。
浸入式水口砖的使用方法，其在于：
1）工作时，浸入式水口砖本体1上的钢水排出端3的端面在结晶器内液面以下200~240mm中任一处；
2）电磁场强度在0.12~0.20T内任一即可；
3）钢水在进行浇注时，钢水不仅从装在钢水排出端3的双口排出板4流出，同时也从浸入式水口砖本体1接近下部两侧加工的钢水排出侧孔6流出。
下面列表是采用最初的CSP生产线的结晶器水口砖、经扩大浸入式水口出口面积、以及本发明的浸入式水口砖进行试验后的比较情况 ，以进一步说明本发明的进步性。
表1是不同水口结构、不同磁场强度及不同水口浸入深度的试验结果列表。
表1 不同磁场强度时不同水口结构的试验结果
说明：第二种比较例是在扩大浸入式水口出口面积在35%下的情况。
根据表1可以看出，原水口在6~7m/min高拉速条件下，结晶器液面波动超过±3mm的允许范围，而且液面流速过大，易导致卷渣；
第二种比较例虽然结晶器液面波动值在±3mm的允许范围以内，但存在结晶器内钢液的流速和温度分布差异较大，造成钢中夹杂物上浮困难、保护渣熔化性能差等问题。
本发明通过采用增加侧孔的方式，有效改善了流场和温度场的均匀性，既促进了钢中夹杂物的上浮，又改善了保护渣的熔化性能；通过增加电磁制动的磁场强度，降低结晶器液面波动，能有效防止卷渣，产品合格率由97.6%提高至98.7%。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (4)
1.一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖，主要由浸入式水口砖本体、浸入式水口砖本体上的钢水入口端、钢水排出端、装在钢水排出端的双口排出板、设在浸入式水口砖本体内的导流块、结晶器外设置的电磁场产生器组成，其特征在于：在接近钢水排出端的浸入式水口砖本体两侧，设有钢水排出侧孔；所述导流块的截面积比现有导流块的截面积增加8~15%，并使双口排出板的两个钢水流出口中间的隔板形状与导流块的下截面相同，即使经由双口排出板排出面积相应缩小8~15%。
2.如权利要求1所述的一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖，其特征在于：所述钢水排出侧孔的直径在20~40mm，钢水排出侧孔的下倾斜角度在10~20°，高度距钢水排出端面8~20mm。
3.如权利要求2所述的一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖，其特征在于：钢水排出侧孔的下倾斜角度在10~16°。
4.如权利要求1所述的一种能降低薄板坯结晶器卷渣的浸入式水口砖的使用方法，其特征在于：
1）工作时，浸入式水口砖本体上的钢水排出端面在结晶器内液面以下200~240mm处；
2）电磁场强度在0.12~0.20T；
3）钢水在进行浇注时，钢水不仅从装在钢水排出端的双口排出板流出，同时也从浸入式水口砖本体两侧设有的钢水排出侧孔流出。
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