CN112108642A - 一种防止钢液卷渣的钢包及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止钢液卷渣的钢包，包括钢包主体和与其配合的包盖，在包盖下方设有控流装置，所述控流装置包括圆盘，所述圆盘底部边缘沿周向等间距分布有偶数个阻流叶片，相邻阻流叶片之间形成供钢液流过的开口，圆盘顶部通过升降机构连接于包盖底部，以使得其在钢包主体内钢液高度达到产生旋流的临界高度前下降至钢包主体内底部水口上方，并使得阻流叶片与钢包主体内底部相接，钢包主体内的钢液从各个开口处以水平的形式流入水口中。本发明还公开了一种防止钢液卷渣的方法。本发明提供了一种具有成本较低、不会影响生产工艺、易操作、可有效防止钢液卷渣的控流装置的钢包。

Description

一种防止钢液卷渣的钢包及方法

技术领域

本发明属于冶金工程技术领域，尤其涉及一种防止钢液卷渣的钢包及方法。

背景技术

目前钢液的浇注过程都是通过大型冶金反应器钢包来实现的，连铸过程钢水由钢包通过长水口进入到中间包内，而模铸过程钢水则直接由钢包浇注到铸模内部，二者的浇注过程是类似的。在传统的钢包浇注过程中往往会存在两个问题，其一是随着浇注的进行，钢包内部钢水液面会逐渐下降，为了防止钢液下渣，往往会提前关闭水口停止浇注，这样就会导致一部分钢液残留于钢包之中，造成浪费；其二为在钢包浇注末期，当钢液面降低到一定的高度时（称之为临界高度），由于钢液切向速度的存在，在钢包底部长水口附近不可避免会形成旋涡，钢渣通过旋涡核心被卷入钢液中，随着浇注的进行最终贯通水口，进入中间包或者铸模造成大量下渣，大大降低了钢液的洁净度，危害最终产品的质量。

在过去的几十年里，冶金研究者对钢液冶炼出钢过程中的卷渣行为进行了大量的探索并对预防卷渣现象的出现进行了大量的研究，为了防止钢包下渣，对其进行了各种档渣设施或对钢包结构进行了改进，设计出了相当多种优化技术，在一定程度上预防了卷渣并提高了钢材质量，且成果显著。目前来说，浇注过程的防下渣技术大体可分为3类，第一类方法主要是指在撤走钢包和更换中间包之前留下深度大于临界高度的钢液的情况下停止浇注，从上部躲避旋涡的发生，因而也可以称为过量余钢法（也有很多研究者称之为上躲法），但往往要以显著牺牲钢液收得率为代价。第二种方法就是局部性降低水口附近的座砖高度，使临界高度部分以至全部藏入该降低部位之内，从下部躲避旋涡，从而达到减少下渣和提高钢水收得率的双重目的，故称之为下藏法。连铸中间包内便采用这种方式防止卷渣。但这种方法不能从根本上消除旋涡，还是会有卷渣风险，故浇注过程仍会有部分钢液损失。第三种方法研究者们称之为抑制法，此方法为采取措施从根本上降低产生旋涡的临界高度，推迟旋涡的发生或组织贯通式漏斗状旋涡的形成，从而减少以至消除旋涡卷渣现象，进而提高钢水收得率。

由于上躲法要配置高端的下渣检测设备，成本较高，同时牺牲了大量的金属收得率，增加了企业的生产成本。而下藏法对钢包底部结构改动太大，而且会受到炼钢工艺流程空间的制约。抑制法是一种从源头治理旋涡的防旋方法，若可以有效地抑制甚至消除旋涡，将会大幅度减少钢中的夹杂物，提高钢液的洁净度，增加钢水收得率，带来可观的经济效益。因此抑制法防旋涡技术目前为三种方法中被研究最为广泛的。

对于抑制法应用于钢包内部，已有学者开发出了不同的控流装置并将其安装到钢包内，例如旋转阀、浮游阀以及多功能塞棒等，但这些控流装置也存在会引入杂质、装置难以安装、各参数难以控制及成本较高等不同问题。因此，设计出一种具有成本较低、不会影响生产工艺、易操作、可有效防止钢液卷渣的控流装置的钢包一直都是冶金工作者努力追求的方向。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种具有成本较低、不会影响生产工艺、易操作、可有效防止钢液卷渣的控流装置的钢包。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种防止钢液卷渣的钢包，包括钢包主体和与其配合的包盖，在包盖下方设有控流装置，所述控流装置包括圆盘，所述圆盘底部边缘沿周向等间距分布有偶数个阻流叶片，相邻阻流叶片之间形成供钢液流过的开口，圆盘顶部通过升降机构连接于包盖底部，以使得其在钢包主体内钢液产生旋流前下降至钢包主体内底部水口上方，并使得阻流叶片与钢包主体内底部相接，钢包主体内的钢液从各个开口处以水平的形式流入水口中，圆盘与钢包主体内壁具有一定间隙。

作为优化，所述钢包主体底部位于水口处的座砖层区域向下凹陷形成凹坑，凹下高度小于座砖层的厚度。

作为优化，所述圆盘的直径大于等于水口上方凹坑的直径以使得圆盘降至水口上方时圆盘与阻流叶片配合将水口完全罩住。

本发明还提供了一种防止钢液卷渣的方法，采用所述的钢包，在钢液精炼完成后，通过行车将盛装有钢液的钢包主体吊装至中包上方，盖上包盖，此时控流装置悬停于钢液上方，打开水口，钢液从水口流入中包，待钢液液面即将下降至临界高度时，启动升降机构，使得控流装置下降至水口正上方，阻流叶片与包底相接，圆盘将水口完全罩住，钢液从开口处水平流入水口并进入中包中，从而抑制旋流的发生，防止出现钢液卷渣的现象。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本钢包通过设置控流装置，控流装置通过升降机构连接于包盖底部，可以根据钢液浇筑的进程选择在浇筑末期将控流装置下降至水口正上方，在前中期均可将其提起，这样不会干扰在浇筑前中期钢包内钢液的流动状态，不用长时间工作于高温钢液中，可在最大程度下重复利用，提高了使用寿命。在浇筑末期即将到达临界高度（此时即将产生旋流）时，将控流装置下落以将水口罩住，改变了浇筑末期钢包水口附近钢液的流动状态，强迫钢液由垂直流动改变为水平从开口处流入水口内，从源头抑制旋流的产生，从而防止卷渣的发生。阻流叶片为偶数个，沿圆盘周向等间距分布，相应的使得形成的各个开口对称分布，使得开口两侧流场相互制约、相互影响，从而抑制旋流的产生。整个设备具有结构简单、低成本、易操作、不会影响前中期钢液浇筑的优点，又能有效的抑制旋流，防止钢液卷渣的发生。

附图说明

图1是本发明实施例的截面示意图；

图2是本发明中控流装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1及图2，一种防止钢液卷渣的钢包，包括钢包主体1和与其配合的包盖，在包盖下方设有控流装置，所述控流装置包括圆盘2，所述圆盘底部边缘沿周向等间距分布有偶数个阻流叶片3，相邻阻流叶片之间形成供钢液流过的开口，圆盘2顶部通过升降机构连接于包盖底部，以使得其在钢包主体内钢液产生旋流前下降至钢包主体内底部水口上方，并使得阻流叶片3与钢包主体内底部相接，钢包主体内的钢液从各个开口处以水平的形式流入水口中，圆盘与钢包主体内壁具有一定间隙。

这样的，本钢包通过设置控流装置，控流装置通过升降机构连接于包盖底部，可以根据钢液浇筑的进程选择在浇筑末期将控流装置下降至水口正上方，在前中期均可将其提起，这样不会干扰在浇筑前中期钢包内钢液的流动状态，不用长时间工作于高温钢液中，可在最大程度下重复利用，提高了使用寿命。在浇筑末期即将到达临界高度（此时即将产生旋流）时，将控流装置下落以将水口罩住，改变了浇筑末期钢包水口附近钢液的流动状态，强迫钢液由垂直流动改变为水平从开口处流入水口内，从源头抑制旋流的产生，从而防止卷渣的发生。阻流叶片为偶数个，沿圆盘周向等间距分布，相应的使得形成的各个开口对称分布，使得开口两侧流场相互制约、相互影响，从而抑制旋流的产生。整个设备具有结构简单、低成本、不会影响前中期钢液浇筑的优点，又能有效的抑制旋流，防止钢液卷渣的发生。

实施时，所述钢包主体1底部位于水口处的座砖层4区域向下凹陷形成凹坑，凹下高度小于座砖层的厚度。

这样的，钢包主体底部由于长时间与高温钢液接触，为避免包底直接受到钢液的冲击，通常会在包底设置一层由多个座砖拼接而成的座砖层，座砖是一种耐火质砖，具有较强的耐火性，水口处的座砖层区域设为低凹区域，使得该处向下凹陷一定高度，局部性降低了水口附近的包底位置，有利于钢液向水口附近富集，加大底部残余钢液流动量，有利于提高金属收得率。

实施时，所述圆盘2的直径大于等于水口5上方凹坑的直径以使得圆盘降至水口上方时圆盘2与阻流叶片3配合将水口完全罩住，阻流叶片截面为弧面，与圆盘边沿更为贴合。

这样的，可以使得圆盘契合凹坑形状，可以完全将水口包裹在圆盘与阻流叶片形成的内部内，强迫钢液由垂直流动完全改变为水平从开口处流入水口内，更有效的抑制旋流的产生，防止钢液卷渣的发生。

本发明还提供了一种防止钢液卷渣的方法，采用所述的钢包，在钢液精炼完成后，通过行车将盛装有钢液的钢包主体吊装至中包上方，盖上包盖，此时控流装置未下降，打开水口，钢液从水口流入中包，待钢液液面即将下降至临界高度时（即进入了浇注末期，临界高度一般由工人通过经验得出，也可以通过物理模拟或数值模拟方式得出得出），启动升降机构，升降机构可采用常规的液压升降机构，使得控流装置下降至水口正上方，阻流叶片与包底相接，圆盘将水口完全覆盖，钢液从开口处水平流入水口中，从而抑制浇注末期旋流的发生，防止出现钢液卷渣的现象。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以在不脱离本发明的原理和基础的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附加权利要求及其等同物限定，因此本发明的实施例只是针对本发明的一个说明示例，无论从哪一点来看本发明的实施例都不构成对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种防止钢液卷渣的钢包，包括钢包主体和与其配合的包盖，其特征在于：在包盖下方设有控流装置，所述控流装置包括圆盘，所述圆盘底部边缘沿周向等间距分布有偶数个阻流叶片，相邻阻流叶片之间形成供钢液流过的开口，圆盘顶部通过升降机构连接于包盖底部，以使得其在钢包主体内钢液产生旋流前下降至钢包主体内底部水口上方，并使得阻流叶片与钢包主体内底部相接，钢包主体内的钢液从各个开口处以水平的形式流入水口中，圆盘与钢包主体内壁具有一定间隙。

2.根据权利要求1所述的一种防止钢液卷渣的钢包，其特征在于：所述钢包主体底部位于水口处的座砖层区域向下凹陷形成凹坑，凹下高度小于座砖层的厚度。

3.根据权利要求1所述的一种防止钢液卷渣的钢包，其特征在于：所述圆盘的直径大于等于水口上方凹坑的直径以使得圆盘降至水口上方时圆盘与阻流叶片配合将水口完全罩住。

4.一种防止钢液卷渣的方法，其特征在于：采用如权利要求1~3中任一项所述的钢包，在钢液精炼完成后，通过行车将盛装有钢液的钢包主体吊装至中包上方，盖上包盖，此时控流装置悬停于钢液上方，打开水口，钢液从水口流入中包，待钢液液面即将下降至临界高度时，启动升降机构，使得控流装置下降至水口正上方，阻流叶片与包底相接，圆盘将水口完全罩住，钢液从开口处水平流入水口并进入中包中，从而抑制旋流的发生，防止出现钢液卷渣的现象。

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