CN113231629B - 一种中间包内钢液旋转装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中间包内钢液旋转装置及方法，包括中间包本体、外置中间包旋流室，外置中间包旋流室通过钢液流通管道与中间包本体连通；钢包长水口位于外置中间包旋流室的中心；钢包长水口出口端与外置中间包旋流室内部底面之间设置有旋流发生装置，所述旋流发生装置上下两端分别与钢包长水口和外置中间包旋流室的内部底面接触固定；所述旋流发生装置上开设有若干个旋流出口，钢液从旋流出口流进外置中间包旋流室内部；所述外置中间包旋流室内侧壁上设置有多条螺旋型旋流导轨，多条螺旋形旋流导轨间形成导流槽，所述导流槽的旋向顺着旋流出口的方向设置。本发明能够促进夹杂物的向心运动，提高夹杂物的碰撞概率，为夹杂物的长大提供条件。

Description

一种中间包内钢液旋转装置及方法

技术领域

本发明属于连续铸造技术领域，尤其涉及一种中间包内钢液旋转装置及方法。

背景技术

在现代的钢铁生产中，连铸技术的贡献越来越大，连铸技术的应用不仅提高了生产的机械化、自动化水平，同时也节约了能源并提高了产品的收得率和质量。钢包内的钢液经钢包长水口流进中间包内的湍流控制器，钢液由湍流控制器流出后在挡墙、挡坝的控流作用下改变运动路径，延长钢液的停留时间，促进钢液内夹杂物的进一步上浮去除，提高钢液的洁净度。中间包内夹杂物的存在不仅会造成水口的堵塞，影响连铸工作的顺行，而且会降低铸坯的质量和性能，因此研究者将钢液内夹杂物的去除作为研究的重点，目的就是提高钢液洁净度和铸坯质量。

中间包喂丝技术和喷粉技术的应用，通过向中间包内的钢液中添加合金元素对夹杂物进行改性处理，以改变夹杂物的性质，提高夹杂物的去除率，该方法和技术对于夹杂物的去除效果显著，但是需要在原中间包的基础上配备喂丝设备和喷粉设备，增加了生产过程中的复杂程度，不仅操作复杂而且生产成本大大提高。除此之外研究者也提出利用氩气去除夹杂物的想法，例如钢包长水口吹氩、中间包气幕挡墙以及中间包塞棒吹氩等，但向钢液内吹入氩气需要结合配套的氩气生产、储存、输运和喷吹设备，这将会增加生产的整体成本以及工作量，严重时吹氩操作会造成钢液面裸露而增加夹杂物的数量。

中间包内钢液的旋转流动对夹杂物的去除同样具有积极的作用，例如旋流中间包和离心中间包的提出。旋流中间包则在钢包长水口注流区安装一个旋流室，钢液从旋流室的底部沿切线方向流入旋流室，利用钢液自身的重力势能以及钢液的进入方向实现钢液的旋转，促进夹杂物的碰撞聚合；离心中间包利用磁场使钢液发生旋转，促进钢液内非金属夹杂的上浮和分离，但该方法操作较复杂，消耗电能，成本较高。中间包内钢液的旋转流动对夹杂物的去除同样具有积极的作用，例如利用磁场使钢液发生旋转的离心中间包，该中间包由旋流室和矩形室组成，进入旋流室的钢液在磁场的作用下发生旋转以促进夹杂物的碰撞聚合，虽然该方法对夹杂物去除率的提高有积极作用，但其操作较复杂，对原中间包需要作很大的结构改造并且消耗电能，成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种中间包内钢液旋转装置及方法，提供了一种带外置旋流室的分体式中间包，外置旋流室内部设置有螺旋式旋流导轨以实现钢液的旋转，促进夹杂物的长大；钢包长水口位于外置旋流室的中心，在钢包长水口的正下方连接一个旋流发生装置，钢液在旋流发生装置的作用下发生旋转，旋转后的钢液在旋流室侧壁上由旋流导轨形成的导流槽的作用下继续保持旋转，促进夹杂物的向心运动，提高夹杂物的碰撞概率，为夹杂物的长大提供条件。

一种中间包内钢液旋转装置，包括中间包本体、外置中间包旋流室，外置中间包旋流室上部通过钢液流通管道与中间包本体上部连通；所述外置中间包旋流室位于钢包长水口出口端的外部，钢包长水口位于外置中间包旋流室的中心；所述钢包长水口出口端与外置中间包旋流室内部底面之间设置有旋流发生装置，所述旋流发生装置上下两端分别与钢包长水口和外置中间包旋流室的内部底面接触固定；所述旋流发生装置上开设有若干个旋流出口，钢液从旋流出口流进外置中间包旋流室内部；所述外置中间包旋流室内侧壁上设置有多条螺旋型旋流导轨，多条螺旋形旋流导轨间形成导流槽，所述导流槽的旋向顺着旋流出口的方向设置。

所述外置中间包旋流室为圆柱形，钢液面的高度为700-900mm，内径为600-800mm。

所述旋流发生装置为正方体，高度为150-200mm，所述旋流出口均匀布置在旋流发生装置的四周。

所述旋流出口为直线型，直线型的旋流出口的内侧面与该旋流出口的出口方向处的旋流发生装置的外侧面的夹角为30°-45°。

所述旋流发生装置为圆柱体，高度为150-200mm，所述旋流出口均匀布置在旋流发生装置的四周。

所述旋流出口为圆弧型，圆弧型的旋流出口随着流出的圆弧方向其出口宽度逐渐变大。

所述圆弧型的旋流出口的数量为2-6个。

所述螺旋型旋流导轨的高度为60-80mm、宽度为30-50mm，数量为3-4条；旋转高度为外置中间包旋流室的钢液面高度的1/2-2/3，每条螺旋型旋流导轨分别旋转1-2周。

上述的一种中间包内钢液旋转装置促进钢液旋转的方法，具体如下：

钢液流进钢包长水口，钢包长水口位于外置中间包旋流室的正中心，钢液沿着钢包长水口流进正下方设置的旋流发生装置，钢液在旋流发生装置的作用下改变钢液的运动方向，使钢液发生旋转，沿着旋流发生装置的旋流出口流进外置中间包旋流室内部，旋转的钢液向旋流室内侧壁分散，钢液在外置中间包旋流室内侧壁上由螺旋型旋流导轨形成的导流槽的作用下继续保持旋转运动，在到达钢液流通管道处时经钢液流通管道进入中间包本体内部，最后经中间包出口流出中间包本体。

本发明的有益效果是：

(1)相比于传统中间包，本发明将旋流发生装置安装于钢包长水口的正下方，充分利用钢液的重力势能并结合旋流发生装置的结构特点，使钢液的旋转更加充分。

(2)外置旋流室的侧壁处通过安装旋流导轨形成导流槽，使钢液继续保持旋转，强化旋转的效果。

(3)本发明通过改变外置旋流室的内部结构实现了钢液旋转流动，促进夹杂物的碰撞长大，有利于夹杂物的上浮去除。

(4)本发明所述的一种中间包内钢液旋转的装置及方法结构简单，可以直接在原有中间包结构的基础上对其进行改造，无需改变原有中间包的结构，对板坯、方坯、圆坯等各种工艺条件均可普遍使用。

附图说明

图1为本发明一种中间包内钢液旋转装置的右视图；

图2为图1的前视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明中直线型旋流出口的倾斜角度示意图；

图5为本发明中的圆弧型的旋流出口的形状原理示意图；

图6为本发明中的旋流导轨的结构示意图；

图7为本发明实施例1提供的旋流发生装置的示意图；

图8为本发明实施例1提供的旋流发生装置的横截面示意图；

图9为本发明实施例2提供的旋流发生装置的示意图；

图10为本发明实施例2提供的旋流发生装置的横截面示意图；

图11为本发明实施例2提供的外置中间包旋流室的示意图；

图12为本发明实施例3提供的旋流发生装置的横截面示意图；

其中，

1-钢包长水口，2-外置中间包旋流室，3-钢液流通管道，4-中间包本体，5-中间包出口，6-旋流导轨，7-导流槽，8-钢液面，9-旋流发生装置，10-旋流出口。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。

如图1-3所示，一种中间包内钢液旋转装置，包括分体式的中间包，即包括中间包本体4、外置中间包旋流室2，外置中间包旋流室2上部通过钢液流通管道3与中间包本体4上部连通；所述外置中间包旋流室2位于钢包长水口1出口端的外部，钢包长水口1位于外置中间包旋流室2的中心；通过改变分体式中间包外置的旋流室的内部结构使钢液发生旋转，具体为所述钢包长水口1出口端与外置中间包旋流室2内部底面之间设置有旋流发生装置9，所述旋流发生装置9上下两端分别与钢包长水口1和外置中间包旋流室2的内部底面接触固定；所述旋流发生装置9上开设有若干个旋流出口10，钢液从旋流出口10流进外置中间包旋流室2内部。如图4所示，所述外置中间包旋流室2内侧壁上设置有多条螺旋型旋流导轨6，多条螺旋形旋流导轨6间形成导流槽7，所述导流槽7的旋向顺着旋流出口10的方向设置。钢液由位于旋流室正中心的钢包长水口1流入外置中间包旋流室2，并在开旋流发生装置9的引导下发生旋转，旋转的钢液向外置中间包旋流室2内侧壁分散，钢液在导流槽7的作用下继续保持旋转运动，旋转的钢液最后经外置中间包旋流室2上部的钢液流通管道3流进中间包本体4内，完成钢液的旋转流动。

所述外置中间包旋流室2为圆柱形，钢液面8的高度为700-900mm，内径为600-800mm。

所述旋流发生装置9为正方体，高度为150-200mm；所述旋流出口10均匀布置在旋流发生装置9的四周，所述旋流出口10为直线型，如图4所示，直线型的旋流出口10的内侧面与该旋流出口10的出口方向处的旋流发生装置9的外侧面的夹角为30°-45°。

所述旋流发生装置9为圆柱体，高度为150-200mm；所述旋流出口10均匀布置在旋流发生装置9的四周，所述旋流出口10为圆弧型，数量为2-6个；圆弧型的旋流出口10随着流出的圆弧方向其出口宽度逐渐变大。如图5所示，圆弧型的旋流出口10通过圆弧和角度进行绘制而成，其中旋流发生装置9的内圆和外圆分别为圆1和圆2，圆3为圆1和圆2的中间圆，圆1、圆2、圆3的圆心为G，OP为圆1直径，以圆心为O、OP为半径画圆，与圆2交点为Q；GM为圆1半径，GM与GP的夹角为30°，点M靠近Q点一侧；GN为圆3半径，GN与GP的夹角为90°，点N靠近Q点一侧；GL为圆2半径，GL与GP的夹角为120°，点L靠近Q点一侧；点M、N、L连接成的圆弧与圆弧PQ构成的空间即为所述圆弧型的旋流出口10。

如图6所示，所述螺旋型旋流导轨6的高度为60-80mm、宽度为30-50mm，螺旋型旋流导轨6数量为3-4条，旋转高度为外置中间包旋流室2的钢液面8高度的1/2-2/3，每条螺旋型旋流导轨6分别旋转1-2周。

上述一种中间包内钢液旋转装置促使钢液旋转的方法如下：

钢液流进钢包长水口1，钢包长水口1位于外置中间包旋流室2的正中心，钢液沿着钢包长水口1流进正下方设置的旋流发生装置9，钢液在旋流发生装置9的作用下改变钢液的运动方向，使钢液发生旋转，沿着旋流发生装置9的旋流出口10流进外置中间包旋流室2的内部，旋转的钢液向外置中间包旋流室2内侧壁分散，钢液在外置中间包旋流室2内侧壁上由螺旋型旋流导轨6形成的导流槽7的作用下继续保持旋转运动，在到达钢液流通管道3处时经钢液流通管道3进入中间包本体4内部，最后经中间包出口5流出中间包本体4。

以带有外置中间包旋流室2的分体式中间包为参考，对于没有设置旋流发生装置9和旋流导轨6的中间包，在钢包长水口1处添加夹杂物并在旋流室钢液流通管道3出口处检测夹杂物的体积分率，在无钢液旋流的条件下夹杂物平均直径由3.90μm增加到4.09μm。

实施例1

如图7-8所示，本实施例的钢液旋转装置中外置中间包旋流室2的钢液面8的高度为800mm，外置中间包旋流室2的内径为700mm；钢包长水口1下方的旋流发生装置9为正方体，高度为200mm，旋流出口10为2个，为水平夹角θ为45°的直线型；旋流导轨6的旋转高度为400mm，数量为3条，每条分别旋转1周。通过采用本实施例提供的钢液旋转装置使夹杂物平均直径由3.90μm增加到4.13μm。

实施例2

如图9-11所示，本实施例的钢液旋转装置中外置中间包旋流室2的钢液面8的高度为800mm，外置中间包旋流室2的内径为700mm；钢包长水口1下方的旋流发生装置9为正方体，高度为200mm，旋流出口10为4个，为水平夹角θ为60°的直线型；旋流导轨6的旋转高度为400mm，数量为4条，每条分别旋转1.5周。通过采用本实施例提供的钢液旋转装置使夹杂物平均直径由3.90μm增加到4.19μm。

实施例3

如图12所示，本实施例的钢液旋转装置中外置中间包旋流室2的钢液面8的高度为800mm，外置中间包旋流室2的内径为700mm；钢包长水口1下方的旋流发生装置9为圆柱体，高度为150mm，旋流出口10为6个，为圆弧型；旋流导轨6的旋转高度为500mm，数量为4条，每条分别旋转2周。通过采用本实施例提供的钢液旋转装置使夹杂物平均直径由3.90μm增加到4.23μm。

旋转的钢液在均匀成分和温度的同时促进了夹杂物的向心运动，有利于夹杂物的碰撞聚合，提高夹杂物去除效率和钢液洁净度。本发明中所述钢液旋流的方法无需附加额外的设备，即利用钢液自身的重力势能以及旋流装置的引导就可实现钢液的旋转运动，结构简单，加工方便。

Claims (5)

1.一种中间包内钢液旋转装置，其特征在于：包括中间包本体、外置中间包旋流室，外置中间包旋流室上部通过钢液流通管道与中间包本体上部连通；所述外置中间包旋流室位于钢包长水口出口端的外部，钢包长水口位于外置中间包旋流室的中心；所述钢包长水口出口端与外置中间包旋流室内部底面之间设置有旋流发生装置，所述旋流发生装置上下两端分别与钢包长水口和外置中间包旋流室的内部底面接触固定；所述旋流发生装置上开设有若干个旋流出口，钢液从旋流出口流进外置中间包旋流室内部；所述外置中间包旋流室内侧壁上设置有多条螺旋型旋流导轨，多条螺旋形旋流导轨间形成导流槽，所述导流槽的旋向顺着旋流出口的方向设置；

所述旋流发生装置包括正方体、圆柱体两种：

所述旋流发生装置为正方体，高度为150-200mm，所述旋流出口均匀布置在旋流发生装置的四周；所述旋流出口为直线型，直线型的旋流出口的内侧面与该旋流出口的出口方向处的旋流发生装置的外侧面的夹角为30°-45°；

所述旋流发生装置为圆柱体，高度为150-200mm，所述旋流出口均匀布置在旋流发生装置的四周；所述旋流出口为圆弧型，圆弧型的旋流出口随着流出的圆弧方向其出口宽度逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的一种中间包内钢液旋转装置，其特征在于：所述外置中间包旋流室为圆柱形，钢液面的高度为700-900mm，内径为600-800mm。

3.根据权利要求1所述的一种中间包内钢液旋转装置，其特征在于：所述圆弧型的旋流出口的数量为2-6个。

4.根据权利要求1所述的一种中间包内钢液旋转装置，其特征在于：所述螺旋型旋流导轨的高度为60-80mm、宽度为30-50mm，数量为3-4条；旋转高度为外置中间包旋流室的钢液面高度的1/2-2/3，每条螺旋型旋流导轨分别旋转1-2周。

5.权利要求1-4任一项所述的一种中间包内钢液旋转装置促进钢液旋转的方法，其特征在于，具体如下：

钢液流进钢包长水口，钢包长水口位于外置中间包旋流室的正中心，钢液沿着钢包长水口流进正下方设置的旋流发生装置，钢液在旋流发生装置的作用下改变钢液的运动方向，使钢液发生旋转，沿着旋流发生装置的旋流出口流进外置中间包旋流室内部，旋转的钢液向旋流室内侧壁分散，钢液在外置中间包旋流室内侧壁上由螺旋型旋流导轨形成的导流槽的作用下继续保持旋转运动，在到达钢液流通管道处时经钢液流通管道进入中间包本体内部，最后经中间包出口流出中间包本体。

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