CN115464130A - 一种调控结晶器液面波动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调控结晶器液面波动装置，包括中间包、与中间包连接用于将中间包中的钢液输出到结晶器的浸入式水口，浸入式水口的下端进入结晶器的钢液内部，还包括设置在浸入式水口外周的电磁旋流部件以及设置在结晶器外周的电磁搅拌部件，电磁旋流部件用于通电后在所在磁场的作用下，控制浸入式水口输出的钢液旋转进入结晶器，电磁搅拌部件用于控制结晶器内钢液受电磁搅拌电磁力的作用在结晶器内进行旋转。由于电磁搅拌产生由外而内的流动，而电磁旋流产生由内而外的流动，二者产生的径向流场相互平衡，优化了结晶器内流场和温度场分布，减轻了水口钢液的冲击深度，平衡了结晶器内的二次流动，进而抑制了结晶器液面波动。

Description

一种调控结晶器液面波动装置

技术领域

本发明涉及钢铁连续铸造技术领域，特别是涉及一种调控结晶器液面波动装置。

背景技术

自从工业化以来，钢铁的使用规模和范围越来越广泛，从交通工具、建筑到工厂设备等都需要大量的钢铁，而目前我国的钢铁产量巨大，但是钢铁的生产技术与国际先进技术有一些差距，需要较高质量的钢铁，尤其是特种钢铁。

在钢铁连铸生产过程中存在一系列问题，严重影响铸坯的质量。其中，钢液由中间包经浸入式水口进入结晶器，在结晶器内产生较大的冲击深度与二次流动，二次流促使结晶器液面产生剧烈的波动，液面的剧烈波动容易造成卷渣，降低钢坯纯净度，使钢坯中的夹杂物数量增多，夹杂物的存在可能会进一步导致铸坯裂纹的产生，严重危害铸坯质量。

因此，调控结晶器液面波动对于提升铸坯质量是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供了一种调控结晶器液面波动装置，平衡了结晶器内的二次流动，进而抑制了结晶器液面波动，不改变原有的连铸生产流程，不会对生产造成安全事故，方法灵活便捷，对结晶器液面波动的调控效果十分显著。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种调控结晶器液面波动装置，包括中间包、与所述中间包连接用于将所述中间包中的钢液输出到结晶器的浸入式水口，所述浸入式水口的下端进入所述结晶器的钢液内部，还包括设置在所述浸入式水口外周的电磁旋流部件以及设置在所述结晶器外周的电磁搅拌部件，所述电磁旋流部件用于通电后在所在磁场的作用下，控制所述浸入式水口输出的钢液旋转进入所述结晶器，所述电磁搅拌部件用于控制所述结晶器内钢液受电磁搅拌电磁力的作用在所述结晶器内进行旋转。

其中，还包括与所述电磁旋流部件连接的电磁旋流控制部件，用于控制所述电磁旋流部件的通电电流大小和电流方向。

其中，还包括与所述电磁搅拌部件连接的电磁搅拌控制部件，用于控制所述电磁搅拌部件的通电电流大小和电流方向。

其中，还包括与所述电磁旋流部件连接的电磁旋流高度控制部件，用于控制所述电磁旋流部件相对于所述浸入式水口的位置。

其中，还包括与所述电磁搅拌部件连接的电磁搅拌高度控制部件，用于控制所述电磁搅拌部件相对于所述结晶器的位置。

其中，还包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件的参数显示器，用于显示对应部件的参数。

其中，还包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件的参数输入器，用于输入指定部件的参数。

其中，还包括用于对所述结晶器的液面进行检测的液面检测器，将获得的液面参数输出到所述参数显示器进行显示。

其中，还包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件、所述液面检测器、所述参数输入器连接的液面控制器，用于获取所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件、所述液面检测器的运行参数以及输出参数并根据预设液面调节要求通过所述参数输入器控制对应部件的运行参数。

本发明实施例所提供的调控结晶器液面波动装置，与现有技术相比，具有以下优点：

所述调控结晶器液面波动装置，通过采用电磁旋流与电磁搅拌配合使用调控结晶器液面波动，电磁旋流水口依靠电磁力无接触地搅拌浸入式水口内钢液，水口内钢液发生旋转后流入结晶器。由于电磁搅拌产生由外而内的流动，而电磁旋流产生由内而外的流动，二者产生的径向流场相互平衡，优化了结晶器内流场和温度场分布，减轻了水口钢液的冲击深度，平衡了结晶器内的二次流动，进而抑制了结晶器液面波动。由于电磁旋流装置独立作用于浸入式水口外部，不与连铸生产设备相连，不改变原有的连铸生产流程，不会对生产造成安全事故，操作简单、灵活便捷，对结晶器液面波动的调控效果十分显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的调控结晶器液面波动装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相反搅拌方向的液面波动比例与相同流M-EMS对比示意图；

图3为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相同搅拌方向的液面波动比例与相同流M-EMS对比示意图；

图4为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相反搅拌方向400A与0A液面波动对比图；

图5为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相反搅拌方向400A与0A 1小时内液面波动对比图；

其中，1-中间包，2-钢液，3-电磁旋流部件，4-浸入式水口，5-结晶器，6-电磁搅拌部件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-5，图1为本发明实施例提供的调控结晶器液面波动装置的一个实施例的结构示意图；图2为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相反搅拌方向的液面波动比例与相同流M-EMS对比示意图；图3为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相同搅拌方向的液面波动比例与相同流M-EMS对比示意图；图4为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相反搅拌方向400A与0A液面波动对比图；图5为本发明一个实施例提供的调控结晶器液面波动装置的相反搅拌方向400A与0A 1小时内液面波动对比图；其中，1-中间包，2-钢液，3-电磁旋流部件，4-浸入式水口，5-结晶器，6-电磁搅拌部件。

在一种具体实施方式中，所述调控结晶器液面波动装置，包括中间包1、与所述中间包1连接用于将所述中间包1中的钢液2输出到结晶器5的浸入式水口4，所述浸入式水口4的下端进入所述结晶器5的钢液2内部，还包括设置在所述浸入式水口4外周的电磁旋流部件3以及设置在所述结晶器5外周的电磁搅拌部件6，所述电磁旋流部件3用于通电后在所在磁场的作用下，控制所述浸入式水口4输出的钢液2旋转进入所述结晶器5，所述电磁搅拌部件6用于控制所述结晶器5内钢液2受电磁搅拌电磁力的作用在所述结晶器5内进行旋转。

通过采用电磁旋流与电磁搅拌配合使用调控结晶器5液面波动，电磁旋流水口依靠电磁力无接触地搅拌浸入式水口4内钢液2，水口内钢液2发生旋转后流入结晶器5。由于电磁搅拌产生由外而内的流动，而电磁旋流产生由内而外的流动，二者产生的径向流场相互平衡，优化了结晶器5内流场和温度场分布，减轻了水口钢液2的冲击深度，平衡了结晶器5内的二次流动，进而抑制了结晶器5液面波动。由于电磁旋流装置独立作用于浸入式水口4外部，不与连铸生产设备相连，不改变原有的连铸生产流程，不会对生产造成安全事故，操作简单、灵活便捷，对结晶器5液面波动的调控效果十分显著。

需要指出的是，在本申请中采用电磁旋流与电磁搅拌进行波动控制，其中的对应电流的大小方向以及磁场方向等参数不做控制，可以根据不用的钢液2的流速、流量等实施自动化控制，也可以是采用手动控制，本申请对此不作限定。

为了提高控制效率，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置还包括与所述电磁旋流部件3连接的电磁旋流控制部件，用于控制所述电磁旋流部件3的通电电流大小和电流方向。

通过电磁旋流控制部件控制所述电磁旋流部件3的通电电流大小和电流方向，可以实现对于不同流量、流速的钢液2的控制。

除此之外，本申请对于电磁旋流控制部件、电磁搅拌部件6通入的电流的类型不做限定，可以是100％占比的电流通入，也可以是小于100％的脉冲通电等，而且二者通入的电流类型可以相同，也可以不同，而且对于同一部件，可以根据需要，在电流强度不变的情况下，改变通入电流的占空比，而实现对钢液2的旋转控制，而即使是脉冲通如，可以是为同一占空比相同的频率，也可以是同一占空比不同的频率，工作人员可以根据实验室测定的控制方案进行控制，还可以是在现场控制，通过智能化自动学习而不断优化，或者其它的控制方式等。

同理，对于电磁搅拌部件6进行控制，可以实现与电磁旋流控制部件进行配合控制，对于其控制方式、结构等不做限定，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置还包括与所述电磁搅拌部件6连接的电磁搅拌控制部件，用于控制所述电磁搅拌部件6的通电电流大小和电流方向。

通过电磁搅拌控制部件控制所述电磁搅拌部件6的通电电流大小和电流方向，从而控制电磁搅拌的强度，实现对于波动的控制，提高控制效率。

在本申请中，需要控制电磁旋流和电磁搅拌实现对波动的控制，但是电磁旋流在控制钢液2强度不变的情况下，在不同的位置会出现进入结晶器5的深度不同，而同样的在电磁搅拌的强度发生不变的情况下，在不同的位置产生的效果不同，而二者结合产生的效果更加不同。

因此，为了实现上述的效果，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置还包括与所述电磁旋流部件3连接的电磁旋流高度控制部件，用于控制所述电磁旋流部件3相对于所述浸入式水口4的位置。

同理，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置还包括与所述电磁搅拌部件6连接的电磁搅拌高度控制部件，用于控制所述电磁搅拌部件6相对于所述结晶器5的位置。

通过电磁旋流高度控制部件控制所述电磁旋流部件3相对于所述浸入式水口4的位置，通过电磁搅拌高度控制部件控制所述电磁搅拌部件6相对于所述结晶器5的位置，可以实现在通电电流不变的情况下，获得不同的控制效果，实现控制灵活性和高效性。

需要指出的是，本申请中的电磁旋流高度控制部件以及电磁搅拌高度控制部件。可以是电机控制其位置，通过控制位置，采用运动的方式实现不同的控制效果，这种方式能够实现的是在单一部件的情况下，只要能够采用电机即可实现控制，但是由于采用运动部件，虽然使用成本较低，但是可靠性较差，在另一个实施例中，还可以采用在所有的位置都设置对应的部件，如在浸入式水口4中可以控制位置都设置电磁旋流部件3，只需要控制导通不同的部件即可实现预期的控制要求，而且在实际的控制中，由于在所有位置设置控制部件，可以实现多个位置有对钢液2的旋转控制，而且自身可以通过不同的电流方向大小实现微调，从而提高更高效的控制效果。

本申请对于电磁旋流部件3、电磁搅拌部件6的数量以及间距不做限定，对于电磁旋流高度控制部件、电磁搅拌高度控制部件的结构以及控制方式不做限定。

通过控制所述电磁搅拌部件6相对于所述结晶器5的位置，可以实现在通电电流不变的情况下，获得不同的控制效果，实现控制灵活性和高效性。

而为了提高管控效率，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件的参数显示器，用于显示对应部件的参数。

通过参数显示器，可以实现不同部件的运行参数显示，从而实现更加高效的控制，以及实现对故障部件的检测以及维护，提高运行的可靠性。本申请对于参数显示器的类型以及显示方式不做限定，可以对单一参数实施显示，也可以对所有参数同时进行显示。。

更进一步，为了方便参数的输入，实现对设备的状态控制，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件的参数输入器，用于输入指定部件的参数。

本申请对于参数输入器的类型以及输入方式不做限定，可以采用与参数显示器一体的触控显示屏，还可以采用外界的参数输入器，还可以采用通过wifi模块、4G模块、5G模块等通信设备实现远程参数查看与控制，本申请对此不做限定。

更近一补，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置还包括用于对所述结晶器5的液面进行检测的液面检测器，将获得的液面参数输出到所述参数显示器进行显示。

通过液面检测器将获得的液面参数输出到所述参数显示器进行显示，可以实时获得结晶器5的液面参数，实现实时控制。本申请对于液面检测器的结构以及检测方式不做限定，可以采用雷达测距等方式实现。

由于采用人工控制，可能会出现控制方式繁琐的情况，为了解决这一问题，在一个实施例中，所述调控结晶器5液面波动装置还包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件、所述液面检测器、所述参数输入器连接的液面控制器，用于获取所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件、所述液面检测器的运行参数以及输出参数并根据预设液面调节要求通过所述参数输入器控制对应部件的运行参数。

通过液面控制器们可以实现根据现有的参数根据预设的规则进行自动化控制，从而提高控制效率，降低人工控制所造成的控制缓慢、控制精度低等的情况。

而在本申请中不仅可以实现单纯的自动化控制，还可以通过学习算法，通过不断的控制参数获取而自动学习，实现自动化优化控制，从而提高控制效率以及控制效果。

在本申请的一个实施例中，实验参数的工作周期是80分钟。

首先计算每个实验条件的液面高度与平均液位高度的差值作为波动值，然后计算波动大于±2mm和介于±1mm～±2mm占所有波动的比例。

如图2所示，单用电磁搅拌作用情况下，大于±2mm的液面波动比例为0.62％，介于±1mm～±2mm范围内的液面波动比例为5.9％。单使用电磁搅拌装置时，介于±1mm～±2mm范围内的液面波动比例高于电磁旋流与电磁搅拌配合使用的比例。

在电磁旋流电流强度为400A时，大于±2mm和介于±1mm～±2mm范围内的液面波动比例分别为0.13％和3.56％，处于最低值。

此实施例证明，当电磁旋流与电磁搅拌方向相反时，通过调节电磁旋流强度与电磁搅拌配合使用可以对液面波动进行有效调节。

图3为电磁旋流装置与电磁搅拌装置相同搅拌方向的液面波动比例与相同流结晶器5电磁搅拌的对比结果。结果表明，单用电磁搅拌作用情况下，大于±2mm的液面波动比例为0.62％，介于±1mm～±2mm范围内的液面波动比例为5.9％。

当两个电磁装置的搅拌方向相同时，介于±1mm～±2mm范围内的液面波动均小于单用电磁搅拌时的结果，证明此方法可以有效抑制液面波动。

但是，对于大于±2mm的液面波动，除了在电磁旋流部件3的电流强度为300A时，液面波动比例被降低至0.53％，其它结果均高于单用电磁搅拌装置时的结果。而且，随着电磁旋流电流强度的增大，两个尺寸范围内的液面波动比例呈现相反的变化趋势。大于±2mm和介于±1mm～±2mm范围内的液面波动的数量无法得到同时降低。因此，采用相同方向的水口旋流不利于控制结晶器5液面波动程度。

图4为电磁旋流装置与电磁搅拌装置相反搅拌方向400A时液面波动比例与不同流单用结晶器5电磁搅拌的对比结果。结果表明，单用电磁搅拌时，在第3流和第5流介于±1mm～±2mm范围内的液面波动比例分别为6.76％和10.23％，大于±2mm的液面波动比例分别为0.34％和1.24％。在相同时间内，电磁旋流和电磁搅拌配合使用，±1mm～±2mm和大于±2mm范围内的液面波动比例降低至3.56％和0.13％，大范围液面波动数量明显减少。不同流的实验对比实验证明，电磁旋流与电磁搅拌配合使用能够有效调控结晶器5液面波动。

图5为电磁旋流与电磁搅拌相反搅拌方向400A时和第5流在相同时间1小时内的液面波动数据。结果显示，单用电磁搅拌时，液面波动范围在±4mm之间，而添加电磁旋流后，液面波动范围降低至±2mm之间。

因此，上述的实施例可以证明通过调节电磁旋流强度与电磁搅拌配合使用可以大幅度降低结晶器5液面波动。

本申请中采用电磁旋流与电磁搅拌配合使用调控结晶器5液面波动的方法，利用电磁力使浸入式水口4内钢液2产生旋转流动，流入结晶器5内改变结晶器5内流场，抑制二次流进而减轻结晶器5液面波动。电磁旋流水口技术依靠电磁力无接触地搅拌浸入式水口4内钢液2，不会给钢液2带来二次污染。电磁旋流水口技术是与电磁搅拌配合使用的，二者配合使用后，可调节结晶器5内流场和温度场分布，进而调控液面波动。

可以对旋流部件以及电磁搅拌部件6的电磁力大小进行调控，即可以对水口内的流动强度进行调控，进而调控结晶器5内流场，从而调控液面波动。通过调整参数，可以寻求液面波动最优时电磁旋流装置与电磁搅拌装置的最优配合参数。

电磁旋流水口技术在水口产生的旋转方向既可以与结晶器5电磁搅拌方向相同，也可以与结晶器5电磁搅拌方向相反。电磁旋流可随时撤出，亦可随时关停，可灵活调控。电磁旋流水口技术能够适用于不同钢种、不同坯形和不同尺寸铸坯连铸过程的液面波动调控。利用电磁力使水口内钢液2产生由内而外的旋转流动与电磁搅拌产生由外而内的旋转流动在结晶器5内相会抵消，减轻结晶器5内的二次流动进而调控液面波动。

综上所述，本申请实施例提供的所述调控结晶器液面波动装置，通过采用电磁旋流与电磁搅拌配合使用调控结晶器液面波动，电磁旋流水口依靠电磁力无接触地搅拌浸入式水口内钢液，水口内钢液发生旋转后流入结晶器。由于电磁搅拌产生由外而内的流动，而电磁旋流产生由内而外的流动，二者产生的径向流场相互平衡，优化了结晶器内流场和温度场分布，减轻了水口钢液的冲击深度，平衡了结晶器内的二次流动，进而抑制了结晶器液面波动。由于电磁旋流装置独立作用于浸入式水口外部，不与连铸生产设备相连，不改变原有的连铸生产流程，不会对生产造成安全事故，操作简单、灵活便捷，对结晶器液面波动的调控效果十分显著。

以上对本发明所提供的调控结晶器液面波动装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种调控结晶器液面波动装置，其特征在于，包括中间包、与所述中间包连接用于将所述中间包中的钢液输出到结晶器的浸入式水口，所述浸入式水口的下端进入所述结晶器的钢液内部，还包括设置在所述浸入式水口外周的电磁旋流部件以及设置在所述结晶器外周的电磁搅拌部件，所述电磁旋流部件用于通电后在所在磁场的作用下，控制所述浸入式水口输出的钢液旋转进入所述结晶器，所述电磁搅拌部件用于控制所述结晶器内钢液受电磁搅拌电磁力的作用在所述结晶器内进行旋转。

2.如权利要求1所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括与所述电磁旋流部件连接的电磁旋流控制部件，用于控制所述电磁旋流部件的通电电流大小和电流方向。

3.如权利要求2所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括与所述电磁搅拌部件连接的电磁搅拌控制部件，用于控制所述电磁搅拌部件的通电电流大小和电流方向。

4.如权利要求3所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括与所述电磁旋流部件连接的电磁旋流高度控制部件，用于控制所述电磁旋流部件相对于所述浸入式水口的位置。

5.如权利要求4所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括与所述电磁搅拌部件连接的电磁搅拌高度控制部件，用于控制所述电磁搅拌部件相对于所述结晶器的位置。

6.如权利要求5所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件的参数显示器，用于显示对应部件的参数。

7.如权利要求6所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件的参数输入器，用于输入指定部件的参数。

8.如权利要求7所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括用于对所述结晶器的液面进行检测的液面检测器，将获得的液面参数输出到所述参数显示器进行显示。

9.如权利要求8所述调控结晶器液面波动装置，其特征在于，还包括与所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件、所述液面检测器、所述参数输入器连接的液面控制器，用于获取所述电磁旋流控制部件、所述电磁搅拌控制部件、所述电磁旋流高度控制部件、所述电磁搅拌高度控制部件、所述液面检测器的运行参数以及输出参数并根据预设液面调节要求通过所述参数输入器控制对应部件的运行参数。

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