CN1217959A - 钢包在线等离子体加热实现钢水低过热度恒温连铸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明钢水低过热度恒温连铸的方法,特征是在钢水浇注过程中,从钢包底部吹进惰性气体;用等离子体炬跟踪钢包中钢水液面连续加热;调节等离子体加热功率,补偿浇注过程中钢水的温度降低,从而可将中间罐钢水的过热度降到接近理想的零度,温度波动也可被控制在液相线和理想过热度之间,实现全过程低过热度下的恒温连铸,浇注速度可大大提高,使钢坯质量均匀稳定;且节省能源,降低材料消耗。

Description

钢包在线等离子体加热实现钢水低过热度恒温连铸的方法

本发明涉及钢铁冶金领域等离子体加热低过热度恒温连铸技术。

实现钢水低过热度恒温连铸(例如过热度小于5℃，温度波动小于5℃)，从而达到以最高的速度和最节约的方式生产出高质量和高品质钢，是炼钢连铸工艺长期以来一直在追求的一个理想目标。

在钢水连续铸造的整个流程周期中，钢水从钢包经长水口、中间罐、中间罐水口流入结晶器中，一直在散热，钢水温度在一直在降低，如果钢水温度降到液相线以下，钢水就会凝固而断流，则浇注不能进行。为了保证连铸后期钢水不会因降温而断流，现有方法有：1，提高转炉或电炉的出钢温度；但这会使炉龄、包龄降低，且炼钢周期加长，能耗、原材料消耗增大，浇注速度慢，钢坯质量差；2，是在钢水包中进行预加热调温(例如LF炉)；该法虽解决了出钢温度过高的问题，但因不是在浇注过程中进行加热调温，仍不能实现恒温连铸，更无法实现低过热度恒温连铸，浇注速度和钢坯质量仍较低，而且能量浪费也较大；3，是在中间罐内给钢水加热调温；在浇注周期短、钢包保温条件好的情况下，该法可实现恒温连铸；但在浇注时间较长的情况下，为了保证大包钢水不至低温断流，大包钢水的初始过热度必须提高，从而使浇注初期中间罐钢水过热度也相应提高，因此也不可能实现低过热度恒温连铸。

现有技术中已有采用等离子体对钢包钢水进行预加热的方法，虽然解决了出钢温度过高和钢水精炼的问题，但预加热不能实现恒温连铸，更无法实现低过热度恒温连铸；用等离子体加热方法对中间罐钢水加热调温是解决恒温连铸的有效方法之一，但仍不能实现低过热度恒温连铸，尤其是在浇注周期长的情况下。目前还未见到在连铸的整个周期中，采用等离子体对钢包钢水进行在线连续加热调温的方法实现低过热度恒温连铸的报道。

本发明目的在于提供一种采用等离子体对钢包钢水进行在线连续加热调温以实现钢水低过热度恒温连铸的方法。

本发明实现钢水低过热度恒温连铸的方法，其特征是：在钢水浇注过程中，从钢包底部吹进惰性气体搅拌钢水；在钢包内钢水液面上方用电弧放电方法产生等离子体加热钢包中钢水；等离子体炬跟踪钢水液面高度变化，连续给钢水加热；调节等离子体加热功率，补偿浇注过程中钢水随时间变化的温度降低，使中间罐内钢水温度保持恒定。

所述等离子体加热功率的调节方法是：预先测量出无加热情况下中间包钢水温度变化曲线，计算出使中间包钢水恒温时所需的加热功率曲线，由计算机依据该加热功率曲线自动调节等离子体加热功率；在其中的稳定浇注过程中，还可根据连续测量中间罐钢水的温度，采用自动反馈调节加热功率。

首包钢水开浇初始阶段，可采用给钢包加热的同一套等离子体加热器或采用专用等离子体加热器加热中间罐钢水；采用两套等离子体炬时，可共用同一套电源、气源、冷却水源和回流底电极；加热功率可根据新中间罐冷壁对钢水吸热功率来确定，一般采用加热设备的最大功率。

本发明方法在连铸整个周期中采用从钢包底部吹入惰性气体，不仅可搅拌钢水，使钢包内钢水温度分布均匀，而且有利于去除钢水中的有害气体，同时还起到分离杂质的作用；可代替吹氩站起钢水精炼的作用。

本发明方法在连续浇注过程中用等离子体加热钢包钢水，以及在首包钢水开浇初始阶段，采用给钢包加热的同一套等离子体加热器或专用等离子体加热器加热中间罐钢水，以补偿浇注初期中间罐钢水较大的温降，可使中间罐内钢水温度保持恒定，从而实现连铸全过程低过热度恒温连铸；解决了现有技术为达到能维持钢水持续浇注的温度而提高出钢温度、或对大包钢水预先加热的方法所无法实现的钢水恒温连铸问题；也解决了采用在中间罐内对钢水加热调温的方法所不能实现的低过热度恒温连铸问题。

在连铸全过程电采用本发明的加热调温方法，可将中间罐钢水的过热度降到接近理想的零度，因而温度的波动也可以被控制在液相线和理想过热度之间。

采用本发明方法实现全过程低过热度下的恒温连铸，可以使浇注速度大大提高，从而可提高和稳定钢坯质量，缩短炼钢时间，提高连铸产量，节省能源，减少原材料消耗和耐火材料消耗；且可代替吹氩站起钢水精炼的作用。

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步详细说明。

附图1是本发明采用等离子体对钢包在线加热的原理示意图；

图2是将钢包在线等离子体加热器用于首包钢水浇注初始阶段加热中间罐钢水原理示意图；

图3是将分别用于钢包在线加热和用于浇注初始阶段中间罐加热的两套等离子体炬，共用一套电源、气源及冷却水源的原理示意图；

图4是等离子体加热功率的调节方法中，根据预先测量的钢水温度变化曲线设定加热功率调节曲线的示意图。

如图1所示，在钢水浇注过程中，钢水包4中的钢水5经长水口8持续流人中间罐9，中间罐钢水10经水口11持续流出浇注至连铸机结晶器中。采用本发明方法，是在连续铸钢的浇注过程中，将等离子体炬2插入钢水包4内，使用等离子体炬支撑机构1可以操作等离子体炬上下移动，动态跟踪钢水液面高度，保持等离子体炬与钢水液面之间的适当距离以满足加热功率的要求。放电电极是等离子体炬和钢水，通过放电在钢水液面上方产生等离子体3，通过辐射、传导、对流等方式将热量传递到钢水。

本发明方法在连铸整个周期中采用从底部吹入惰性气体，惰性气体经阀门12、管道13、透气砖14，从钢包底部吹入钢水5中，搅拌钢水，使钢水温度均匀；同时起着使钢水脱气和分离夹杂物的精炼作用；还起着吹开钢水液面上渣层的作用，使钢水液面直接暴露在等离子体区域下方，有利于提高加热效率。

本发明方法在连续浇注过程中用等离子体加热钢包钢水，电流从电源15，经等离子体炬2、等离子体3、钢包钢水5、通过钢包底部的导电砖6(底电极)、导电排7、回到电源15。

在首包钢水浇注初始阶段，可移动等离子体炬支撑机构1，将等离子体炬2插入中间罐9中，对中间罐钢水进行加热，以补偿新使用的中间罐冷壁所吸收的钢水热量。中间罐不设底电极，利用钢包底部导电砖作为回流电极，电流经中间罐钢水、长水口钢水流柱、钢包钢水返回。

对钢包在线加热和对中间罐加热，也可分别使用两套等离子体炬，而共用同一套电源、气源和冷却水源和底电极。如附图3所示。电源15经切换开关20、母线21、22，分别供给钢包和中间罐加热的等离子体炬2和19；冷却水源29经切换阀24、管道23、25，分别供给钢包和中间罐加热的等离子体炬；气源30经切换阀27、管道26、28，分别供给钢包和中间罐加热等离子体炬。

在连续稳定的浇注过程中，若使加热功率随总散热功率成正比的变化，补充散热失去的能量，可保证钢包和中间罐内钢水的温度稳定；在一包钢水浇注后期(钢包钢水将要浇完时)，增大加热功率使钢包剩余钢水流入中间罐时温度高于理想低过热度恒温浇注的温度，这样在更换钢水包过程中，中间罐在无热钢水补充的情况下，钢水温度可保持在理想低过热度浇注的温度线上实现低过热度恒温浇注。

首包开浇时，由于中间罐初始温度较低，散热快，刚流入中间罐的钢水温降较大，一般要求首包钢水温度高于连浇包次20℃，使首包钢水开浇后一段时间内中间罐钢水过热度高于稳定浇注过程的理想低过热度。可以用给钢包加热的等离子体炬、也可单独设-中间罐加热的等离子体炬加热中间罐钢水，以补充新中间罐冷壁吸收钢水的热量，则可降低首浇包的钢水过热度，与钢包在线加热配合，实现全过程低过热度恒温连铸。

下面结合附图4来说明根据钢水温度变化如何进行加热功率调节，实现低过热度恒温连铸的原理。

图4中，曲线1、2分别是无加热时钢包、中间罐钢水温度的变化，曲线3、4分别是有钢包在线加热时钢包、中间罐钢水温度的变化曲线，曲线7、8分别是中间罐、钢包等离子体加热功率变化曲线，8-1是首包开浇有中间罐加热时钢包加热功率曲线，曲线5、6分别为首包开浇有中间罐加热时钢包，中间罐钢水温度变化曲线。01-05为钢包开浇时刻，E1-E5为钢包浇完时刻，ET为中间罐钢水浇完时刻；L0为液相线温度，P0为加热功率零线。

无加热调温情况下，首包钢水开浇时过热度为T9，连浇包开浇时过热度为T8，中间罐钢水最高过热度为T7，中间罐钢水最低过热度接近液相线L0。采用钢包在线加热调温，以第二包钢水为例，在稳定浇注过程中(t7～t8时间段内)，开浇时刻为t7，钢包钢水过热度为T3，根据预测量中间灌钢水温度变化计算出散热功率变化(这个散热功率的变化与钢包散热功率变化是一致的)，加热功率按梯形调节(也可连续调节)，与散热功率曲线接近一致，则保持钢包钢水温度在很小范围(如±4℃)内波动(曲线3)，而中包钢水温度波动范围(如±2℃)更小(曲线4)。在钢包钢水接近浇注完毕t8时刻，提高加热功率到最大值，在t9时刻停止加热，钢包钢水温度(过热度)上升到T5，略高于稳定过热度T3，使钢包钢水浇完时刻(t10)，中包钢水温度过热度T1略高于稳定温度T0，在换包过程中t10～t11，中包钢水温度持续降低，在t11时降低到最低点，高于液相线L0。在无中间罐加热调温时，为了补偿中间罐冷壁吸收热量，首包钢水开浇过热度为T6，中间罐最大过热度为T2。在t4时刻，钢包钢水温度降到理想低过热度T3时，开始加热加热功率曲线为8(粗实线)，保证首包钢水后期温度恒定。

如在中间罐设加热器，则首包钢水开浇过热度可由T6降至T4，在开浇后中间罐有钢水后t1时立刻用最大功率加热，加热功率曲线7(粗点划线)，待中间罐钢水温度上升后的t2时刻，停止中间罐加热。在t8时刻钢包钢水温度降至理想低过热度T3时，开始在钢包加热，加热功率曲线为8-1(粗虚线)。钢包、中包钢水温度变化曲线分别为曲线5、6。

上述例子中，等离子体可以用直流电产生，也可用交流产生；等离子体炬可以是阴极，也可以是阳极，相应底电极则分别为阳极和阴极；等离子体炬可以是转移弧炬(本实施例中为转移弧炬)，也可以是非转移弧炬，后者的特点是放电电极都在等离子体炬上，不需要钢包底电极回路；也可用石墨电极进行电弧放电产生等离子体。

上述例子中，底吹气体搅拌的方法也可以从钢包顶部向钢水中插入吹气管，吹气管直插到接近钢包底部。

Claims (3)

1、一种实现钢水低过热度恒温连铸的方法，其特征是：在钢水浇注过程中，从钢包底部吹进惰性气体；在钢包内钢水液面上方用等离子体炬连续给钢水加热；调节等离子体加热功率，补偿浇注过程中钢水的温度降低，使中间罐内钢水温度保持恒定。

2、如权利要求1所述钢水低过热度恒温连铸方法，其特征在于所述等离子体加热功率的调节方法是：预先测量出无加热情况下中间包钢水温度变化曲线，计算出使中间包钢水恒温时所需的加热功率曲线，由计算机依据该加热功率曲线自动调节。

3、如权利要求1所述钢水低过热度恒温连铸方法，其特征在于所述等离子体的加热方法是：首包钢水开浇初始阶段，采用给钢包加热的同一套等离子体加热器或采用专用等离子体加热器加热中间罐钢水；或分别采用两套等离子体炬时，共用同一套电源、气源、冷却水源和回流底电极；加热功率根据新中间罐冷壁对钢水吸热功率来确定。

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