CN207026469U - 一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置 - Google Patents

Abstract

一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，属于钢水浇注设备技术领域。其技术方案是：在座砖内部设置感应加热线圈、下渣检测主线圈和下渣检测副线圈，感应加热线圈、下渣检测主线圈和下渣检测副线圈自上而下依次排列环绕上水口，感应加热线圈和下渣检测主线圈与上水口的上部和中部相对，下渣检测副线圈与上水口的下部相对，感应加热线圈、下渣检测主线圈分别与交流电源相连接，电路中分别安装电压监测装置。本实用新型是保护浇注技术中的首创，解决了目前在浇注过程中存在的钢水自动开浇率不足、烧氧引流开浇中的二次氧化、准确判定钢包浇注终点、钢包中炉渣进入中间包等长期没有得到有效解决的问题，实现了真正意义上的全程保护浇铸。

Description

一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置

技术领域

本实用新型涉及一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，属于钢水浇注设备技术领域。

背景技术

钢材中的夹杂物含量和尺寸对钢材的表面及内部缺陷、表面性能以及疲劳性能有较大影响，因此需要减少钢中夹杂物，提高钢材的洁净度。目前在生产过程中主要通过铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、保护浇铸等技术措施来控制钢液中的夹杂物，改善钢液的流场，从而达到提高钢材洁净度的目的。

在钢水浇注过程中，钢水不可避免地要同空气接触，产生二次氧化，从而增加了钢中的氧、氮含量，影响了钢质的纯度。因此，在保护浇注工序中采用保护浇铸措施防止钢水同空气接触产生二次氧化是一项必不可少的技术。目前钢包至中间包通常采用长水口保护管保护浇铸。即用一个长的耐火套管作为钢水流经的中间结构，长水口上口与钢包滑动水口的下水口连接，在连接处通氩气，防止空气吸入，长水口的下部浸入到中间包内的钢液中，使钢包到中间包的铸流全密封在保护气氛中，可有效地防止二次氧化。

钢水要想由钢包流经长水口进入中间包，首先必须保证钢包滑动水口打开，钢包滑动水口由安装在钢包底部的两块中间留有出钢孔的上、下滑板组成，滑板材料为耐火材料，通过外部的驱动力移动下滑板，控制上、下滑板出钢孔的重合度，从而起到控制钢流的作用。在滑动水口结构中，从滑板闭合处到钢包底部通常有400～600mm出钢通道，为了防止钢液在该通道渗出和提高钢包开浇率，整个通道都要加入具有一定烧结性能的颗粒状耐火材料引流砂，它是与滑动水口相互配合不可缺少的耐火材料。

实际生产中，操作人员在长水口上口和钢包滑动水口连接好后，将钢包滑动水口的滑板以液压驱动的形式拉到最大开度，钢液会随着引流砂的下落而自动流出（通常称为自动开浇），完成钢包开浇环节。但当钢水不能从钢包自动流出时，操作人员必须先将长水口取下，之后从钢包滑动水口的下水口插入烧氧管进行人工烧氧辅助引流，待钢流从水口流出后，再将滑板关死，接上长水口，重新拉开钢包滑板进行浇铸。这种钢包开浇方法是一种被迫的开浇法，直接影响铸坯的质量，不能完全发挥保护浇铸的作用。在操作人员人工烧氧辅助引流的过程中，首先钢流会与空气接触再次氧化，形成非金属杂质；其次烧氧引流的钢水不通过长水口，直接洒在中间包内的浮渣层上，将部分浮渣带进钢水中，并被卷入结晶器形成夹杂物。此外，钢包如果不能自行开浇，不仅增加了操作人员的劳动强度，给操作人员带来安全隐患，而且不能自动开浇时，铸机就必须降速以维持连铸工序的连续性，拉速的波动对铸坯表面质量会有很大影响，若钢包长时间不能开浇就会造成连铸断浇生产事故，给企业带来重大的经济损失。所以钢包能否自动开浇不但影响到铸坯的质量，还会影响到整个连铸生产线的效率和企业的经济效益。生产统计曾发现，连铸钢包引流开浇比自动开浇平均耽误时间为5min左右，特别是由于中间包液面低或钢水温度降低过大，甚至造成连铸机非计划停机，有时还会发生整包钢水送回钢包冶炼装置再加热或者冻包生产事故。正因如此，钢包开浇越来越受到人们的重视。

在炼钢生产过程中，影响和实现钢包自动开浇的机制是：在准备钢包时，将引流砂灌入上水口内部和座砖顶部，形成一个小馒头状砂丘，钢水注入钢包的初期，填入水口上表面的引流砂迅速烧结，成为高粘度的液相层，阻碍了熔融钢水向引流砂内部的渗透。高粘度液相层下面是烧结层，烧结层下面是松散的引流砂。烧结层能够在下部物料的支撑下承受钢水的静压力而不被破坏。由于引流砂材料的特点，传热相对较慢，引流砂的烧结速度也会变慢，烧结层保持在一定厚度，随着水口内钢水温度下降，钢水在包底引流砂上面形成冷钢层。在连铸钢包滑动水口打开，开浇时下部的未烧结物料因自重作用下落，烧结层失去支撑，致使烧结层在钢水的重力作用下而破碎，实现开浇。因此要想提高钢包自开率，必须设法降低烧结层或冻结层的极限强度，减小“薄壳”的厚度。目前一般采取的措施有：现场通过使钢水冲击点应远离引流砂填充部位的中心距离；根据使用条件相应调整引流砂的组成，促使表层快速烧结、防止引流砂上浮的同时避免过度烧结等措施减少烧结层的厚度等，但随着钢水放置时间的增加，烧结层及冷钢层厚度增加，以上措施均不能达到满意的效果。

此外，在保护浇铸技术中，在钢包浇注末期选择合适时机控制钢包滑动水口关闭，结束此炉钢水的浇注，重新开启下一炉钢包浇注非常重要。如果钢包滑动水口关闭较晚，钢包中含氧化铁、氧化锰和氧化硅的炉渣由长水口流入中间包，会造成钢水中铝和钛等易氧化合金元素的烧损，并产生氧化铝夹杂物，影响钢水的纯净度，并最终造成产品的表面质量问题。钢水中的氧化铝夹杂还会造成水口堵塞，影响结晶器内钢水的流动及中间包连浇炉数。为了判定钢包浇注终点，一般通过钢包重量变化作为判定手段。但是由于有些钢厂的连铸钢包回转台称量不准，或包衬重量由于侵蚀不断变化，且转炉出钢时每炉下渣量均不同，这些因素均影响了浇注终点判定的准确性。一些钢厂只好采用提前拆去长水口，人工肉眼观察来判定浇铸终点，这段时间内钢水将严重二次氧化。再有，为了避免钢包中的炉渣进入中间包，在生产一些对钢质纯净度要求非常严格的钢种，如汽车板时有些钢厂采用钢包留钢操作，这样虽然满足了质量要求，但钢水的收得率降低。同时传统的根据钢水和渣子流经耐火套管颜色不同等经验来判定钢包是否下渣的方法误差大，由于操作工的经验不同，有的明显提早关闭滑板，有的在明显下渣时才关闭滑板，这样钢水质量波动大。从操作工的劳动保护角度看，长期用肉眼观察钢流带渣情况会造成视力下降等不良后果。

综上所述，目前在浇注过程中存在的钢水自动开浇率不足、烧氧引流开浇中的二次氧化、准确判定钢包浇注终点、钢包中的炉渣进入中间包等问题直接影响了保护浇注过程中的钢水洁净度，影响了钢材生产的质量。这些问题长期没有得到有效解决，成为困扰企业和技术人员的老大难问题，亟待解决，以提高钢材质量和企业的生产效益。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，这种控流装置可以有效提高钢包自动开浇率，使其达到100%，并减少钢包不自开时人工烧氧过程中钢水二次氧化等带入钢液的夹杂物，同时可以在钢包浇注末期自动判定浇注终点，减少或杜绝钢包下渣。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，它包括上水口、下水口、滑板、座砖，其改进之处是，在座砖内部设置感应加热线圈、下渣检测主线圈和下渣检测副线圈，感应加热线圈、下渣检测主线圈和下渣检测副线圈环绕上水口，感应加热线圈、下渣检测主线圈和下渣检测副线圈自上而下依次排列，感应加热线圈与上水口的上部和中部相对，下渣检测主线圈与上水口的中部相对，下渣检测副线圈与上水口的下部相对，感应加热线圈、下渣检测主线圈分别与交流电源相连接，在感应加热线圈、下渣检测主线圈和下渣检测副线圈的电路中分别安装有电压监测装置。

上述提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，所述下渣检测主线圈为感应加热线圈的一部分。

上述提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，所述感应加热线圈、下渣检测主线圈和下渣检测副线圈的总长度为200-120mm，线圈直径为250-300mm，感应加热线圈的上端距离钢液底面为180-200mm。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型可显著提高钢包的自动开浇率，自动开浇率可达100%。在传统的方法中，当钢包无法自动出钢时，一般采用烧氧法完成出钢，从根本上讲，烧氧法是燃料燃烧加热的方法。与燃料燃烧方法相对比，电磁感应加热具有相同或相近的作用，且具有更高的加热效率，同时具有加热速度快、热损失少、无公害、易于自动控制等优点。电磁感应加热在钢包开浇前的等待时间完成，不会影响生产节奏。

本实用新型可实现钢包浇注全程保护套管保护钢液，且可以实现浇注过程全程吹Ar保护，改善钢水洁净度。本实用新型采用下渣检测在钢包刚开始下渣时检测到并及时关闭水口，可最大限度的减少剩钢，提高钢水收得率。本实用新型可防止钢水二次氧化及钢渣进入中间包，因此可减少水口堵塞，延长耐火材料的寿命，进而增加连浇炉数。

本实用新型是保护浇注技术中的首创，解决了目前在浇注过程中存在的钢水自动开浇率不足、烧氧引流开浇中的二次氧化、准确判定钢包浇注终点、钢包中的炉渣进入中间包等长期没有得到有效解决问题，能够实现钢包浇注过程真正意义上的全程保护浇铸，在行业内具有极好的推广前景。

附图说明

图1是本实用新型的控流装置结构示意图。

图中标记如下：钢液1、钢包壳2、包衬3、座砖4、上水口5、滑板6、下水口7、线圈8、引流砂9、冻结层10、烧结层11、感应加热线圈12、下渣检测主线圈13、下渣检测副线圈14。

具体实施方式

本实用新型基于法拉第电磁感应定律和电流的热效应，即通过布置在上水口外侧的感应线圈产生交变的磁场，导体在交变磁场中会感应产生电流而引起发热实现对上水口内冷钢层加热的目的。钢包下渣检测是根据法拉第电磁感应定律及钢水和钢渣的导电率不同，钢渣的导电率大约为钢水的1/1000，因此钢水和钢渣从上水口通过时产生的感应电磁强度是不同的，这就导致在下渣检测主线圈通以交变电流时，钢水与钢渣通过上水口时下渣检测副线圈二次电压不同，据此变化来检测下渣。由于感应加热和下渣检测的基本原理相同，因此本实用新型用感应加热线圈的一部分替代下渣检测主线圈。

图中显示，本实用新型的提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置包括上水口5、下水口7、滑板6、座砖4、感应加热线圈12、下渣检测主线圈13、下渣检测副线圈14。

在座砖4内部设置感应加热线圈12、下渣检测主线圈13和下渣检测副线圈14，感应加热线圈12、下渣检测主线圈13和下渣检测副线圈14环绕上水口5，感应加热线圈12、下渣检测主线圈13和下渣检测副线圈14自上而下依次排列，感应加热线圈12与上水口5的上部和中部相对，下渣检测主线圈13与上水口5的中部相对，下渣检测副线圈14与上水口5的下部相对。

图中显示，感应加热线圈12、下渣检测主线圈13分别与交流电源相连接，交流电通过感应加热线圈12对上水口5内冷钢层进行加热，以保证钢包自动开浇率。

图中显示，由于感应加热和下渣检测的基本原理相同，因此用感应加热线圈12的一部分替代下渣检测主线圈13。在感应加热线圈12、下渣检测主线圈13和下渣检测副线圈14的电路中分别安装有电压监测装置，通过监测钢液经过上水口5时，下渣检测副线圈14的二次感应电压不同，据此变化来判断钢包下渣。

图中显示，感应加热线圈12、下渣检测主线圈13和下渣检测副线圈14的总长度为200-120mm，线圈直径为250-300mm，感应加热线圈12的上端距离钢液底面为180-200mm。

本实用新型的使用方法如下：

a. 将带有感应加热线圈12、下渣检测主线圈13和下渣检测副线圈14的座砖4砌入钢包底，在上水口5中填入引流砂9；

b. 当装有钢水的钢包坐到钢包回转台时，接通感应加热线圈12电源，在钢包转到浇注位2～3min前给感应加热线圈12通以交流电，对上水口5处冷钢层进行感应加热，使钢包底部上水口的冷钢层全部或部分迅速熔化；

c. 当钢包转到浇注位时，在下水口7处套上长水口，拉开滑板6，钢液将随着引流砂9流入中间包，完成钢包自动开浇；

d. 在开浇完成后切断感应加热线圈12电源，接通下渣检测主线圈13电源并通以交流电；

e. 根据浇铸末期下渣检测副线圈14二次电压的不同判断钢包是否下渣，检测到钢包下渣后关闭滑动水口，完成钢包的浇注过程。

本实用新型的实施例如下：

实施例1

控流装置的结构如图1所示，包括座砖4、上水口5、下水口7、滑板6、线圈8和引流砂9。其中线圈8固定在座砖4内距钢包底部相应的位置，其最优参数为距钢液200mm处，线圈长度为150mm，直径为280mm。

将带有线圈8的座砖4砌入钢包底，在钢包盛装钢水前，使用机械加料法将铬质引流砂9加入上水口5，保证灌砂到位和水口填充饱满。将钢水由转炉注入钢包，之后钢包经过LF精炼工艺，精炼时间在70～100min之间。精炼结束，当钢包坐到钢包回转台时，接通感应加热线圈12电源，在钢包转到浇注位2～3min前给感应加热线圈12通以交流电；当钢包转到浇注位时，在下水口7处套上长水口，拉开滑板6，钢液将随着引流砂9流入中间包，顺利完成出钢。在出钢完成后切断感应加热线圈12电源，接通下渣检测主线圈13电源并通以交流电，检测到钢包下渣后关闭滑动水口，完成钢包的浇注过程。

采用本实用新型控流后，共浇注22包，钢包自动开浇率100%，同时钢包余钢有所减少，钢水收得率有一定提高。中包状况较好，水口堵塞现象有一定改善，并增加了中包连浇炉数。同时减轻了大包操作工的劳动强度，改善了操作工的工作环境。

实施例2

控流装置结构如实施例1，操作方法如实施例1，其不同点在于，钢水由转炉注入钢包后，钢包经过LF+RH精炼工艺，精炼时间在100～150min。

采用本实用新型控流后，共浇注59包，钢包自动开浇率100%；同时钢包余钢有所减少，钢水收得率有一定提高。中包状况较好，水口堵塞现象有一定改善，并增加了中包连浇炉数。同时减轻了大包操作工的劳动强度，改善了操作工的工作环境。该方法为生产顺行和铸坯质量的提高创造了良好的条件。

Claims (3)

1.一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，它包括上水口（5）、下水口（7）、滑板（6）、座砖（4），其特征在于：在座砖（4）内部设置感应加热线圈（12）、下渣检测主线圈（13）和下渣检测副线圈（14），感应加热线圈（12）、下渣检测主线圈（13）和下渣检测副线圈（14）环绕上水口（5），感应加热线圈（12）、下渣检测主线圈（13）和下渣检测副线圈（14）自上而下依次排列，感应加热线圈（12）与上水口（5）的上部和中部相对，下渣检测主线圈（13）与上水口（5）的中部相对，下渣检测副线圈（14）与上水口（5）的下部相对，感应加热线圈（12）、下渣检测主线圈（13）分别与交流电源相连接，在感应加热线圈（12）、下渣检测主线圈（13）和下渣检测副线圈（14）的电路中分别安装有电压监测装置。

2.根据权利要求1所述的提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，其特征在于：所述下渣检测主线圈（13）为感应加热线圈（12）的一部分。

3.根据权利要求2所述的提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置，其特征在于：所述感应加热线圈（12）、下渣检测主线圈（13）和下渣检测副线圈（14）的总长度为200-120mm，线圈直径为250-300mm，感应加热线圈（12）的上端距离钢液底面为180-200mm。