CN219944543U - 一种通道式加热及减速中间包装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种通道式加热及减速中间包装置，属于连铸中间包感应加热技术领域，包括：注流室，所述注流室接收所述钢液，所述注流室的底部设置有至少两个输送口；分配室，所述分配室底面上设置有至少一个浇注出口以及与所述输送口对应的接收口；感应加热通道，所述感应加热通道两端分别连接所述输送口和接收口；电磁感应加热装置及电磁减速装置，所述电磁感应加热装置及电磁减速装置均设置于所述感应加热通道上，所述电磁感应加热装置设置于所述感应加热通道上游靠近所述注流室，所述电磁减速装置设置于所述感应加热通道下游靠近所述分配室。通过上述方案延长开启感应加热工况下的钢液在中间包内的停留时间，提高夹杂物的去除效果。
Description
技术领域
本实用新型属于连铸中间包感应加热技术领域，特别涉及一种通道式加热及减速中间包装置。
背景技术
中间包是连铸生产过程中的最后一个耐火材料容器，在整个工艺过程中发挥着至关重要的作用。随着特殊钢品质的不断提升，中间包不仅仅作为钢包和结晶器之间的一个中转容器，更重要的是在非稳态浇住过程中向结晶器输送恒温恒量的钢液。但是在浇注过程中中间包内钢液不可避免的会存在热损失，而浇注温度波动不仅影响凝固组织形态的稳定性，也将直接影响连铸坯铸态质量的控制效果。为了补偿钢液的热损失而开发了多种中间包加热技术，其中感应加热技术具有加热效率高、噪音小、运行稳定等优点，目前在各大企业应用最为广泛。通道式感应加热中间包对于改善流场、均匀温度和促进夹杂物的去除等效果显著，引起人们的广泛关注。
在使用通道式感应加热中间包的浇注过程中，感应加热设备会根据中间包的来流温度不同而选择设备开启与否以及设定不同的设备运行功率。
感应加热设备在利用电磁的热效应对钢液进行加热的同时，还会有一定的力效应作用在钢液上。感应加热设备的力效应会使通道内的钢液不仅发生螺旋运动并且还会沿流动方向加速钢液，开启感应加热后中间包内钢液流速为未开启时的5倍。在夹杂物去除效果方面，由于电磁力在通道内存在“箍缩效应”使夹杂物在通道壁面附着并聚集，而沿通道方向钢液的快速流动会连续冲刷在壁面聚集的夹杂物，高速流动的钢液更容易将在通道壁面聚集的夹杂物冲刷脱落并带到中间包分配区。同时钢液流速增大会使钢液在中间包内的平均停留时间缩短，夹杂物到达分配区后没有足够的时间被中间包壁面或钢渣界面吸附，从而影响铸坯质量。减小通道内钢液沿通道水平方向的速度还会增大钢液在通道内的停留时间，增大夹杂物向壁面运动的几率，从而进一步提高夹杂物的去除效率。因此，亟需开发一种可以降低通道内钢液水平流速的技术。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种通道式加热及减速中间包装置，能够快速补偿钢液温度的同时，消除感应加热设备的力效应给钢液带来的加速效果，延长开启感应加热工况下的钢液在中间包内的停留时间，提高夹杂物的去除效果。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一方面，本实用新型提供一种通道式加热及减速中间包装置，包括：注流室，所述注流室接收钢液，所述注流室的底部设置有至少两个输送口；分配室，所述分配室底面上设置有至少一个浇注出口以及与所述输送口对应的接收口；感应加热通道，所述感应加热通道两端分别连接所述输送口和接收口；电磁感应加热装置及电磁减速装置，所述电磁感应加热装置及电磁减速装置均设置于所述感应加热通道上，所述电磁感应加热装置设置于所述感应加热通道上游靠近所述注流室，所述电磁减速装置设置于所述感应加热通道下游靠近所述分配室；所述电磁感应加热装置与所述电磁减速装置之间的距离不小于所述感应加热通道长度的1/4。
进一步的，所述输送口位于注流室的腔体高度的1/3-1/4。
进一步的，所述电磁感应加热装置包括呈环状的第一铁芯以及缠绕于所述第一铁芯上的第一电磁线圈，所述第一铁芯的轴线与所述感应加热通道的轴线重合。
进一步的，当具有两平行设置的感应加热通道时，两电磁感应加热装置的第一电磁线圈缠绕于两第一铁芯临近的边上，且所述两电磁感应加热装置位于同一平面上。
进一步的，所述电磁减速装置包括一对对称设置于所述感应加热通道两侧的第二铁芯以及缠绕于所述第二铁芯上的第二电磁线圈，所述两第二铁芯临近的一侧呈异性。
进一步的，所述第二铁芯与所述感应加热通道配合的面为矩形或弧状以与所述感应加热通道相适配。
进一步的，所述第一电磁线圈位于两所述第二铁芯对称面的一侧，且所述第一电磁线圈与所述对称面的距离大于所述第二铁芯与所述对称面的距离。
进一步的，所述电磁减速装置的第二电磁线圈高度不小于所述感应加热通道的高度，所述电磁减速装置的长度不长于所述感应加热通道水平长度的1/3。
进一步的，所述第二铁芯与所述感应加热通道的最近距离优选为3.0-10.0mm。
进一步的，所述电磁减速装置距离所述分配室的距离不超过所述感应加热通道外直径的1.5倍。
本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：(1)本实用新型的通道式加热及减速中间包装置可以有效降低钢液过热度，精准控制中间包各流温度，有利于实现恒温恒拉速工艺，提高铸坯质量均匀性，保证凝固组织形态的稳定性，具体地，当电磁感应加热装置对钢液加热时，对钢液流动施加力的作用使得其在轴向和周向的运动速度增加，当轴向的运动速度增加会改变分配室内的钢液过热度，钢液温度场的变化导致钢液的流动的稳定性降低从而使得凝固组织形态不稳定；(2)本实用新型针对电磁感应加热装置的力效应导致的中间包内钢液加速流动进一步导致冲刷感应加热通道内壁以及减少钢液停留时间等问题，通过在加热通道的局部具有针对性的施加电磁场，即电磁减速装置，既保留了感应加热设备带来的“箍缩效应”，又精准减速钢液沿通道方向的流动，最大程度改善中间包内钢液流动状态，延长钢液停留时间，提高夹杂物去除效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的通道式加热及减速中间包装置结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的电磁减速装置结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的电磁感应加热装置及电磁减速装置的布置结构图；
图4为本实用新型实施例1提供的电磁感应加热装置和电磁减速装置共同作用下中间包内钢液流动状态示意图；
图5为对比例1提供的不采用电磁感应加热装置及电磁减速装置时中间包内钢液流动状态示意图；
图6为对比例2提供的仅采用电磁感应加热装置时中间包内钢液的流动状态示意图；
图7为电镜下不同工艺钢中夹杂物的分布情况，a为对比例2所制备的钢坯中夹杂物的分布；b为实施例1所制备的钢坯中夹杂物的分布。
附图标记：1-注流室；2-分配室；3-感应加热通道；4-电磁感应加热装置；41-第一电磁线圈；42-第一铁芯；5-电磁减速装置；51-第二铁芯；52-第二电磁线圈。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本实用新型提供了一种通道式加热及减速中间包装置，如图1所示，包括：
注流室1，所述注流室1接收所述钢液，所述注流室1的底部设置有至少两个输送口；分配室2，所述分配室2底面上设置有至少一个浇注出口以及与所述输送口对应的接收口；感应加热通道3，所述感应加热通道3两端分别连接所述输送口和接收口；电磁感应加热装置4及电磁减速装置5，所述电磁感应加热装置4及电磁减速装置5均设置于所述感应加热通道上，所述电磁感应加热装置4设置于所述感应加热通道3上游靠近所述注流室1，所述电磁减速装置5设置于所述感应加热通道3下游靠近所述分配室2；所述电磁感应加热装置4与所述电磁减速装置5之间的距离不小于所述感应加热通道3长度的1/4。
本实用新型通过设置电磁感应加热装置和电磁减速装置，改善了注流室和分配室的温度场和流场分布的稳定性，使得所制备的凝固组织符合技术要求，并利用电磁感应加热装置的箍缩效应以及电磁减速装置的静力，延长了钢液停留时间，提高了夹杂物的去除效果。
需要指出的是，本实用新型实施例中电磁感应加热装置4与所述电磁减速装置5之间的距离不小于所述感应加热通道长度的1/4，所述距离为电磁感应加热装置4与电磁减速装置5之间的距离最近的长度，通过限定两者之间的距离，防止电磁感应加热装置4与电磁减速装置5两者之间产生影响。
所述电磁感应加热装置4和电磁减速装置5分别采用两套独立的电源供电，并且分别控制供电电流、频率和电流形式；所述感应加热装置采用工频单相交流电；所述减速装置采用直流电，磁场形式为静磁场。
需要指出的是，注流室设置的输送口以及分配室设置的接收口可以设置两个或多个，单独设置一个无法实现加热功能，分配室底面上设置有与所述输送口对应的接收口，输送口为钢液的输出，接收口为接收钢液，输送口和接收口的数量设置为相同，每一输送口和接收口通过感应加热通道连接。本实用新型实施例中注流室的输送口和分配室的接收口分别设置为两个，且两者之间通过感应加热通道连接，所述感应加热通道为直线、中空的圆柱状结构且横截面为同心的环状，所述感应加热通道的两端分别与注流室和分配室采用螺纹、捣打料或限位结构等固定连接。
所述浇注出口可以基于技术设计、实际情况和技术要求可以设置为一个或多个，此处不再进行具体限定。
本实用新型中，所述输送口位于注流室的腔体高度的1/3-1/4。通过限定输送口的位置防止钢液浇注过程中，钢液对浇注室内的底部进行冲刷，将杂质卷起通过感应加热通道输送至分配室中。
所述电磁感应加热装置4包括呈环状的第一铁芯42以及缠绕于所述第一铁芯42上的第一电磁线圈41，所述第一铁芯42的轴线与所述感应加热通道3的轴线重合，通过上述设置，可以使得在电场和磁场在感应加热通道的截面上分布均匀，箍缩效应对称且明显，将夹杂物沉积于感应加热通道的内壁上。本实用新型实施例中设置有两平行的感应加热通道，两电磁感应加热装置的第一电磁线圈41缠绕于两第一铁芯42临近的边上，且所述两电磁感应加热装置位于同一平面上，如图1所示，所述两第一铁芯42临近的边上分别设置有两第一电磁线圈41，且两第一电磁线圈41的通电方向相同，在闭合回路内产生的磁场方向相同且相互叠加，提高了两电磁感应加热装置4的协同作用，此处通电方向相同可以理解为线圈同时产生向上或向下的磁场。
如图1-2所示，所述电磁减速装置5包括一对对称设置于所述感应加热通道两侧的第二铁芯51以及缠绕于所述第二铁芯51上的第二电磁线圈52，所述两第二铁芯临近的一侧呈异性，所述第二铁芯51与所述感应加热通道3配合的面为矩形或弧状以与所述感应加热通道相适配。具体的，为了产生能够垂直于所述感应加热通道的磁场，所述第二电磁线圈52沿着平行于所述感应加热通道的轴向进行绕制，两第二电磁线圈52的线圈缠绕方向相同，且具有相同的通电方向。
为了达到较高的电磁制动效果，所述第二铁芯51与所述感应加热通道3的最近距离优选为3.0-10.0mm。
所述电磁减速装置5的第二电磁线圈52高度不小于所述感应加热通道的高度，所述电磁减速装置5的长度不长于所述感应加热通道3水平长度的1/3。通过上述设置一方面保证所述磁场完全贯穿所述感应加热通道，另一方面防止电磁减速装置过长与电磁感应加热装置3产生交互影响，导致钢液流场变化。
电磁减速装置5距离所述分配室2的距离不超过所述感应加热通道外直径的1.5倍。通过限定电磁减速装置5与分配室2之间的距离，保证感应加热通道3内的钢液具有足够的距离进行减速。
如图3所示，所述第一电磁线圈41位于两所述第二铁芯51对称面F的一侧，且所述第一电磁线圈41与所述对称面F的距离S1大于所述第二铁芯与所述对称面的距离S2，通过上述设置可限制电磁感应加热装置产生的磁场对所述电磁减速装置的影响。
为了使得所述电磁感应加热装置4与电磁减速装置5适配，以满足两者协同效果使得所述钢液能够在感应加热通道中产生箍缩效应使得夹杂物沉积于所述感应加热通道3的壁面，同时使得电磁减速装置可以满足最大程度地降低钢液轴向移动速度，所述电磁感应加热装置的功率与电磁减速装置的功率满足：
ph＝λ1pb (1)
为了进一步将电磁感应加热装置的功率与电磁减速装置的功率适配，本实用新型又提出了一种更为精确的电磁感应加热装置的功率与电磁减速装置的功率关系公式，具体地：
其中ph为电磁感应加热装置的功率，pb为电磁减速装置的功率，λ1为第一修正系数，取值范围为1-3，λ2为第二修正系数，取值范围为0.5-0.8，vx为钢液轴向平均流速，vr为钢液周向平均速度。
需要指出的是，所述钢液轴向平均流速为钢液顺着感应加热通道向前流动的平均速度，所述钢液周向平均速度为钢液绕着所述感应加热通道轴线做旋转运动时的平均速度。
所述电磁减速装置的磁感应强度满足如下公式：
式中ρ为钢液密度，u为钢液流速，N为磁相互作用参数，取值范围为3～7，σ为电导率，D为通道直径。
一种采用上述通道式加热及减速中间包装置的控制方法，包括以下步骤：
1)浇注初期，钢液由钢包进入中间包后，首先到达注流室，流经感应加热通道后到达分配室；
2)注流室内钢水的液面没过通道后即可开启电磁感应加热装置，同时需开启电磁减速装置；
3)最后一炉钢包浇注完毕，随着中间包内液位降低，电磁感应加热装置和电磁减速装置首先提高功率，钢水的液面低于感应加热通道后，同时关闭电磁感应加热装置和电磁减速装置。
实施例1
如图4所示，本实用新型实施例电磁感应加热装置和电磁减速装置共同作用下中间包内钢液流动状态示意图，其中中间包容量36t，熔池深度790mm，钢包长水口即中间包入口的速度为1.565m/s，拉坯速度为恒定1.1m/min，通道直径为140mm。
采用公式(2)来控制电磁感应加热装置和电磁减速装置的功率。
同时开启电磁感应加热和电磁减速装置后，钢液在中间包内的平均停留时间为562s。
对比例1
与实施例1不同的是，本对比例不采用电磁感应加热装置和电磁减速装置。所述中间包内钢液流动状态如图5所示。
在此工况下，钢液在中间包内的平均停留时间为554s。
对比例2
与实施例1不同的是，本对比例仅采用电磁感应加热装置。所述中间包内钢液流动状态如图6所示。
开启电磁感应加热装置后，钢液在中间包内的平均停留时间为494s。综上，可以得到单独开启电磁感应加热装置会加速钢液形成螺旋流动，虽然钢液流动的路径增大了，但是速度增大带来的效果更加明显，导致钢液平均停留时间减小，不利于夹杂物的上浮，沉积于所述感应加热通道内壁，将所述夹杂物去除。开启电磁感应加热的同时开启电磁减速装置可以有效降低钢液的流速，但通道内的钢液依旧会呈螺旋流动，即增大了钢液运动路径的同时降低了钢液速度，进而钢液的平均停留时间得以延长。
如图7中a和b所示，可以看出同时开启电磁感应加热装置和电磁减速装之后，钢中的夹杂物明显减少，提高了钢液的质量。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，包括：
注流室，所述注流室接收钢液，所述注流室的底部设置有至少两个输送口；
分配室，所述分配室底面上设置有至少一个浇注出口以及与所述输送口对应的接收口；
感应加热通道，所述感应加热通道两端分别连接所述输送口和接收口；
电磁感应加热装置及电磁减速装置，所述电磁感应加热装置及电磁减速装置均设置于所述感应加热通道上，所述电磁感应加热装置设置于所述感应加热通道上游靠近所述注流室，所述电磁减速装置设置于所述感应加热通道下游靠近所述分配室；所述电磁感应加热装置与所述电磁减速装置之间的距离不小于所述感应加热通道长度的1/4。
2.根据权利要求1所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述输送口位于注流室的腔体高度的1/3-1/4。
3.根据权利要求2所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述电磁感应加热装置包括呈环状的第一铁芯以及缠绕于所述第一铁芯上的第一电磁线圈，所述第一铁芯的轴线与所述感应加热通道的轴线重合。
4.根据权利要求3所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，当具有两平行设置的感应加热通道时，两电磁感应加热装置的第一电磁线圈缠绕于两第一铁芯临近的边上，且所述两电磁感应加热装置位于同一平面上。
5.根据权利要求3或4所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述电磁减速装置包括一对对称设置于所述感应加热通道两侧的第二铁芯以及缠绕于所述第二铁芯上的第二电磁线圈，两所述第二铁芯临近的一侧呈异性。
6.根据权利要求5所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述第二铁芯与所述感应加热通道配合的面为矩形或弧状以与所述感应加热通道相适配。
7.根据权利要求6所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述第一电磁线圈位于两所述第二铁芯对称面的一侧，且所述第一电磁线圈与所述对称面的距离大于所述第二铁芯与所述对称面的距离。
8.根据权利要求7所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述电磁减速装置的第二电磁线圈高度不小于所述感应加热通道的高度，所述电磁减速装置的长度不长于所述感应加热通道水平长度的1/3。
9.根据权利要求8所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述第二铁芯与所述感应加热通道的最近距离优选为3.0-10.0mm。
10.根据权利要求9所述的一种通道式加热及减速中间包装置，其特征在于，所述电磁减速装置距离所述分配室的距离不超过所述感应加热通道外直径的1.5倍。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |