一種多流弧形通道感應加熱中間包及加熱方法與流程

2023-07-26 05:07:01 2

本發明涉及連鑄中間包感應加熱技術領域，特別涉及一種多流弧形通道感應加熱中間包及加熱方法。

背景技術：

在連鑄發展的初期，中間包只是起到過渡鋼水的作用。隨著人們對高品質鋼種需求的不斷提高，鋼水質量對連鑄工藝具有越來越重要的意義。為了保證連鑄工藝的順利進行，必須保證鋼水具有足夠的純淨度以及穩定的溫度。中間包作為由間歇操作轉向連續操作的轉折點，具有很重要的作用，除了傳統的穩定鋼水的作用外，它還應該具有控制鋼水潔淨度以及溫度的作用。

低過熱度恆溫穩態澆鑄一直是連鑄工藝所追求的。但是由於換包和壁面散熱等原因，在澆鑄後期以及過渡階段鋼水的溫度變化比較大。如果鋼水的過熱度太高，鑄坯內就會出現非等軸晶，從而產生偏析。反之如果鋼水的過熱度太低，鋼水黏性升高，就會使鑄坯內夾雜物增加。因此，為了減少鑄坯內偏析以及夾雜物等缺陷，必須將中間包內的鋼水的溫度控制在很窄的範圍內，即低過熱度穩態澆鑄。

在連鑄過程中，使用外部手段加熱中間包內的鋼水，可以補償鋼包澆鑄過程中的熱損失，使鋼水溫度穩定可控，從而改善鑄坯質量。目前應用比較廣泛的主要有等離子加熱技術和感應加熱技術，等離子加熱技術由於加熱效率低和現場噪聲太大等原因，企業已經很少使用。而通道式感應加熱技術則具有加熱效率高和無汙染的優勢，同時還具有去除夾雜物的功能。

T型的中間包包括注流區和澆鑄區，注流區和澆鑄區之間由耐火材料牆隔開，耐火材料牆內設有兩條直線型通道，兩條直線型通道將注流區和澆鑄區連通，電磁感應加熱裝置包括鐵芯、線圈和電源，鐵芯環繞一條直線型通道，在位於兩條直線型通道之間的鐵芯上纏繞有線圈，線圈和電源連接，電磁感應加熱裝置還與控制系統的計算機連接，控制系統的連續測溫裝置設置在澆鑄區內，連續測溫裝置能夠測量澆鑄區內的鋼水的溫度數據並發送給計算機，工作人員可以根據計算機顯示的溫度數據對電磁感應加熱裝置的加熱功率進行調節。

電磁感應加熱裝置主要對位於直線型通道內的鋼水進行加熱，防止T型中間包內的鋼水溫差較大，但由於T型中間包的內部空間有限，因此連通注流區和澆鑄區的直線型通道長度會比較短，鋼水很快就會從注流區流入澆鑄區，加熱效果不理想，加熱效率較低。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的T型中間包的內部空間有限，連通注流區和澆鑄區的直線型通道長度會比較短，加熱效率較低的問題，一方面，本發明提供了一種多流弧形通道感應加熱中間包，所述多流弧形通道感應加熱中間包包括注流區和澆鑄區，注流區設有鋼包長水口，澆鑄區設有澆鑄水口，注流區和澆鑄區之間設有耐火材料牆，注流區和澆鑄區之間的耐火材料牆內設有兩條弧形通道，每條弧形通道均連通注流區和澆鑄區，兩條弧形通道中的每條弧形通道的圓心在該弧形通道朝向另一弧形通道的一側，電磁感應加熱裝置的鐵芯環繞一條弧形通道，鐵芯上的線圈位於兩條弧形通道之間，電磁感應加熱裝置與控制系統連接，控制系統的連續測溫裝置布置在澆鑄區內。

在兩條所述弧形通道之間的耐火材料牆內設有冷卻通道，所述鐵芯穿過所述冷卻通道。

所述冷卻通道為非磁性不鏽鋼保護套。

所述弧形通道的半徑為r，3m≤r≤6m。

另一方面，本發明提供了一種使用所述多流弧形通道感應加熱中間包加熱鋼水的方法，所述方法包括：

步驟1、精煉後的鋼水由鋼包通過所述鋼包長水口進入所述注流區；

步驟2、注流區的鋼水流入兩條弧形通道，所述電磁感應加熱裝置對兩條弧形通道內的鋼水進行加熱，並使鋼水在磁場的作用下產生箍縮效應，使鋼水中的部分夾雜物吸附在兩條弧形通道的內壁；

步驟3、加熱後的鋼水從兩條弧形通道內流出並交匯在一起，鋼水中的剩餘夾雜物互相碰撞聚合長大並被頂渣吸附去除。

在本發明中，通過在多流弧形通道感應加熱中間包的注流區和澆鑄區之間設置兩條弧形通道，注流區的鋼水流入兩條弧形通道內，在兩條弧形通道內被電磁感應加熱裝置進行充分加熱，同時去除鋼水中的大部分夾雜物，加熱後的鋼水首先在澆鑄區交匯，交匯的過程中剩餘的體積較小的夾雜物產生聚合長大，並通過頂渣去除。本發明的多流弧形通道感應加熱中間包無需改變現有T型中間包的體積，無需增加注流區的鋼包長水口與澆鑄區的澆鑄水口之間的距離，便可以增加通道的長度，增加了加熱效率，同時，在相同的加熱功率下，由於通道的長度加長，使得澆鑄區的鋼水的溫度更高，加熱效果更好，同時，由於弧形通道較長，可以去除更多的夾雜物，又由於兩條弧形通道中的每條弧形通道的圓心在該弧形通道朝向另一弧形通道的一側，使得經過兩條弧形通道後的鋼水首先在澆鑄區進行交匯，使體積較小的夾雜物發生聚合長大後通過頂渣去除，去除夾雜物的效果更好，減少了鑄坯的夾雜物缺陷。

附圖說明

圖1是本發明提供的多流弧形通道感應加熱中間包的結構示意圖；

圖2是本發明提供的圖1的A-A向剖視圖；

圖3是現有的直線型通道的多流弧形通道感應加熱中間包和本發明的多流弧形通道感應加熱中間包的澆鑄區內的鋼水溫度對比圖；

圖4是本發明提供的加熱功率為800kW時的多流弧形通道感應加熱中間包的溫度分布圖；

圖5是本發明提供的加熱功率為1000kW時的多流弧形通道感應加熱中間包的溫度分布圖；

圖6是本發明提供的加熱功率為1200kW時的多流弧形通道感應加熱中間包的溫度分布圖。

其中，

1注流區；2澆鑄區；3鋼包長水口；4澆鑄水口；5耐火材料牆；6弧形通道；7鐵芯；8線圈；9冷卻通道。

具體實施方式

為了解決現有技術存在的T型中間包的內部空間有限，連通注流區和澆鑄區的直線型通道長度會比較短，加熱效率較低的問題，如圖1和圖2所示，本發明提供了一種多流弧形通道感應加熱中間包，該多流弧形通道感應加熱中間包包括注流區1和澆鑄區2，注流區1設有鋼包長水口3，澆鑄區2設有澆鑄水口4，注流區1和澆鑄區2之間設有耐火材料牆5，注流區1和澆鑄區2之間的耐火材料牆5內設有兩條弧形通道6，每條弧形通道6均連通注流區1和澆鑄區2，兩條弧形通道6中的每條弧形通道6的圓心在該弧形通道6朝向另一弧形通道6的一側，電磁感應加熱裝置的鐵芯7環繞一條弧形通道6，鐵芯7上的線圈8位於兩條弧形通道6之間，電磁感應加熱裝置與控制系統連接，控制系統的連續測溫裝置布置在澆鑄區2內。

本發明中，弧形通道6的半徑為r，3m≤r≤6m，例如，可以為4m或者5m。

本發明中，在兩條弧形通道6之間的耐火材料牆5內設有冷卻通道9，鐵芯7穿過冷卻通道9，通過在耐火材料牆5內設置一個冷卻通道9，在電磁感應加熱裝置工作時，可以採用冷風通向冷卻通道9，對冷卻通道9內的鐵芯7和線圈8進行降溫，避免由於溫度過高導致鐵芯7和線圈8的損壞，可以在冷卻通道9內安裝非磁性不鏽鋼保護套，非磁性不鏽鋼保護套可以對鐵芯7和線圈9起到隔離保護的作用，同時對耐火材料牆5起到支撐作用，提高了安全性。

在本發明中，為了防止電磁感應加熱裝置產生的感應電流形成迴路，可以在非磁性不鏽鋼保護套上以及中間包的殼體上均開設一個由絕緣材料隔離的縫隙。

本發明的多流弧形通道感應加熱中間包為T型中間包，電磁感應加熱裝置和控制系統為現有結構，電磁感應加熱裝置包括鐵芯7、線圈8和電源等部件，控制系統包括計算機和連續測溫裝置，連續測溫裝置包括測溫管和傳感器等部件。

使用本發明中的多流弧形通道感應加熱中間包加熱鋼水的方法包括：

步驟1、精煉後的鋼水由鋼包通過鋼包長水口3進入注流區1，在注流區1短暫停留後流入兩條弧形通道6；

步驟2、注流區1的鋼水流入兩條弧形通道6，電磁感應加熱裝置對兩條弧形通道6內的鋼水進行加熱，並使鋼水在磁場的作用下產生箍縮效應，使鋼水中的部分夾雜物吸附在兩條弧形通道6的內壁；

當鋼水在兩條弧形通道6內流動時，電磁感應加熱裝置的電源給線圈8供電，產生交變磁場，使位於兩條弧形通道6內的鋼水產生感應電流和焦耳熱，使弧形通道6內的鋼水的溫度升高，實現對弧形通道6內的鋼水的感應加熱，由於弧形通道6較長，因此，對鋼水的加熱時間較長，可以達到很好的加熱效果，同時，在電磁感應加熱裝置對兩條弧形通道6內的鋼水進行加熱的過程中，會使弧形通道6內的導電的鋼水在磁場的作用下產生箍縮效應，相應的不導電的夾雜物就會受到一個相反的作用促使它向弧形通道6的壁面運動進而使部分夾雜物吸附在弧形通道6的內壁上，去除了部分夾雜物，由於鋼水在弧形通道6內停留的時間相對於在直線型通道內停留的時間較長，因此去除的夾雜物也較多，可以減少鑄坯夾雜物的缺陷，其中，吸附在弧形通道6的內壁上的夾雜物在澆鑄結束後使用鋼水衝刷去除；

步驟3、加熱後的鋼水從兩條弧形通道6內流出並交匯在一起，鋼水中的剩餘夾雜物互相碰撞聚合長大並被頂渣吸附去除；

被加熱後的鋼水在弧形通道6被加熱後流入澆鑄區2，如圖1所示，在本發明中，兩條弧形通道6中的每條弧形通道6的圓心在該弧形通道6朝向另一弧形通道6的一側，即兩條弧形通道6的圓心均在兩條弧形通道6之間，如此設計，可以使得鋼水在從兩條弧形通道6內流出時，首先交匯在一起並隨著浮力作用向上流動，如圖1中箭頭方向所示，在鋼水發生交匯時，能夠促進鋼水內的夾雜物發生碰撞聚合進而形成體積更大的夾雜物，從弧形通道6內流出的鋼水的溫度要高於澆鑄區2內原有的鋼水的溫度，高溫的鋼水的密度要低於低溫的鋼水的密度，因此，交匯後的高溫鋼水會產生一個向上的浮力，交匯後由於碰撞聚合而長大的夾雜物會隨著高溫鋼水向上流動而被頂渣吸附去除，因此，由於鋼水的交匯可以對鋼水進行進一步的夾雜物的去除，進一步減少了鑄坯的夾雜物缺陷；同時高溫鋼水和低溫鋼水也會產生對流，因此澆鑄區2內的鋼水的溫差逐漸減小，鋼水的流動也逐漸趨於平緩，使得澆鑄區2內的鋼水的溫度分布更加均勻，流場分布更加合理，減小了死區體積；同時，又由於從弧形通道6內流出的鋼水是首先交匯在一起，再在澆鑄區2內擴散開，因此，能夠緩解鋼水向上的衝擊力，避免卷渣，也同時緩解了鋼水對澆鑄區2的耐火材料牆5的內壁的衝刷，延長了耐火材料牆5的使用壽命。

澆鑄區2內的鋼水通過澆鑄水口4進行澆鑄，在本發明中，連續測溫裝置的測溫管能夠測量澆鑄區2內的鋼水的溫度，傳感器能夠將測溫管檢測的溫度的模擬信號轉換成電信號後發送給計算機，通過計算機的顯示屏顯示澆鑄區2內的鋼水溫度，現場人員還可以通過計算機調節電磁感應加熱裝置的加熱檔位，通過控制電源供給線圈8的電流大小來調節對弧形通道6內的鋼水的加熱功率。

如圖3所示，是加熱功率為1000kW時，鋼包長水口3的質量流量為2.7t/min的情況下，連續測溫裝置測出的直線型通道的多流感應加熱中間包和本發明的多流弧形通道感應加熱中間包的澆鑄區內的鋼水溫度對比圖，可以看出，加熱20min後，直線型通道的中間包能將溫度加熱到1845K，而弧形通道的中間包能將溫度加熱到1851K，可以明顯看出弧形通道的中間包的加熱效率更高。在加熱初期，兩種通道中的高溫鋼水進入澆鑄區均會引起鋼水溫度的短暫波動，隨著加熱的進行，溫度開始平緩上升，最後趨於平穩。

如圖4所示，為以容量為40t的多流弧形通道感應加熱中間包為例，圖中左邊代表注流區1的溫度分布側視圖，右邊代表澆鑄區2的溫度分布側視圖，當鋼包長水口3的質量流量為3.3t/min，加熱功率為800kW時，精煉後的鋼水從鋼包長水口3進入注流區1，溫度控制在1823K，短暫停留後進入弧形通道6，由於大部分的焦耳熱都分布在弧形通道6內，鋼水流過通道3時會被迅速的加熱，溫度從1823K上升到1855K，所以流出弧形通道6的鋼水的溫度要遠高於澆鑄區2內的原有鋼水的溫度。高速流出通道的鋼水首先交匯在一起，會起到一個緩衝的作用，同時也有利於夾雜物的碰撞長大形成更大的夾雜物，進而促進夾雜物的上浮去除，然後由於高溫鋼水和低溫鋼水密度差的原因高溫鋼水會向上流動，所以澆鑄區2上部的溫度首先上升，由於密度差的存在會使澆鑄區2產生一個對流的現象，所以高溫區會逐漸擴散直到幾乎佔據整個澆鑄區2，僅下部溫度偏低，隨著溫度差的逐漸接近，鋼水流動趨於平緩。在感應加熱的作用下，鋼水的出口溫度可以被精確地控制在一個合適的值，進而使澆鑄溫度保持穩定，從而改善鑄坯的質量，夾雜物的去除率達到67.51％。

如圖5所示，為以容量為40t的多流弧形通道感應加熱中間包為例，當鋼包長水口3的質量流量為3.3t/min，加熱功率為1000kW時，精煉後的鋼水從鋼包長水口3進入注流區1，溫度控制在1823K，和加熱功率為800kW時一樣從弧形通道6流出的鋼水同樣會產生一個上升流，但是從弧形通道6流出鋼水的溫度要比加熱功率為800kW時高，溫度上升到1860K，這樣浮力就起到了更大的作用。隨著澆鑄區2上部和下部的鋼水的密度差的加大，會在澆鑄區2產生一個更強的對流，從而使鋼水的溫度分布更均勻，夾雜物的去除率更高，達到81.36％。

如圖6所示，為以容量為40t的多流弧形通道感應加熱中間包為例，當鋼包長水口3的質量流量為3.3t/min，加熱功率為1200kW時，鋼水的溫度升高到1865K，因此對流變得更強，更有利於夾雜物的碰撞和去除，上部高溫區向下蔓延的更快，鋼水溫度的均勻化更快，夾雜物的去除率達到93.12％。

在本發明中，通過在多流弧形通道感應加熱中間包的注流區1和澆鑄區2之間設置兩條弧形通道6，注流區1的鋼水流入兩條弧形通道6內，在兩條弧形通道6內被電磁感應加熱裝置進行充分加熱，同時去除鋼水中的大部分夾雜物，加熱後的鋼水首先在澆鑄區2交匯，交匯的過程中剩餘的體積較小的夾雜物產生聚合長大，並通過頂渣去除。本發明的多流弧形通道感應加熱中間包無需改變現有T型中間包的體積，無需增加注流區1的鋼包長水口3與澆鑄區2的澆鑄水口4之間的距離，便可以增加通道的長度，增加了加熱效率，同時，在相同的加熱功率下，由於通道的長度加長，使得澆鑄區2的鋼水的溫度更高，加熱效果更好，同時，由於弧形通道6較長，可以去除更多的夾雜物，又由於兩條弧形通道6中的每條弧形通道6的圓心在該弧形通道6朝向另一弧形通道6的一側，使得經過兩條弧形通道6後的鋼水首先在澆鑄區2進行交匯，使體積較小的夾雜物發生聚合長大後通過頂渣去除，去除夾雜物的效果更好，減少了鑄坯的夾雜物缺陷。