用於改善中間包等離子體加熱的熱傳遞的方法和裝置與流程
2024-04-02 04:52:05
本發明涉及一種用於改善中間包等離子體加熱傳遞的方法和布置設備，其中中間包包括出口和具有入口的鋼水包，該布置包括加熱室，該加熱室包括安裝在加熱室上部的一對堰和安裝在加熱室下部的一對壩，和安裝在加熱室上與熔體具有一定距離的等離子體加熱裝置。
背景技術：
：中間包等離子體加熱被用於金屬的連續澆鑄，用於精確地控制中間包中的熔融金屬的鑄造溫度變化。中間包等離子體加熱應用等離子體焰炬，以直接傳遞熱量到中間包的熔體表面，而該熱量繼而被設計的流體流動傳遞到熔體中。等離子焰炬被容納在中間包內，用於產生等離子體弧，並在鑄造期間以具有約5000安培最大電流的受控電流進行操作，並且還需要一定的氬氣流量以形成等離子體弧。中間包上覆蓋有高級耐火蓋子，從而形成一個加熱室，其在熔融金屬上方建立惰性氣氛，以保護它不被再氧化和氮提取。在加熱室內的表面積應該是無渣的，以確保等離子體的電流電路。等離子體弧的正常溫度大約為10000℃。此熱量從等離子體弧被傳遞並在加熱室內輻射，以使熔體表面的溫度被升高到更高的水平。熔體表面的高溫導致在加熱室上部的高溫度梯度，這繼而導致大的浮力。浮力抵消來自於入口流的對流，從而在加熱室的上部形成停滯區。停滯區從而導致從加熱室頂部到底部的低傳熱速率。這意味著，等離子體加熱的主要缺點是它的低加熱效率，通常只有60％左右的加熱可以被利用。JP04089160公開了一種系統，其中鋼水從鋼水包通過噴嘴被倒入 中間包，並進一步從中間包噴嘴到模具。該系統還包括被放置在鋼水包噴嘴和中間包噴嘴之間的等離子體加熱裝置，用於加熱鋼水和鋼水攪拌裝置，該鋼水攪拌裝置被放置在等離子體加熱裝置附近，用於使用電磁力攪拌鋼水。交流線性電動機電磁線圈或電磁鐵被用於鋼水攪拌裝置。技術實現要素：本發明的目的是提供一種用於改善在連續澆鑄過程中中間包內的熔體的傳熱效率的方法。在本發明的第一方面中，提供了一種用於改善連續澆鑄過程中中間包內的熔體的熱傳遞的方法。該方法包括將具有等離子體焰炬的等離子體加熱裝置安裝在加熱室內，其中，加熱室被定位在中間包上方距熔體一定距離處，在加熱室的上部處安裝一對堰，在加熱室的下部處安裝一對壩，在中間包的外表面上安裝電磁攪拌器，用於電磁攪拌熔體，通過加熱室應用等離子體加熱至中間包內部的熔體，和電磁攪拌加熱室的區域內的熔體，其中所述區域由堰和壩包圍。電磁攪拌沿中間包壁建立攪拌力，攪拌力攪動加熱室內的旋流，其繼而均勻化溫度並改善從等離子體焰炬到熔體的熱傳遞。熔體可以在相對於軸線向上或向下的方向上被電磁攪拌。因為僅由壩和堰包圍的區域被電磁攪拌，從加熱室到中間包的出口的捷徑流動因此被防止。應用電磁攪拌是有利的，因為攪拌器與中間包熔體無接觸，並可以獨立地操作，從而實現更好的可靠性。此外，由於在中間包內的熔體流動可以恆定流動模式被控制，而不管熔體溫度或耐火材料條件，實現了優良的可重複性。其他優點包括：-維持熔體的穩定自由表面，從而等離子體弧的穩定性不受影響。-移動熔體表面的可能的熔渣遠離等離子體加熱區域。-以所需的特性控制熔體流動；最小化死區；實現強勁和更大的 混合容積。根據本發明的一個實施例，該方法還包括控制電磁攪拌的攪拌速度在0.2-0.5米/秒的範圍內，以建立類似的熔體旋流動速度。在第二個方面，提供了一種用於在連續澆鑄過程中的中間包內熔體的熱傳遞的裝置，其中中間包包括出口和入口。該裝置包括加熱室；等離子體加熱裝置(30)，其包括定位在加熱室內部的等離子體焰炬(32)，其中等離子體加熱裝置(30)被安裝在臂上並被設置成通過在加熱室(20)內與熔體(60)具有一定距離的孔被操作，以及被設置在加熱室之外的電磁攪拌器。加熱室還包括安裝在加熱室上部的一對堰和安裝在加熱室下部的壩，並且電磁攪拌器被設置成在加熱室的區域內電磁攪拌熔體，其中該區域被堰和壩包圍。在本發明的第一實施例中，壩和堰被放置在中間包的入口與出口之間。在第三方面，提供了一種用於連續澆鑄熔體的中間包，其包括本發明的裝置。中間包可以是包括第二出口的多流中間包。附圖說明本發明現在將更加緊密地由本發明的不同實施例的描述並參照所附的附圖進行說明。圖1a示出了根據本發明的一個實施例，在連續澆鑄過程中改善中間包內的熔體的熱傳遞的流程圖。圖1b示出了根據本發明的另一個實施例，在連續澆鑄過程中改善中間包內的熔體的熱傳遞的流程圖。圖2a-c示出了根據本發明的第三實施例，用於在連續澆鑄過程中中間包內的熔體的熱傳遞的裝置的系統示意性頂視圖、側視圖和前視圖。圖3示出了在不同配置中的中間包的速度場，特別是沒有電磁攪拌和圖2a-c的實施例的裝置的布置。具體實施方式本發明的概念現在將下文中參照附圖更充分地被描述，其中示出了示例性實施例。但是，本發明的概念可以體現為許多不同形式，而不應被解釋為限於這裡所闡述的實施例；更確切地說，這些實施例以示例的方式被提供，使得本公開將是徹底的和完整的，並且將充分地向本領域技術人員傳達本發明的概念的範圍。參照圖2a-c和圖1a-b，用於中間包內熔體60的熱傳遞的本發明的裝置1包括在連續澆鑄過程中的模具10。中間包10還包括出口，其也被表示為中間包噴嘴12。在本示例中，表示中間包噴嘴的兩個出口12，12'，被設置在中間包的每一側。包括入口42的鋼水包40被設置用於將熔體供應到中間包中。中間包10被設置用於連接鋼水包40和連鑄機，並且作為儲存器，它連續地分配和供應熔體到連鑄機中。為了能夠提供高品質的金屬，中間包10以期望的溫度並且以均勻的流速提供熔體60至連鑄機。熔體60，即熔融金屬可以是鐵、鋼、鋁、銅和合金中的任一者或上述的混合物。在本示例性實施例中，中間包10是T形中間包，其被劃分成兩部分，入口室12和出口室14並具有30噸的重量。出口室基本上是T形的臂部，並具有矩形形狀。入口室12基本上是T形的中央腿部，所以它被直接定位在出口室14的較長邊的一側，而鋼水包40被定位在入口室12的上方，所述入口室接收從鋼水包40通過其入口42輸送的熔體。該裝置1包括加熱室20，該加熱室部分地由高級耐火蓋子製成；安裝在加熱室上與熔體具有一定距離的等離子體加熱裝置30；和電磁攪拌器50。加熱室20在熔融金屬上方建立惰性氣氛，從而保護它不被再氧化和氮提取。在本示例性實施例中，加熱室被定位於出口室14上方。等離子體加熱裝置30被安裝在加熱室20上、與熔體表面具有一定距離，並且在鋼水包入口42和中間包的出口12，12'之間，步驟S10。等離子體加熱裝置30被設置用於加熱熔體60，其包括產生等離子焰 炬(32)的等離子燃燒器。加熱室20還包括安裝在加熱室的上部的一對堰22，22'和安裝在加熱室下部的一對壩24，24'，步驟S20和S30。堰22，22'的布置還包圍用於等離子體加熱的加熱室，以確保有效等離子體加熱，從而防止來自加熱室的熔渣並用氬氣密封加熱室，以避免熔體的再氧化並維持等離子體弧。壩24，24'增加了熔體的混合，並在加熱室內形成一個旋流。此外，壩24，24'的布置防止從加熱室至出口12，12'的捷徑流。在本示例性實施例中，另外的第三堰23被設置在入口室12和出口室14之間。電磁攪拌器50被置於中間包之外，在本示例中，在出口室14的較長邊的另一側的外表面上，步驟40。它被設置為當等離子體加熱被施加到中間包內的熔體時，步驟40，使用電磁力電磁攪拌由堰22，22'，23和壩24，24'包圍的區域內的熔體，步驟S50。這是因為等離子體焰炬和熔體之間的熱傳遞主要發生在加熱室內，在加熱室外部攪拌不會有效促進熱傳遞。優選地，電磁攪拌的攪拌速度被控制在0.2-0.5米/秒範圍內，步驟S70，以使加熱室中的溫度均勻，並同時避免在加熱室內的強湍流。攪拌速度基於數值模擬，並應基於連續澆鑄過程的質量反饋進行微調。最小攪拌速度限制確保在加熱室中的混合效果，而最大攪拌速度限制防止在加熱室內的強湍流和熔渣陷入熔體。對於沒有頂渣的中間包，可以具有大於0.5米/秒的攪拌速度。此外，電磁攪拌器50被設置成在向上或向下的方向上電磁攪拌熔體，步驟S80或S80'，使得向上或向下的攪拌力被沿著中間包的內壁建立，在本示例中，熔體在向上的方向上被攪拌，如圖2c所示，這會導致中間包內的熔體向上流動，使得低溫熔體被向上轉動到熔體的表面，等離子體焰炬被定位在該熔體的表面的上方以均勻地被加熱。這繼而使熔體的溫度均勻後，並提高從等離子體弧到熔體的熱量傳遞。應該理解的是，雖然圖2a-c的示例性實施例示出了T形多流中間包，本發明也適用於單流中間包，或另一形狀的單流或多流中間包， 例如，L或C或H形。結合電磁攪拌和等離子體加熱，旋流、即傳熱效率被大幅度提高，通過如圖3所示的模擬，這是明顯的，其中對不同配置進行比較。圖3示出了不同配置的中間包的模擬速度場，特別是沒有電磁攪拌和圖2a-c的實施例的裝置的布置。下表列出了等離子體加熱和電磁攪拌的不同模擬配置。等離子體加熱電磁攪拌情況1否否情況2是否情況3是是在第一種情況下，沒有等離子體加熱和電磁攪拌的配置被模擬，其中在加熱室內呈現弱旋流。在第二種情況下，具有等離子體加熱，但沒有電磁攪拌的配置被模擬，在加熱室中呈現中等的旋流。在第三種情況下，既具有等離子體加熱又具有電磁攪拌的配置被模擬，在加熱室內呈現強旋流。當前第1頁1 2 3