CN105081246A - 一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置及方法，连续供给装置包括，固态渣容器，其下设固态渣下渣管道；化渣坩埚，上部设进渣口，下部设出渣通道，内部中央设化渣电极，底部设底电极，化渣坩埚外设坩埚保温层；熔融渣安装闸板、熔融渣流量控制闸板，垂直插设于所述熔融渣安装闸板外侧的出渣通道，熔融渣流量控制闸板为上下移动设置，形成双闸板孔型流量控制形式；熔融渣注入通道，一端连接化渣坩埚下部出渣通道出口端，另一端连接至连铸结晶器。本发明将保护渣熔化、控流、注入到结晶器合为一体，在连铸工艺全过程中，将熔融保护渣注入到结晶器中的钢水表面，能够在各种连铸机上使用。

Description

一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置及方法

技术领域

本发明涉及连铸技术，特别涉及一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置及方法。

背景技术

钢水连铸过程中，通常在连铸机结晶器中钢水上部加入固态保护渣，利用钢水的热量将固态保护渣熔化。保护渣起到两个关键作用：一是熔融后的保护渣将钢水与气体隔开，防止钢水被氧化；二是控制结晶器与钢水间传热，在凝固后的铸坯与结晶器间起到润滑作用，使得连铸过程得以顺利进行。还有一个是对钢水上部起到保温作用，防止钢水表面温度快速下降。

目前连铸使用的保护渣是粉状或粒状，在结晶器中钢水表面形成3层：与钢水接触的是熔融渣层，熔融渣层上是过渡层，最上边是固态渣。固态渣经钢水热量熔化在结晶器和钢水凝固形成的坯壳之间流动形成一层渣膜，起到润滑作用。在该区域内，固态渣经受钢水热量熔化，又经受结晶器面的低温而冷却。另外固态渣的比热比钢水大1.5～2倍，又有较大的熔化潜热，因此固态渣熔化过程需要吸收较多的热量。连铸过程中，钢水温度波动，保护渣成分的波动，都将影响到固态渣熔化过程。

将固体保护渣(粉状、粒状)加入到结晶器时遇到两大难题：一是要有快的熔化速度，防止卷渣和夹渣；二是要有好的熔化特性，避免固态渣熔化时产生“架桥”故障。这两个难题均是导致连铸坯夹渣缺陷的关键原因。为了提高保护渣熔化性能，通常做法是将保护渣制作成预熔渣，即将配置好成分的粉状渣熔化后再粉粹，制成空心球状渣粒，保护渣的价格会升高。

连铸坯出现的各种缺陷(表面夹渣，内部夹渣，角裂，横裂及纵裂，内部偏析，振痕等)中夹渣缺陷占总缺陷的46％左右。

为了解决以上难题，日本川崎公司专利05-023802(1993)、05-146855(1993)提出在结晶器上部加盖保温方法。对固态渣顺利熔化有帮助。日本川崎公司专利05-007907(1994)，06-007908(1994)和06-079419(1994)给出了粉状预熔渣供给的方法。韩国POSCO公司专利101479061(2007)提出了将熔融渣供给结晶器的方法，并已在中试连铸机上进行了试验。

该专利保护的重点是熔融渣流量控制采用塞棒升降方式实现，在结晶器上沿设置有镀层的反射屏盖，防止钢水辐射热散失而温度下降。该专利用塞棒控制熔渣流量在现场很难精确控制。一是塞棒本身在使用中熔损，形状难以保证。二是液态渣出口温度难以保证，当渣流反复开、关时，易于结渣。为此该专利提出使用铂或铂铑贵金属制作塞棒头部和液态渣出口，制造成本是一个大问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置及方法，将保护渣熔化、控流、注入到结晶器合为一体的保护渣连续熔化、连续供给的装置。在连铸工艺全过程中，将熔融保护渣注入到结晶器中的钢水表面。能够在各种连铸机上使用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其包括，固态渣容器，其下部设一固态渣下渣管道；化渣坩埚，其上部设供所述固态渣容器下部的固态渣下渣管道插置的进渣口，化渣坩埚下部设出渣通道；化渣坩埚内中央设化渣电极，底部设底电极，化渣坩埚外设坩埚保温层；化渣电极、底电极分别电连接一变压器及电源；熔融渣安装闸板，垂直插设于所述化渣坩埚出渣通道，熔融渣安装闸板上开设与出渣通道内径相同的通孔；熔融渣流量控制闸板，垂直插设于所述熔融渣安装闸板外侧的出渣通道，与熔融渣安装闸板平行，熔融渣流量控制闸板上开设与出渣通道内径相同的通孔，且，熔融渣流量控制闸板为上下移动设置，形成双闸板孔型流量控制形式；熔融渣注入通道，其一端连接所述化渣坩埚下部出渣通道出口端，另一端连接至连铸结晶器；熔融渣注入通道外设加热装置。

进一步，所述熔融渣注入通道的两端分别套设一耐热钢导电环，两耐热钢导电环之间的熔融渣注入通道外壁由内向外依次环设绝缘隔热陶瓷管及内侧壁包含耐火纤维布的真空金属管。

更进一步，所述熔融渣注入通道外套设一绝缘隔热陶瓷管，绝缘隔热陶瓷管外绕设感应加热线圈，感应加热线圈外包覆保温隔热层。

再有，所述熔融渣注入通道外套设一绝缘隔热陶瓷管，绝缘隔热陶瓷管外环形布置若干电加热棒，电加热棒外包覆保温隔热层。

优选的，所述电加热棒采用硅碳棒或硅钼棒。

又，所述固态渣容器内底部对应固态渣下渣管道设固态渣流量控制输送装置，该输送装置为螺杆输送形式。

优选的，所述化渣坩埚下部出渣通道出口端的外壁设连接法兰，所述熔融渣注入通道一端与之法兰连接。

另外，所述化渣坩埚还设一端连接于集尘盖上的排烟气管道及相应的烟气冷却器、烟气除尘器和排烟风机。

优选的，所述加热装置采用中频感应加热或石墨管通电加热。

再有，所述化渣坩埚内埋设有压缩气体喷管，其喷管出口设置于所述出渣通道出口端内。

优选的，所述压缩气体喷管缠绕在化渣坩埚外侧，由化渣坩埚外侧热量预热压缩气体。

进一步，所述化渣坩埚上方设置有可移动式集尘隔热罩。

本发明的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置的供给方法，连铸过程中，将固态保护渣加入固态渣罐内，固态保护渣熔化过程在化渣坩埚内进行；当熔融保护渣量达到设定值后，通过电极上下移动，控制熔融保护渣的温度保持在一个恒定的设定值；按照连铸工艺要求将熔渣注入到连铸结晶器内；熔融保护渣加入量按照连铸速度确定，铸造每吨钢水时，熔融保护渣加入量为0.4～1.7kg/t钢水，熔融保护渣温度保持在1200～1300℃之间。

使用导电化渣坩埚和化渣电极通电后将固态保护渣熔化为熔融态保护渣。化渣开始时，在化渣坩埚底部放置小块引弧剂，使得化渣电极与化渣坩埚底部产生电弧，熔化起弧剂周围的固态保护渣，形成小的熔融渣池后，化渣电极、熔融渣和化渣坩埚底部电极形成电流回路，电流经熔融渣时，通过熔融渣本身电阻发热熔化其它固态渣，直到所有固态渣全部熔化。

熔化固态保护渣过程是经过已熔化的液态保护渣自身电阻发热而进行的。固态保护渣熔化速度通过化渣电极上下移动控制电流大小来实现。同样熔化后的熔融保护渣温度也是通过化渣电极上下移动控制回路电流来控制，用该方式能够精确控制熔融渣的温度，以满足连铸工艺对熔融渣温度的需要。

化渣过程中，采用边熔化边加入固态保护渣方法。固态保护渣由本装置设置的固态保护渣连续供给***提供，其供给固态保护渣的量根据固态渣熔化程度供给。

化渣坩埚内设定的固态保护渣量熔化完成后，通过化渣电极控制***电流大小控制化渣坩埚内熔融渣的温度，以满足连铸工艺的需求。

熔融保护渣注入通道与化渣坩埚通过法兰连接，熔融保护渣经注入通道连续(或间断)注入到连铸结晶器内钢水上部，将钢水与气体隔绝，在结晶器与凝固坯壳间形成液膜起润滑作用。注入通道采用电加热棒(硅碳棒、硅钼棒等)加热，外部用耐热纤维保温隔热。也可用中频感应加热，或石墨管通电加热。

为了保证每次熔融保护渣注入过程顺利进行，在注入通道和坩埚连接法兰与流量控制闸板之间设置压缩气体吹扫装置，每次熔融保护渣注入结束，即刻用压缩气体吹扫注入通道，防止残留熔渣凝固影响下一次熔融保护渣的注入。压缩气体管缠绕在化渣坩埚外侧，由化渣坩埚外侧热量预热压缩气体。

采用本发明，连铸工艺全过程中，操作人员不用直接向结晶器加入固态保护渣，将固态保护渣加入到本发明配置的固态渣罐内。固态保护渣熔化过程在化渣坩埚内进行。当熔融保护渣量达到设定值后，通过电极上下移动，控制熔融保护渣的温度保持在一个恒定的设定值。按照连铸工艺要求将熔渣注入到结晶器内。熔融保护渣加入量按照连铸速度确定，铸造每吨钢水时，熔融保护渣加入量为0.4～1.7kg/t钢水。熔融保护渣温度保持在1200～1300℃之间。

本发明采用化渣电极、熔渣和导电坩埚组成电回流，利用熔渣自身电阻发热将固态保护渣熔化为熔融态保护渣，用电极上下移动控制经过熔渣的电流来控制熔融保护渣的温度，熔融渣量达到设定值且熔融渣温度满足连铸要求后，根据连铸工艺向结晶器内连续(或间歇)注入熔融保护渣。连铸工艺进入正常状态时，装置一边向结晶器内注入熔融保护渣，一边向坩埚内输送固态保护渣，在坩埚内通过熔渣自身电阻发热熔化加入的固态保护渣。***到达熔化固态保护渣速度与注入熔融保护渣速度相同的稳定状态，实现向结晶器内持续提供熔融保护渣。确保连铸全过程在熔融保护渣覆盖下进行。

本发明的有益效果：

本发明可以实现连铸工艺全流程直接供给熔融保护渣作业，无需向结晶器内加固态保护渣。因不需要钢水热量熔化保护渣，则进入结晶器的钢水过热度可减少10～20℃，有大的节能效果。连铸工艺全过程不再在结晶器内加固态保护渣，减少连铸坯表面和内部缺陷，大幅度降低铸坯表面振痕和抓痕，提高了铸坯表面质量。连铸全流程直供熔融保护渣，提高连铸机拉速，即使得高速连铸成为可能。

附图说明

图1为本发明熔融渣连续供给装置实施例的结构示意图。

图2为本发明熔融保护渣流量控制的结构示意图。

图3、图4为本发明熔融渣连续供给装置中熔融渣安装闸板与熔融渣流量控制闸板配合的示意图(图2的A-A剖视图)。

图5为本发明连续供给装置中熔融渣注入通道实施例一的结构示意图。

图6为本发明连续供给装置中熔融渣注入通道实施例二的结构示意图。

图7为本发明连续供给装置中熔融渣注入通道实施例三的结构示意图。

具体实施方式

参见图1～图7，本发明的一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其包括，固态渣容器1，其下部设一固态渣下渣管道2；化渣坩埚3，其上部设供所述固态渣容器1下部的固态渣下渣管道2插置的进渣口，化渣坩埚3下部设出渣通道31；化渣坩埚3内中央设化渣电极4，底部设底电极5，化渣坩埚3外设坩埚保温层6；化渣电极4、底电极5分别电连接一变压器及电源；熔融渣安装闸板7，垂直插设于所述化渣坩埚出渣通道31，熔融渣安装闸板7上开设与出渣通道31内径相同的通孔71；熔融渣流量控制闸板8，垂直插设于所述熔融渣安装闸板7外侧的出渣通道31，与熔融渣安装闸板7平行，熔融渣流量控制闸板8上开设与出渣通道内径相同的通孔81，且，熔融渣流量控制闸板8为上下移动设置，形成双闸板孔型流量控制形式；熔融渣注入通道9，其一端连接所述化渣坩埚3下部出渣通道31出口端，另一端连接至连铸结晶器100；熔融渣注入通道外设加热装置。

参见图5，本发明所述熔融渣注入通道9的两端分别套设一耐热钢导电环10、10’，两耐热钢导电环之间的熔融渣注入通道外壁由内向外依次环设绝缘隔热陶瓷管11及内侧壁包含耐火纤维布12的真空金属管13。

参见图6，本发明所述熔融渣注入通道9外套设一绝缘隔热陶瓷管11，绝缘隔热陶瓷管11外绕设感应加热线圈14，感应加热线圈14外包覆保温隔热层15。

参见图7，所述熔融渣注入通道9外套设一绝缘隔热陶瓷管11，绝缘隔热陶瓷管11外环形布置若干电加热棒16，电加热棒外16包覆保温隔热层15。

优选的，所述电加热棒16采用硅碳棒或硅钼棒。

又，所述固态渣容器1内底部对应固态渣下渣管道2设固态渣流量控制输送装置17，该输送装置17为螺杆输送形式。

优选的，所述化渣坩埚3下部出渣通道31出口端的外壁设连接法兰32，所述熔融渣注入通道9一端与之法兰连接。

另外，所述化渣坩埚3还设一端连接于集尘盖上的排烟气管道18及相应的烟气冷却器19、烟气除尘器20和排烟风机21。

优选的，所述加热装置采用中频感应加热或石墨管通电加热。

再有，所述化渣坩埚3内埋设有压缩气体喷管33，其喷管出口设置于所述出渣通道31出口端内。

优选的，所述压缩气体喷管33缠绕在化渣坩埚3外侧，由化渣坩埚3外侧热量预热压缩气体。

进一步，所述化渣坩埚3上方设置有可移动式集尘隔热罩34。

本发明的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置的供给方法，连铸过程中，将固态保护渣加入固态渣罐内，固态保护渣熔化过程在化渣坩埚内进行；当熔融保护渣量达到设定值后，通过电极上下移动，控制熔融保护渣的温度保持在一个恒定的设定值；按照连铸工艺要求将熔渣注入到连铸结晶器内；熔融保护渣加入量按照连铸速度确定，铸造每吨钢水时，熔融保护渣加入量为0.4～1.7kg/t钢水，熔融保护渣温度保持在1200～1300℃之间。

化渣开始时，在化渣坩埚底部放置一小块引弧剂(引弧剂直径20～30mm)，在引弧剂周围放置少量固态保护渣，变压器接通电，电压控制在30～50V，下降化渣电极到引弧剂附近，起弧化渣，形成一个小的液态渣渣池后，电极与熔融渣和化渣坩埚导通，熔融渣自身电阻发热熔化其它固态渣，边熔化边将固态渣容器中的固态渣通过固态渣流量控制输送装置和固态渣下渣通道输送到化渣坩埚内。熔化的熔融渣量达到设定值后，化渣电极上下移动调整电流使得熔融保护渣温度满足连铸工艺需要。化渣开始时排烟风机启动，将化渣产生的烟气经化渣坩埚集尘盖、烟气冷却器、烟气除尘器排放。

熔融渣注入通道通过连接法兰与熔融渣流量控制闸板前的法兰连接，注入通道另一头放置在结晶器上部。启动电源变压器，经耐热钢导电环给石墨发热管(或感应加热线圈或硅碳棒)通电，加热熔融渣注入通道。直到熔融渣注入通道温度≥800℃，并保温。石墨发热管(或感应加热线圈或硅碳棒)外部设置有绝缘隔热陶瓷管、真空金属管(管内有耐火纤维布)，或注入通道保温隔热层，保证熔融渣注入通道外部的温度≤60℃。

按照连铸工艺需求，启动熔融渣流量控制闸板(熔融渣安装闸板为常开状态)，使得熔融渣经熔融渣注入通道注入到结晶器内钢水上面。连铸机启动时，一次进入结晶器上部熔融渣层厚度为20～30mm。渣层厚度达到设定值后，关闭熔融渣流量控制闸板，启动压缩气体吹扫：压缩气体经压缩气体入口进入到压缩气体喷管，对熔融渣注入通道和熔融渣流量控制闸板处进行吹扫(吹扫时间2～10s)。

盖上结晶器保温盖。钢水经中间包浸入式水口注入到连铸结晶器。通过结晶器保温盖观察孔观察结晶器内钢水上面的结晶器上部熔融渣层。

连铸机进入正常操作后，按照连铸工艺要求，开启或关闭熔融渣流量控制闸板，控制进入连铸结晶器内的熔融渣流量和总量。固态渣容器中的固态渣流量控制输送装置不断经固态渣下渣通道向化渣坩埚内补充固态连铸保护渣，建立起一个稳定持续供给熔融渣保护渣工艺制度。

本发明所涉及的连铸机包括板坯连铸机，方坯连铸机，管坯连铸机及棒材连铸机。钢种涉及到各种碳钢、不锈钢、特钢的连铸过程。本发明也适合于有色金属的连铸过程。

Claims (12)

1.一种连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于：包括，

固态渣容器，其下部设一固态渣下渣管道；

化渣坩埚，其上部设供所述固态渣容器下部的固态渣下渣管道插置的进渣口，化渣坩埚下部设出渣通道；化渣坩埚内中央设化渣电极，底部设底电极，化渣坩埚外设坩埚保温层；化渣电极、底电极分别电连接一变压器及电源；

熔融渣安装闸板，垂直插设于所述化渣坩埚出渣通道，熔融渣安装闸板上开设与出渣通道内径相同的通孔；

熔融渣流量控制闸板，垂直插设于所述熔融渣安装闸板外侧的出渣通道，与熔融渣安装闸板平行，熔融渣流量控制闸板上开设与出渣通道内径相同的通孔，且，熔融渣流量控制闸板为上下移动设置，形成双闸板孔型流量控制形式；

熔融渣注入通道，其一端连接所述化渣坩埚下部出渣通道出口端，另一端连接至连铸结晶器；熔融渣注入通道外设加热装置。

2.如权利要求1所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述熔融渣注入通道的两端分别套设一耐热钢导电环，两耐热钢导电环之间的熔融渣注入通道外壁由内向外依次环设绝缘隔热陶瓷管及内侧壁包含耐火纤维布的真空金属管。

3.如权利要求1所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述熔融渣注入通道外套设一绝缘隔热陶瓷管，绝缘隔热陶瓷管外绕设感应加热线圈，感应加热线圈外包覆保温隔热层。

4.如权利要求1所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述熔融渣注入通道外套设一绝缘隔热陶瓷管，绝缘隔热陶瓷管外环形布置若干电加热棒，电加热棒外包覆保温隔热层。

5.如权利要求4所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述电加热棒采用硅碳棒或硅钼棒。

6.如权利要求1所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述固态渣容器内底部对应固态渣下渣管道设固态渣流量控制输送装置，该输送装置为螺杆输送形式。

7.如权利要求1所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述化渣坩埚内埋设有压缩气体喷管，其喷管出口设置于所述出渣通道出口端内。

8.如权利要求7所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述压缩气体喷管缠绕在化渣坩埚外侧，由化渣坩埚外侧热量预热压缩气体。

9.如权利要求1或7所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述化渣坩埚下部出渣通道出口端的外壁设连接法兰，所述熔融渣注入通道一端与之法兰连接。

10.如权利要求1所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述化渣坩埚上方设置有可移动式集尘隔热罩。

11.如权利要求10所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置，其特征在于，所述化渣坩埚上还设一端连接于集尘隔热罩上的排烟气管道及相应的烟气冷却器、烟气除尘器和排烟风机。

12.一种如权利要求1所述的连铸结晶器用熔融保护渣的连续供给装置的供给方法，其特征是，连铸过程中，将固态保护渣加入固态渣罐内，固态保护渣熔化过程在化渣坩埚内进行；当熔融保护渣量达到设定值后，通过化渣电极上下移动，控制熔融保护渣的温度保持在一个恒定的设定值；按照连铸工艺要求将熔渣注入到连铸结晶器内；熔融保护渣加入量按照连铸速度确定，铸造每吨钢水时，熔融保护渣加入量为0.4～1.7kg/t钢水，熔融保护渣温度保持在1200～1300℃之间。