CN112893792B - 提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置及方法，装置包括注入室、分配室和感应加热装置，注入室和分配室通过倾斜双通道连通，倾斜双通道为由注入室向分配室斜向上倾斜，感应加热装置包括导磁体和通电线圈，导磁体套设于倾斜双通道中的任意通道外周，通电线圈缠绕于导磁体外周内侧，内侧为靠近倾斜双通道中心一侧，注入室包括壳体，壳体由内向外依次包括工作层、永久层和钢板层，注入室底部工作层内埋设透气砖。进行金属液夹杂物去除时，采用该装置，并控制过程中的气体吹入，实现快速升温，并在金属液流动过程中，通过引入外来气泡，增大导电流体电阻，实现气泡和夹杂物以不同的速度向通道壁面运动完成夹杂物高效去除。
Description
技术领域：
本发明属于通道式感应加热技术领域，具体涉及一种提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置及方法。
背景技术：
随着社会对钢产品质量要求的日益提高，炼钢厂对铸坯的洁净度和成分偏析提出了更高的要求。这样，利用中间包提高钢液的纯净度并减小连铸过程中钢包温降带来的结晶器钢液温度波动成为了现实需求。
通道式感应加热中间包已经应用于钢的连铸。此技术通常应用于钢包浇注钢液后期，具有加热响应迅速、可以去除钢液中夹杂物的特点，但是通道式感应加热无法满足钢液升温迅速、设备体积小这两个矛盾的要求，且单纯依靠电磁力在通道中去除夹杂物的效率不能满足钢厂的实际需要。
气幕挡墙是20世纪末发展的一项在中间包去除钢液中夹杂物的技术。其机理是利用弥散分布的小气泡粘附夹杂物上浮。此工艺采用与钢液主要流动方向垂直的条型透气砖向钢液中吹入氩气，形成一道微气泡气幕屏障。此气幕挡墙可以改变中间包钢液流场，延长中间包内钢液停留时间，均匀中间包内钢液温度，促进夹杂物上浮，从而实现净化钢液的目的。但是此技术会造成钢液明显的温降。
在目前的连铸中间包内，通道式感应加热技术和气幕挡墙技术均为单独使用。但是，这两个技术联合使用后，加热机理和夹杂物去除机理会发生改变，不但可以弥补各自的缺点，而且会提高钢液的加热速度、电热转换效率和夹杂物去除率。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置，包括注入室、分配室和感应加热装置，所述的注入室和分配室通过倾斜双通道连通，所述的倾斜双通道为由注入室向分配室斜向上倾斜，所述的感应加热装置包括导磁体和通电线圈，所述的导磁体套设于倾斜双通道中的任意通道外周，所述的通电线圈缠绕于导磁体外周内侧，所述的内侧为靠近倾斜双通道中心一侧，所述的注入室底部工作层内埋设透气砖，所述的透气砖通入气体后，形成气幕挡墙。
所述的注入室包括壳体，所述的壳体由内向外依次包括工作层、永久层和钢板层。
所述的注入室设有钢包长水口和气泡吹入口。
所述的注入室底部工作层内的透气砖具体设置于钢包长水口与靠近倾斜双通道一侧的注入室侧壁之间，最大程度地发挥作用，所述的注入室底部工作层内埋设透气砖距离靠近倾斜双通道一侧注入室侧壁水平距离小于0.3m。所述的透气砖是“上部为透气带，下部为致密带”结构，所述的透气砖连接有供气***。
所述的注入室内注入金属液，所述的金属液中含有夹杂物。
所述的感应加热装置连接电源，用于向注入室、倾斜双通道和分配室的金属液提供焦耳热和电磁力。
所述的倾斜双通道为由注入室向分配室方向斜向上倾斜并排设置的双通道。
所述的倾斜双通道低点位于注入室侧，其高度≤注入室高度的1/3处。
所述的倾斜双通道由耐火材料制成。
所述的导磁体轴线与倾斜双通道轴线保持平行设置。
所述的导磁体为铁芯，所述的通电线圈为中空纯铜管件。
所述的分配室底部设有中间包出水口。
所述的装置连接有冷却***。
提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的方法，采用上述装置，包括以下步骤：
金属液流入注入室，并向金属液内持续通入中性/惰性气体，所述的金属液中原始夹杂物含量小于100mg/10kg，所述的中性/惰性气体通入量为10-1000NL/min，开启感应加热装置，使金属液的过热度达到5-20K，并通过中性/惰性气体吹入，使金属液通过倾斜双通道，流入分配室，获得处理后的金属液，排出。其中，所述的金属液升温速率为1-1.5K/min，在3-8min时间内完成加热，所述的感应加热装置中的导磁体电磁输入功率为1800-2000kW，所述的倾斜双通道倾斜角度为5-60°。
所述的方法中，所述的感应加热装置中的线圈匝数为40-50匝，比传统通道式感应加热对金属液的温度提升幅度增加2-5K。
所述的方法中，开浇前小流量吹氩，流量控制在10-100NL/min，1-3分钟后，大包开浇，增大吹氩量，并将流量控制在100-1000NL/min。
所述的方法中，获得处理后的金属液夹杂物去除率为40-70％。
本专利设备由通道式感应加热装置和气幕形成装置两个子***组成。在本设备中，吹入金属液的氩气会存在于中间包注入室、倾斜双通道和分配室的金属液中，气泡的存在会增大导电流体的电阻，从而提高加热效率，并粘附金属液中的夹杂物，通过气泡的上浮有效地去除金属液中的夹杂物。
当含气泡的金属液流过通道时，金属液中的气泡和夹杂物在指向通道壁面的Archimedes电磁力的作用下，以不同的速度向通道壁面运动，从而增强气泡粘附夹杂物的能力；气泡的存在也会增加导电流体的电阻，提高金属液的升温速度。由于通道内的金属液由注入室斜向上指向分配室，因此粘附着夹杂物的气泡会随金属液经由通道进入分配室，而后上浮至渣面逸出。在Archimedes电磁力作用下，夹杂物之间的颗粒碰撞更加激烈，促进夹杂物的长大，同时不断向通道壁面方向聚集。这样，部分夹杂物会被通道壁面吸附，部分夹杂物会随气泡上浮至渣面而被去除。
本发明的有益效果：
本发明的装置结构设计简单，操作方便易于控制，采用该装置进行金属液夹杂物去除时，通过吹入中性/惰性气体，在金属液中引入外来气泡，增大导电流体电阻，提高通道式感应加热技术对金属液的升温速度，并利用Archimedes电磁力实现对通道内气泡和夹杂物的不同作用，实现气泡和夹杂物以不同的速度向通道壁面运动，增强气泡粘附夹杂物的能力。外安装铁芯和感应线圈产生焦耳热和电磁力，可进一步提高通道式感应加热的效率和夹杂物的去除率。
附图说明：
图1为本发明实施例1的提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置结构示意图；
图2为本发明实施例1的提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置结构剖视图；其中：
1-注入室，2-感应加热装置，3-分配室，4-冷却装置；A-气泡，B-夹杂物，1-1钢包长水口，1-2工作层，1-3永久层，1-4透气砖，1-5气泡吹入口，2-1倾斜双通道，2-2线圈，2-3铁芯，3-3中间包出水口，4-1水套，4-2进水口，4-3出水口。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种提高通道式感应中间包金属液加热速率和提高夹杂物去除率的装置，其结构示意图如图1所示，结构剖视图2所示，包括注入室1、分配室3和感应加热装置2，所述的注入室1和分配室3通过倾斜双通道2-1连通，所述的倾斜双通道2-1为由注入室1向分配室3斜向上倾斜，所述的感应加热装置2设置于倾斜双通道2-1上，包括导磁体和通电线圈；具体的，所述的导磁体设置于倾斜双通道2-1中的任意通道外周，所述的通电线圈缠绕于导磁体外周内侧，所述的内侧为靠近倾斜双通道中心一侧，所述的注入室1底部工作层1-2内埋设透气砖1-4，通入气体后形成气幕挡墙。
所述的注入室1包括壳体，所述的壳体由内向外依次包括工作层1-2、永久层1-3和钢板层。
所述的注入室1设有钢包长水口1-1和气泡吹入口1-5。
所述的注入室1底部工作层1-2内的透气砖1-4具体设置于钢包长水口1-1与注入室1右侧壁之间，最大程度地发挥作用；所述的透气砖1-4是“上部为透气带，下部为致密带”结构，所述的透气砖1-4连接有供气***。
所述的注入室1内注入金属液，所述的金属液中含有夹杂物。
所述的感应加热装置2连接电源，用于向注入室1、倾斜双通道2-1和分配室3的金属液提供焦耳热和电磁力。
电源主要由多级三相变压器、三相变单相的转换器、功率因数补偿电容以及断路器等组成。主要作用是为加热装置提供稳定的单项工频交流电。
所述的倾斜双通道2-1是由注入室1向分配室3方向斜向上倾斜并排设置的双通道。
所述的倾斜双通道2-1低点位于注入室1右侧，具体在注入室侧壁高度的1/3处。
所述的倾斜双通道2-1由耐火材料制成，埋设在靠近中间包底部的隔墙内，作为金属液加热和流动的通道。
所述的导磁体轴线与倾斜双通道2-1轴线保持平行设置。
所述的导磁体为铁芯，所述的通电线圈为中空纯铜管件。铁芯设置在通道的***，应保证铁芯的轴线与通道的轴线保持平行，铁芯材质为硅钢片。感应线圈的加热功率为2000kW，应保证线圈的轴线与铁芯的轴线保持垂直，通电线圈的材质为纯铜或铜基合金。
所述的分配室3底部设有中间包出水口。
所述的装置连接有冷却***4。一般包括风冷式和水冷式，其主要作用是通过冷却介质将工作中的铁芯和线圈自身产生的热量带走以保护加热设备，本实施例中采用水冷式冷却***。
通道的设计要点如下：
(1)通道的长度应该由钢包长水口冲击点和中间包出水口连线之间距离而定，但是考虑到金属液经过通道被加热时间的长短，经过通道的金属液流动对中间包对面包壁的冲刷以及夹杂物沉积于通道内壁而堵塞通道程度和拉坯速度等因素，确定通道截面积。
(2)为防止金属液二次氧化，通道距中间包底部垂直距离约为液面高度的1/3处，主要考虑因素为：防止金属液氧化、防止底流、换包和浇铸末期液面下降。
(3)要求钢水通道耐火材料具有高电阻率、高抗钢水侵蚀能力、高强度和良好的抗热震稳定等性能。
(4)中间包通道式感应加热要求中间包永久层和工作层的耐火材料具有良好的绝缘性。
中间包气幕挡墙：透气砖吹入的气泡在钢液中形成气幕挡墙。气幕挡墙包括气幕挡墙本体和供气***两部分。气幕挡墙的吹氩***的氩气源采用中间包的密封氩，氩气从中间包密封氩总管接出，经过减压后吹入中间包金属液内部。吹氩流量通过流量计可调，要控制好吹氩量，以防止气量过大使中间包钢水裸露。
采用上述通道式感应加热装置加热金属液和去除夹杂物的方法，按照以下工艺步骤进行：
(1)打开中间包底部的透气砖的控制阀门，向中间包内吹入氩气气体，通入量为：开浇前小流量吹氩，流量控制在60-80NL/min，1-3分钟后，大包开浇，增大吹氩量，并将流量控制在100-180NL/min；气幕挡墙距离注入室右侧壁的水平距离为0.15m；
(2)原始夹杂物含量100mg/10kg的金属液从钢包长水口流入注入室，然后经由倾斜双通道进入分配室；
(3)打开风冷装置冷却线圈，在感应线圈中通入交流电，线圈匝数为45匝，在铁芯内产生交变磁通，此交变磁场在含气泡的金属液内部产生感应电流，感应电流产生焦耳热加热金属液，使金属液以1-1.5K/min升温速率升温至过热度10K；在气泡和电磁力的作用下，金属液中的夹杂物向通道管壁运动。部分夹杂物沉积在通道内表面；部分夹杂物在气泡的夹带下，沿通道进入分配室后上浮至渣层，被渣层吸附，获得处理后的金属液，夹杂物去除率为50％；
(4)当钢水温度上升至目标过热度10K后，先停止向线圈供电，然后停止风冷装置。
在使用本发明装置加热金属液和去除夹杂物的过程中，当气幕挡墙的气泡进入金属液后，随气体含量的增加，导电流体的电阻增大，感生电流产生的焦耳热也随之增大；随气体含量的增加，气泡粘附夹杂物的能力增加，中间包去除夹杂物的能力也随之增大。
Claims (5)
1.一种提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的方法，其特征在于，采用提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的装置，所述的装置包括注入室、分配室和感应加热装置，所述的注入室和分配室通过倾斜双通道连通，所述的倾斜双通道为由注入室向分配室斜向上倾斜，所述的感应加热装置包括导磁体和通电线圈，所述的导磁体套设于倾斜双通道中的任意通道外周，所述的通电线圈缠绕于导磁体外周内侧，所述的内侧为靠近倾斜双通道中心一侧，所述的注入室包括壳体，所述的壳体由内向外依次包括工作层、永久层和钢板层，所述的注入室底部工作层内埋设透气砖，通入气体后形成气幕挡墙，注入室底部工作层内的透气砖具体设置于钢包长水口与靠近倾斜双通道一侧的注入室侧壁之间，注入室底部工作层内埋设透气砖距离靠近倾斜双通道一侧注入室侧壁水平距离小于0.3m；所述的倾斜双通道为由注入室向分配室方向斜向上倾斜并排设置的双通道，所述的倾斜双通道低点位于注入室侧壁，其高度在注入室高度的1/3处；
所述的方法包括以下步骤：
(1)向金属液内持续通入中性/惰性气体，并向注入室中浇入金属液，其中：所述的金属液中原始夹杂物含量小于100mg/10kg，所述的中性/惰性气体通入量为10-1000NL/min，金属液开浇前小流量吹入中性/惰性气体，流量控制在10-100NL/min，1-3分钟后，大包开浇，增大吹入中性/惰性气体量，并将流量控制在100-1000 NL/min；
(2)开启感应加热装置，使金属液过热度达到5-20K，并通过中性/惰性气体吹入，使金属液通过倾斜双通道，流入分配室，获得处理后的金属液，排出；其中：所述的金属液升温速率为1-1.5K/min，在3-8min时间内完成加热，所述的感应加热装置中的导磁体电磁输入功率为1800-2000kW，所述的倾斜双通道倾斜角度为5-60°，获得处理后的金属液夹杂物去除率为40-70%。
2.根据权利要求1所述的提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的方法，其特征在于，所述的注入室设有钢包长水口和气泡吹入口，所述的分配室底部设有中间包出水口；所述的感应加热装置连接有冷却***。
3.根据权利要求1所述的提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的方法，其特征在于，所述的透气砖连接有供气***。
4.根据权利要求1所述的提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的方法，其特征在于，所述的导磁体轴线与倾斜双通道轴线保持平行设置，所述的导磁体为铁芯，所述的通电线圈为中空纯铜管件。
5.根据权利要求1所述的提高通道式感应加热速度与夹杂物去除率的方法，其特征在于，所述的感应加热装置中的线圈匝数为40-50匝，比传统通道式感应加热对金属液的温度提升幅度增加2-5K。
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