CN116604009B - 一种中间包堵流后快速开流的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种中间包堵流后快速开流的装置及方法，该装置包括中间包下水口、围绕下水口外壁设置的若干条竖直导轨、安装在竖直导轨上的环形轨道、安装在环形轨道上的第一超声发射装置和第二超声发射装置、以及用于操控环形轨道在竖直导轨上移动和第一超声发射装置、第二超声发射装置在环形轨道上移动的计算机，该计算机还外接一个超声波成像仪。本发明通过调整两组超声发射装置的频率和功率，强化了超声波的空化作用和机械振动，提高了清除力和清除效率。同时利用竖直导轨和环形轨道将超声波作用范围扩大到下水口壁面上任意位置，使得该装置能够满足更为复杂的工况需求，具有很高的工业价值。
Description
技术领域
本发明涉及冶金连铸技术领域，具体涉及一种中间包堵流后快速开流的装置及方法。
背景技术
连铸过程中，中间包水口结瘤是困扰冶金工作者的一大难题。首先，中间包水口结瘤会使水口内部的截面积变小，从而影响钢水的流动，易产生渣夹杂物，影响钢水质量。其次，中间包水口结瘤会导致钢水在凝固过程中形成结瘤，从而增加连铸生产成本，降低生产效益。更重要的是，中间包水口结瘤会限制连续浇铸炉次数量，影响连铸节奏，降低生产效率。因此，中间包水口结瘤是一种严重的质量问题，需要及时采取措施进行修复和防范。
目前已经有部分关于去除中间包水口结瘤方面的专利，例如中国专利（CN105268956A）公开了一种液态渣中间包及其使用方法，该专利利用塞棒来清除流口附近残留的固体渣块，实现液态渣中间包开流、停流，但是该专利针对结瘤的可清除区域是固定的，灵活性较差，且必须停炉操作，影响连铸效率。中国专利（CN111940716B）公开了一种用于防止稀土钢连铸水口堵塞的方法，该专利通过连续升温来提高钢液流动性，继而获得良好的改善水口结瘤和堵塞效果，这种做法难以快速清除水口壁面上的结瘤，且清除力不高。
发明内容
针对目前清除水口结瘤的技术手段中存在的可清除区域固定、清除过程缓慢且效率不高的问题，本发明提供了一种中间包堵流后快速开流的装置，通过调整两组超声波的频率和功率，强化了超声波的空化作用和机械振动，提高了清除力和清除效率。同时利用竖直导轨和环形轨道将超声波作用范围扩大到下水口壁面上任意位置，使得该装置能够满足更为复杂的工况需求，具有很高的工业价值。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种中间包堵流后快速开流的装置，其特征在于，包括中间包、用于连通中间包底部与结晶器的下水口、环绕下水口外壁设置的若干条竖直导轨、环绕下水口安装在竖直导轨上的环形轨道、安装在环形轨道上的第一超声发射装置和第二超声发射装置、以及用于操控环形轨道在竖直导轨上移动和第一超声发射装置、第二超声发射装置在环形轨道上移动的计算机；所述计算机还外接一个用于检测下水口处结瘤位置和大小的超声波成像仪。
进一步地，所述超声波成像仪包括用于产生高频声波信号的超声发射器、用于接收反射声波信号、并将其转换成电信号的超声接收器、用于处理和分析接收的电信号、并将其传送至计算机的控制电路。
进一步地，所述第一超声发射装置和第二超声发射装置包括依次连接的超声波探头和超声波发生器。
进一步地，所述超声波探头表面覆盖有氧化铝陶瓷涂层、碳化硅涂层或氮化硅涂层。
进一步地，所述下水口外壁面呈蜂窝状、波纹状或螺旋状。
一种中间包堵流后快速开流的方法，其特征在于，采用以上任一项所述的装置，具体操作步骤如下：
S1：连铸开始时，开启超声波成像仪对中间包下水口进行间断式扫描。
S2：当检测到下水口处出现结瘤时，超声波成像仪实时检测结瘤的大小和位置信息，并将所述位置信息传输至计算机，随即关闭超声波成像仪。
S3：计算机根据结瘤的位置信息操控环形轨道、第一超声发射装置和第二超声发射装置的移动，使得两组超声波探头的轴线交汇于结瘤处。
S4：当结瘤直径小于1cm时，通过超声波发生器调整两组超声波探头的功率为10~20W，频率为20~30kHz，开启第一超声发射装置和第二超声发射装置并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置和第二超声发射装置。
当结瘤直径大于1cm时，先调整两组超声波探头的功率为20~30W，频率为10~20kHz，开启第一超声发射装置和第二超声发射装置并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置和第二超声发射装置；再次调整两组超声波探头的功率为10~20W，频率为20~30kHz，开启第一超声发射装置和第二超声发射装置并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置和第二超声发射装置。
S5：再次开启超声波成像仪扫描下水口，若仍存在结瘤，则继续重复步骤S4；若结瘤已清除，则复位环形轨道、第一超声发射装置和第二超声发射装置，并继续对中间包下水口进行间断式扫描。
进一步地，所述步骤S1中，超声发射器的频率为1~10MHz，功率为1~10W；所述超声波成像仪每隔10~20min扫描一次下水口。
进一步地，所述步骤S3中，两条轴线的夹角为30°~60°。
进一步地，所述步骤S4中，超声波共振的时长均为1~3min。
进一步地，所述步骤S5中，超声发射器的频率为1~10MHz，功率为1~10W。
本发明的有益效果如下：
1．本发明通过两组超声波耦合叠加，强化了超声波的空化作用和机械振动，从而更有效地破坏结瘤与下水口壁面之间的结合力，提高了对结瘤的清除力和清除效率。超声波清除过程可在正常连铸下进行，大幅提高了连浇炉数，保证了生产效率。且超声波属于非接触式清除手段，能够保证清理的安全性。
2．本发明中的环形轨道可绕着下水口进行轴向移动，第一超声发射装置和第二超声发射装置可沿着下水口进行周向移动，使得第一超声发射装置和第二超声发射装置的作用范围覆盖了整个下水口壁面，并且在计算机的操控下能够将超声波能量最大化地集中到结瘤位置附近，大幅提高了超声波的清除力。
3．本发明针对结瘤大小设计了两种超声波处理模式，当结瘤直径小于1cm时，本发明使用的超声波的频率较高，功率较低，在提高清除效率的同时避免了大功率声波将结瘤压入水口壁面；当结瘤直径大于1cm时，本发明先使用频率较低，功率较大的超声波将其击碎，再使用频率较高，功率较小的超声波将其彻底清除，大大增强了清除效果。
4．本发明中的超声波成像仪能够将结瘤的位置信息及时反馈给计算机，在结瘤刚成型时进行除瘤，此时结瘤与下水口壁面的结合力不高，仅仅是一种粘附状态，操作人员根据超声波成像仪提供的结瘤大小调节两组超声波探头的频率和功率，大大提升了除瘤效率，同时提升了整个装置的智能化程度，使得该装置能够满足更为复杂的工况需求，具有很高的工业价值。
附图说明
图1为本发明所述中间包堵流后快速开流的装置的结构示意图；
图2为本发明所述中间包堵流后快速开流方法的流程图。
附图标记如下：
1、下水口；2、竖直导轨；3、环形轨道；4、第一超声发射装置；5、第二超声发射装置；6、计算机；7、超声波成像仪。
实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本实施例所述中间包堵流后快速开流的装置包括中间包、用于连通中间包底部与结晶器的下水口1、环绕下水口1外壁设置的若干条竖直导轨2、环绕下水口1安装在竖直导轨2上的环形轨道3、安装在环形轨道3上的第一超声发射装置4和第二超声发射装置5、以及用于操控环形轨道3在竖直导轨2上移动和第一超声发射装置4、第二超声发射装置5在环形轨道3上移动的计算机6。所述计算机6还外接一个用于检测下水口1处结瘤位置和大小的超声波成像仪7，所述超声波成像仪7包括用于产生高频声波信号的超声发射器、用于接收反射声波信号、并将其转换成电信号的超声接收器、用于处理和分析接收的电信号、并将其传送至计算机的控制电路（超声发射器、超声接收器和控制电路在图中均未画出），图1为本实施例所述中间包堵流后快速开流的装置的结构示意图。
进一步地，所述第一超声发射装置4和第二超声发射装置5包括依次连接的超声波探头和超声波发生器（超声波探头和超声波发生器在图中均未画出），所述超声波探头表面覆盖有氧化铝陶瓷涂层、碳化硅涂层或氮化硅涂层。
进一步地，所述下水口1外壁面呈蜂窝状、波纹状或螺旋状。
图2为本实施例所述中间包堵流后快速开流方法的流程图，如图所示，使用上述装置进行快速开流的具体操作步骤如下：
S1：连铸开始时，开启超声波成像仪7对中间包下水口1进行间断式扫描，超声发射器的频率为1~10MHz，功率为1~10W；所述超声波成像仪7每隔10~20min扫描一次下水口1。
S2：当检测到下水口1处出现结瘤时，超声波成像仪7实时检测结瘤的大小和位置信息，并将所述位置信息传输至计算机6，随即关闭超声波成像仪7。
S3：计算机6根据结瘤的位置信息操控环形轨道3、第一超声发射装置4和第二超声发射装置5的移动，使得两组超声波探头的轴线交汇于结瘤处，两条轴线的夹角为30°~60°。
S4：当结瘤直径小于1cm时，通过超声波发生器调整两组超声波探头的功率为10~20W，频率为20~30kHz，开启第一超声发射装置4和第二超声发射装置5并进行1~3min的超声波共振，随后关闭第一超声发射装置4和第二超声发射装置5。
当结瘤直径大于1cm时，先调整两组超声波探头的功率为20~30W，频率为10~20kHz，开启第一超声发射装置4和第二超声发射装置5并进行1~3min的超声波共振，随后关闭第一超声发射装置4和第二超声发射装置5；再次调整两组超声波探头的功率为10~20W，频率为20~30kHz，开启第一超声发射装置4和第二超声发射装置5并进行1~3min的超声波共振，随后关闭第一超声发射装置4和第二超声发射装置5。
S5：调整超声发射器的频率为1~10MHz，功率为1~10W，再次开启超声波成像仪7扫描下水口1，若仍存在结瘤，则继续重复步骤S4；若结瘤已清除，则复位环形轨道3、第一超声发射装置4和第二超声发射装置5，并继续对中间包下水口1进行间断式扫描。
实施例1
本实施例所述中间包堵流后快速开流的方法，包括以下步骤：
S1：连铸开始时，开启超声波成像仪7对中间包下水口1进行间断式扫描，超声发射器的频率为8MHz，功率为5W；所述超声波成像仪7每隔15min扫描一次下水口1。
S2：当检测到下水口1处出现结瘤时，超声波成像仪7实时检测结瘤的位置信息并传输至计算机6，同时分析得到结瘤的直径为0.6cm，随即关闭超声波成像仪7。
S3：计算机6根据结瘤的位置信息操控环形轨道3、第一超声发射装置4和第二超声发射装置5的移动，使得两组超声波探头的轴线交汇于结瘤处，两条轴线的夹角为45°。
S4：通过超声波发生器调整两组超声波探头的功率为15W，频率为25kHz，开启第一超声发射装置4和第二超声发射装置5并进行2min的超声波共振，随后关闭第一超声发射装置4和第二超声发射装置5。
S5：调整超声发射器的频率为8MHz，功率为5W，再次开启超声波成像仪7扫描下水口1，原相应位置处已无结瘤，复位环形轨道3、第一超声发射装置4和第二超声发射装置5，并继续对中间包下水口1进行间断式扫描。
实施例2
本实施例所述中间包堵流后快速开流的方法，包括以下步骤：
S1：连铸开始时，开启超声波成像仪7对中间包下水口1进行间断式扫描，超声发射器的频率为8MHz，功率为5W；所述超声波成像仪7每隔15min扫描一次下水口1。
S2：当检测到下水口1处出现结瘤时，超声波成像仪7实时检测结瘤的位置信息并传输至计算机6，同时分析得到结瘤的直径为2cm，随即关闭超声波成像仪7。
S3：计算机6根据结瘤的位置信息操控环形轨道3、第一超声发射装置4和第二超声发射装置5的移动，使得两组超声波探头的轴线交汇于结瘤处，两条轴线的夹角为45°。
S4：先通过超声波发生器调整两组超声波探头的功率为25W，频率为15kHz，开启第一超声发射装置4和第二超声发射装置5并进行2min的超声波共振，随后关闭第一超声发射装置4和第二超声发射装置5；再次调整两组超声波探头的功率为15W，频率为25kHz，开启第一超声发射装置4和第二超声发射装置5并进行2min的超声波共振，随后关闭第一超声发射装置4和第二超声发射装置5。
S5：调整超声发射器的频率为8MHz，功率为5W，再次开启超声波成像仪7扫描下水口1，原相应位置处已无结瘤，复位环形轨道3、第一超声发射装置4和第二超声发射装置5，并继续对中间包下水口1进行间断式扫描。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种中间包堵流后快速开流的装置，其特征在于，包括中间包、用于连通中间包底部与结晶器的下水口(1)、环绕下水口(1)外壁设置的若干条竖直导轨(2)、环绕下水口(1)安装在竖直导轨(2)上的环形轨道(3)、安装在环形轨道(3)上的第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)、以及用于操控环形轨道(3)在竖直导轨(2)上移动和第一超声发射装置(4)、第二超声发射装置(5)在环形轨道(3)上移动的计算机(6)；所述计算机(6)还外接一个用于检测下水口(1)处结瘤位置和大小的超声波成像仪(7)；
所述超声波成像仪(7)包括用于产生高频声波信号的超声发射器、用于接收反射声波信号、并将其转换成电信号的超声接收器、用于处理和分析接收的电信号、并将其传送至计算机(6)的控制电路；
所述计算机(6)中内置有根据结瘤的位置信息操控环形轨道(3)、第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)的移动，使得两组超声波探头的轴线交汇于结瘤处的位移控制策略，以及根据超声波成像仪(7)检测到的结瘤直径控制第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)工作的超声控制策略，所述超声控制策略如下：
当结瘤直径小于1cm时，通过超声波发生器调整两组超声波探头的功率为10～20W，频率为20～30kHz，开启第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)；
当结瘤直径大于1cm时，先调整两组超声波探头的功率为20～30W，频率为10～20kHz，开启第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)；再次调整两组超声波探头的功率为10～20W，频率为20～30kHz，开启第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)。
2.根据权利要求1所述的中间包堵流后快速开流的装置，其特征在于，所述第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)包括依次连接的超声波探头和超声波发生器。
3.根据权利要求2所述的中间包堵流后快速开流的装置，其特征在于，所述超声波探头表面覆盖有氧化铝陶瓷涂层、碳化硅涂层或氮化硅涂层。
4.根据权利要求1所述的中间包堵流后快速开流的装置，其特征在于，所述下水口(1)外壁面呈蜂窝状、波纹状或螺旋状。
5.一种中间包堵流后快速开流的方法，其特征在于，采用权利要求1～4中任一项所述的装置，具体操作步骤如下：
S1：连铸开始时，开启超声波成像仪(7)对中间包下水口(1)进行间断式扫描；
S2：当检测到下水口(1)处出现结瘤时，超声波成像仪(7)实时检测结瘤的大小和位置信息，并将所述位置信息传输至计算机(6)，随即关闭超声波成像仪(7)；
S3：计算机(6)根据结瘤的位置信息操控环形轨道(3)、第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)的移动，使得两组超声波探头的轴线交汇于结瘤处；
S4：当结瘤直径小于1cm时，通过超声波发生器调整两组超声波探头的功率为10～20W，频率为20～30kHz，开启第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)；
当结瘤直径大于1cm时，先调整两组超声波探头的功率为20～30W，频率为10～20kHz，开启第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)；再次调整两组超声波探头的功率为10～20W，频率为20～30kHz，开启第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)并进行超声波共振，随后关闭第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)；
S5：再次开启超声波成像仪(7)扫描下水口(1)，若仍存在结瘤，则继续重复步骤S4；若结瘤已清除，则复位环形轨道(3)、第一超声发射装置(4)和第二超声发射装置(5)，并继续对中间包下水口(1)进行间断式扫描。
6.根据权利要求5所述的中间包堵流后快速开流的方法，其特征在于，所述步骤S1中，超声发射器的频率为1～10MHz，功率为1～10W；所述超声波成像仪(7)每隔10～20min扫描一次下水口(1)。
7.根据权利要求5所述的中间包堵流后快速开流的方法，其特征在于，所述步骤S3中，两条轴线的夹角为30°～60°。
8.根据权利要求5所述的中间包堵流后快速开流的方法，其特征在于，所述步骤S4中，超声波共振的时长均为1～3min。
9.根据权利要求5所述的中间包堵流后快速开流的方法，其特征在于，所述步骤S5中，超声发射器的频率为1～10MHz，功率为1～10W。
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|---|---|---|---|---|
| CN202377526U (zh) * | 2011-12-31 | 2012-08-15 | 王海军 | 一种具有超声波搅拌功能的中间包塞棒 |
| CN105855529A (zh) * | 2016-06-08 | 2016-08-17 | 武汉科技大学 | 一种用于中间包精炼的底吹微细氩气泡的透气砖 |
| CN108176844A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-06-19 | 山东钢铁股份有限公司 | 一种清理中间包上水口结瘤物的装置和方法 |
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| CN115990668A (zh) * | 2023-01-09 | 2023-04-21 | 鞍钢股份有限公司 | 一种通过超声波抑制水口堵塞的方法 |
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- 2023-07-17 CN CN202310871933.7A patent/CN116604009B/zh active Active
Patent Citations (5)
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