专利名称：旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用旋转电磁场与切向导流复合净化连铸中间包中钢液的新方 法，即利用电磁场驱动中间包中大包水口区的钢液旋转，同时将大包水口冲击区移置 中包一侧，将大包水口冲击动能转换成水平切线冲击流，复合旋转磁场驱动钢液旋转， 利用夹杂物与钢液密度的差异，使夹杂物向心迁移，进而碰撞聚合长大快速上浮去除。 该发明属纯净钢连铸技术领域。
技术背景随着20世纪80年代初期"中间包冶金"概念的提出，中间包己由钢液的储存器和分 配器发展成为连铸过程中最重要的钢液精炼设备。研究结果指出，从冶炼设备流出钢 液经钢包和中间包，如不加以保护，则连铸钢液中将有约70%的夹杂(内在夹杂、夕卜 来夹杂)来自于中间包。这些夹杂在中间包内如不加以分离，将对铸坯质量和冶金工 艺产生严重危害。为减少中间包钢液夹杂，给结晶器提供洁净的钢水，国内外一些钢 厂已釆取了相当多的措施，如扩大中间包容量、采用"H"型中间包，使钢液夹杂有充 分时间上浮；设置堰、坝、多孔挡墙，安装石灰质过滤器，来改善中间包钢液流动状 态或吸收夹杂；往中间包钢液内吹氩以促进夹杂上浮；使用碱性包衬、高碱度中间包 覆盖渣来减少污染、吸收夹杂；采用长水口、中包密封技术减少中间包钢水二次氧化； 加热中间包钢液特别是采用感应加热，分离夹杂物；安装钢包下渣电磁检测设备，预 防下渣等等，虽然都取得了一定效果，但是面对用户对钢材质量的更高要求以及钢液 二次精炼成本的上升，上述技术仍然无法满足高效率净化钢液的要求。为提高中间包钢液中夹杂物去除效率，有研究者提出了离心中间包技术，该 技术的基本原理是利用旋转磁场驱动中间包圆形腔中的钢液产生旋转运动，利用非金 属夹杂物与钢液密度差异，使夹杂物往旋转中心迁移，进而碰撞长大而去除，该技术 对大尺寸夹杂物有较好的去除效果。然而，离心中间包技术中，钢液的转动全部由电磁场提供，需要消耗很高的电力； 此外，当大包水口位于旋转中心时，大包水口冲击流将形成向下，然后向上，再向下 的垂直方向的复杂流动，这将对向心聚集的夹杂物产生重新分散的作用，从而使夹杂 物去除效果显著下降，甚至无法起到净化效果。发明内容本发明的目的在于解决已有技术存在的问题，提供一种旋转电磁场与切向导流复 合净化中间包钢水的方法及装置，增强旋转室内钢水的旋转强度，降低旋转磁场发生 装置的输入功率，降低能耗，提高净化效果。为解决上述问题，本发明的构思是利用钢包水口注流强大的冲击动能，通过改 变圆形腔结构，将垂直冲击流转换成水平切向流，同时采用欠半圆的旋转磁场发生器， 其产生的旋转电磁力复合钢包水口冲击流转换的水平切向流驱动圆形腔中的钢液做 轴对称旋转运动，使圆形腔中的夹杂物向旋转中心聚集，经碰撞长大快速上浮进入渣 层而去除，从而显著提高钢液中夹杂物的去除效率，获得纯净的钢液。由于复合了钢 包水口冲击动能，则磁场发生器的输入功率可以大大降低。本发明中，钢包注流冲击动能的改变采用一种称为导流槽的结构来实现，即在钢 包水口注入的圆形腔一侧增设一个导流腔体，钢包水口移置于导流槽上方，从而来自 钢包水口的钢水流动将导向为切线方向进入圆形腔，由于该腔体具有引流导向的作 用，本发明中将之称为导流槽。本发明的具体思路为将传统的单流连铸中间包用一块带圆弧壁面的挡墙分割为 圆形腔(旋转腔)和矩形腔，同时在圆形腔一侧再开设一个与圆形腔相通的导流槽， 该导流槽出口与圆形腔形成相切的结构。钢包水口移置于导流槽上方，则当钢包钢液 经钢包水口注入导流槽时，导流槽将钢液导向，沿圆形腔切线方向进入圆形腔，并使 圆形腔内的钢液形成一定程度的旋转运动。同时，在圆形腔的圆弧包壁外侧设置一个 扇型的旋转磁场搅拌器，旋转磁场的旋转方向与导流槽中钢液中的流向一致，则旋转 磁场和导流槽中钢液的注流推动作用将驱动圆形腔中的钢液做对称性良好的旋转运 动，进而利用离心力驱动圆形腔钢液中的非金属夹杂物向旋转中心聚集，使旋转中心 的夹杂物浓度显著增加，从而促进夹杂物碰撞聚合长大，使夹杂物获得更高的上浮速 率，进入渣层而与钢液分离。经过净化后的钢液经挡墙下部与矩形腔相连的通道进入 矩形腔，在矩形腔中挡坝的阻挡作用下产生指向表面的流动，并在矩形腔上方形成较 大的水平环流，从而延长了钢液的平均停留时间，钢液在矩形腔内得到进一步的净化 后经中包水口进入结晶器。根据上述的发明构思和具体思路，本发明采用下述技术方案-一种旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的方法，包括由一个旋转磁场发 牛装置产生旋转电磁力驱动中间包旋转室中的钢水产生旋转流动，其特征在于)lil冈包5水口垂直冲击流引向为水平切向流入旋转室，使钢水的垂直冲击流动力转化为旋转流 动力，该旋转流动力与旋转电磁力驱动的旋转流动力复合，使旋转室中钢水产生对称 旋转流动，利用离心力分离钢水中非金属杂质。在上述的方法中，将中间包的旋转室沿切线相连一个导向槽，将钢包水口置于导 流槽中，来实现钢包水口垂顷冲击流导向为水平切向流入旋转室。同时避免了钢包水 口注流对旋转室中夹杂物向心迁移和碰撞聚合上浮的破坏作用，提高净化效果。上述的旋转磁场发生装置为扇型旋转磁场发生装置，安置在旋转室的外侧。一种旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的装置，应用于上述的方法，包 括一个含有旋转室的中间包，其特征在于所述的旋转室沿切线相连一个导向槽，钢包 水口置于导流槽中，旋转室外侧安置一个扇型旋转磁场发生装置。上述的旋转室与单流中间包和分配室构成一体，旋转室与单流中间包之间有挡墙 隔开，而挡墙下部有通道使单流中间包与旋转室连通；单流中间包与分配室之间有挡 坝，钢水能从单流中间包越过挡坝流入分配室；分配室下底有水口插配一根中间包塞 棒。上述的旋转室内壁为圆形，而外壁有一段圆弧壁与导流槽外壁相连，旋转室的圆 弧壁与扇形旋转磁场发生装置匹配，扇形旋转磁场发生器的圆弧内壁的扇形角度为 60° 180° 。上述的扇形旋转磁场发生装置电源为三相交变电流，则频率为2 20Hz;电源为 2相交流电源，则频率为3 18Hz。 上述的钢包水口为浸入式水口。 本发明具有以下显著的优点1、 采用这种方法，由于将注流冲击区设置在旋转室外，避免了钢液注流对夹杂 物向心迁移行为的破坏作用；2、 将钢水以切线方向引入到旋转室，增强了旋转室内钢水的旋转强度，降低了 旋转磁场发生器的输入功率；降低能耗，提高净化效果；3、 采用扇型的旋转磁场发生器，使磁场发生器体积减小，更容易实现与现有连 铸平台的配合；4、 避免了钢液的旋转流动对钢包水口带来的冲刷作用，从而可避免由钢包水口 浸入部分折断引起的巻渣危险。
图1是本发明的一个实施例的装置结构示意图。 图2是图1中A-A处剖视图。 图3是图1中B-B处剖视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合
如下 实施例1参见图1、图2和图3，本旋转电磁场与切向导流复化净化中间包钢水的方法是 由一个旋转磁场发生装置产生旋转电磁力驱动中间包旋转室1中的钢水产生旋转流动-将钢包水口5垂直冲击流引向为水平切向流入旋转室1，使钢水的垂直冲击流动力转化为旋转流动力，该旋转流动力与旋转电磁力驱动的旋转流动力复合，使旋转室 中钢水产生对称旋转流动，利用离心力分离钢水中非金属杂质。实施例2参见图l、图2和图3，本旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢水的装置包 括一个含有旋转室1的中间包，所述的旋转室1沿切线相连一个导向槽4，钢包水口 5置于导流槽4中，旋转室1外侧安置一个扇型旋转磁场发生装置3。其详细结构和工作原理中间包主要由旋转室l、分配室2、导流槽4、挡墙8、 挡坝6、扇型旋转磁场发生装置3、单流中间包IO、钢包水口5、中间包塞棒14等构 成，旋转室1和分配室2之间由挡墙8底部的通道12相连通。在旋转室1的中间包 壁外侧安置扇型旋转磁场发生装置3。在旋转室1外侧边部增设一导流槽4与之相连 通，为保证钢水更好的以切线方向进入旋转室1，保持导流槽4与旋转腔1边部相切。 导流槽4底部的高度设置为旋转室1高度相同或者一半高度。大包水口 5置于导流槽 4中。由于导流槽4的引入，根据导流槽4占据的位置，将旋转磁场发生装置3设置 为合适角度的扇弧形。为使旋转磁场有更高的透入钢液深度，旋转磁场发生装置3 的输入电流为两相或三相的低频交变电流，频率为2—14Hz，输入电流为50—1000A。 在连铸生产时首先按照生产工艺规程调整好中间包IO及钢包的位置，同时调节好旋 转磁场发生装置3的电磁参数。随着浇铸的开始，开启磁场发生装置3，钢包水口5 内的钢液流经导流槽后，在电磁力的带动作用下以水平切线方向进入旋转室l。导流 槽4的钢液冲击动能与旋转磁场发生装置3复合作用，将有效驱动旋转室1中的钢液 做对称性良好的旋转运动11，则钢液中的非金属夹杂物9将向旋转室1的中心聚集， 由于旋转室1中心的夹杂物浓度械来鉞高，夹杂物将碰掩聚合长大，在获得更高的上浮速率后快速上浮至覆盖渣层13，从而使旋转室1中的钢液得到净化，净化后的钢 液经挡墙8下部的连接通道12进入分配室2。由于连接通道12有一定的宽度，因此 旋转室l中的钢液将以偏离连接通道12主轴的方向进入分配室2，经挡坝6的阻挡， 则钢液在分配室2中形成指向钢液表面的流动，然后在分配室2上方形成水平的低速 环流，从而使钢液在分配室2中具有更长的停留时间，这将有利于夹杂物进一步上浮 进入渣层，经净化后的钢液在塞棒14的控流作用下由中间包水口7进入结晶器，凝 固后即可获得高洁净度的铸坯。
权利要求
1. 一种旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的方法，包括由一个旋转磁场发生装置产生旋转电磁力驱动中间包旋转室(1)中的钢水产生旋转流动，其特征在于将钢包水口(5)垂直冲击流引向为水平切向流入旋转室(1)，使钢水的垂直冲击流动力转化为旋转流动力，该旋转流动力与旋转电磁力驱动的旋转流动力复合，使旋转室中钢水产生对称旋转流动，利用离心力分离钢水中非金属杂质。
2. 根据权利要求l所述的旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的方法，其特 征在于将中间包的旋转室(1)沿切线相连一个导向槽(4)，将钢包水口 (5)置 于导流槽(4)中，来实现钢包水口 (5)垂直冲击流导向为水平切向流入旋转室(1)。
3. 根据权利要求1或2所述的旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的方法， 其特征在于所述的旋转磁场发生装置为扇型旋转磁场发生装置(3)，安置在旋转 室(1)的外侧。
4. 一种旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的装置，应用于根据权利要求1 所述的旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的方法，包括一个含有旋转室(1)的中间包，其特征在于所述的旋转室(1)沿切线相连一个导向槽(4)，钢 包水口 (5)置于导流槽(4)中，旋转室(1)外侧安置一个扇型旋转磁场发生 装置(3)。
5. 根据权利要求4所述的旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢水的装置，其特 征在于所述的旋转室与单流中间包(10)和分配室(2)构成一体，旋转室(1) 与单流中间包(10)之间有挡墙(8)隔开，而挡墙(8)下部有通道(12)使单 流中间包(10)与旋转室(1)连通；单流中间包(10)与分配室(2)之间有挡 坝(6)，钢水能从单流中间包(10)越过挡坝(6)流入分配室(2);分配室(2) 下底有水口插配一根中间包塞棒(7)。
6. 根据权利要求4所述的旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢水的装置，其特 征在于所述的旋转室(1)内壁为圆形，而外壁有一段圆弧壁与导流槽(4)外壁 相连，旋转室(1)的圆弧壁与扇形旋转磁场发生装置(3)匹配，扇形旋转磁场 发生器(3)的圆弧内壁角度为60。 180° 。
7. 根据权利要求6所述的旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢水的装置，其特 征在于所述的扇形旋转磁场发生装置(3)及其电源为三相交流，则频率为2 20Hz:扇形旋转磁炀发牛装置(3)及其电源为2相交流，则频率为3 18Hz。8.根据权利要求4所述的旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢水的装置，其特 征在于所述的钢包水口 (5)为浸入式水口。
全文摘要
本发明涉及一种旋转电磁场与切向导流复合净化中间包钢液的方法及装置。其方法是由一个旋转磁场发生装置产生旋转电磁力驱动中间包旋转室中的钢水产生旋转流动，其特征在于将钢包水口垂直冲击流引向为水平切向流入旋转室，形成旋转流动力，与旋转电磁力复合，使旋转室中钢水产生对称旋转流动，利用离心力分离钢水中非金属杂质。其装置是一个含有旋转室的中间包，其特征在于所述的旋转室沿切线相连一个导向槽，钢包水口置于导流槽中，旋转室外侧安置一个扇型旋转磁场发生装置。本发明采用旋转电磁场与切向导流复合，增强了钢水旋转强度，降低了旋转磁场发生装置的输入功率和能耗，摒除了钢包注流对夹杂物离心分离的破坏作用，提高净化效果。
文档编号B22D1/00GK101259521SQ20081003638
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者任忠鸣, 赟 王, 王保军, 钟云波 申请人:上海大学