一种多流弧形通道感应加热中间包及加热方法与流程

本发明涉及连铸中间包感应加热技术领域，特别涉及一种多流弧形通道感应加热中间包及加热方法。

背景技术：

在连铸发展的初期，中间包只是起到过渡钢水的作用。随着人们对高品质钢种需求的不断提高，钢水质量对连铸工艺具有越来越重要的意义。为了保证连铸工艺的顺利进行，必须保证钢水具有足够的纯净度以及稳定的温度。中间包作为由间歇操作转向连续操作的转折点，具有很重要的作用，除了传统的稳定钢水的作用外，它还应该具有控制钢水洁净度以及温度的作用。

低过热度恒温稳态浇铸一直是连铸工艺所追求的。但是由于换包和壁面散热等原因，在浇铸后期以及过渡阶段钢水的温度变化比较大。如果钢水的过热度太高，铸坯内就会出现非等轴晶，从而产生偏析。反之如果钢水的过热度太低，钢水黏性升高，就会使铸坯内夹杂物增加。因此，为了减少铸坯内偏析以及夹杂物等缺陷，必须将中间包内的钢水的温度控制在很窄的范围内，即低过热度稳态浇铸。

在连铸过程中，使用外部手段加热中间包内的钢水，可以补偿钢包浇铸过程中的热损失，使钢水温度稳定可控，从而改善铸坯质量。目前应用比较广泛的主要有等离子加热技术和感应加热技术，等离子加热技术由于加热效率低和现场噪声太大等原因，企业已经很少使用。而通道式感应加热技术则具有加热效率高和无污染的优势，同时还具有去除夹杂物的功能。

T型的中间包包括注流区和浇铸区，注流区和浇铸区之间由耐火材料墙隔开，耐火材料墙内设有两条直线型通道，两条直线型通道将注流区和浇铸区连通，电磁感应加热装置包括铁芯、线圈和电源，铁芯环绕一条直线型通道，在位于两条直线型通道之间的铁芯上缠绕有线圈，线圈和电源连接，电磁感应加热装置还与控制系统的计算机连接，控制系统的连续测温装置设置在浇铸区内，连续测温装置能够测量浇铸区内的钢水的温度数据并发送给计算机，工作人员可以根据计算机显示的温度数据对电磁感应加热装置的加热功率进行调节。

电磁感应加热装置主要对位于直线型通道内的钢水进行加热，防止T型中间包内的钢水温差较大，但由于T型中间包的内部空间有限，因此连通注流区和浇铸区的直线型通道长度会比较短，钢水很快就会从注流区流入浇铸区，加热效果不理想，加热效率较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的T型中间包的内部空间有限，连通注流区和浇铸区的直线型通道长度会比较短，加热效率较低的问题，一方面，本发明提供了一种多流弧形通道感应加热中间包，所述多流弧形通道感应加热中间包包括注流区和浇铸区，注流区设有钢包长水口，浇铸区设有浇铸水口，注流区和浇铸区之间设有耐火材料墙，注流区和浇铸区之间的耐火材料墙内设有两条弧形通道，每条弧形通道均连通注流区和浇铸区，两条弧形通道中的每条弧形通道的圆心在该弧形通道朝向另一弧形通道的一侧，电磁感应加热装置的铁芯环绕一条弧形通道，铁芯上的线圈位于两条弧形通道之间，电磁感应加热装置与控制系统连接，控制系统的连续测温装置布置在浇铸区内。

在两条所述弧形通道之间的耐火材料墙内设有冷却通道，所述铁芯穿过所述冷却通道。

所述冷却通道为非磁性不锈钢保护套。

所述弧形通道的半径为r，3m≤r≤6m。

另一方面，本发明提供了一种使用所述多流弧形通道感应加热中间包加热钢水的方法，所述方法包括：

步骤1、精炼后的钢水由钢包通过所述钢包长水口进入所述注流区；

步骤2、注流区的钢水流入两条弧形通道，所述电磁感应加热装置对两条弧形通道内的钢水进行加热，并使钢水在磁场的作用下产生箍缩效应，使钢水中的部分夹杂物吸附在两条弧形通道的内壁；

步骤3、加热后的钢水从两条弧形通道内流出并交汇在一起，钢水中的剩余夹杂物互相碰撞聚合长大并被顶渣吸附去除。

在本发明中，通过在多流弧形通道感应加热中间包的注流区和浇铸区之间设置两条弧形通道，注流区的钢水流入两条弧形通道内，在两条弧形通道内被电磁感应加热装置进行充分加热，同时去除钢水中的大部分夹杂物，加热后的钢水首先在浇铸区交汇，交汇的过程中剩余的体积较小的夹杂物产生聚合长大，并通过顶渣去除。本发明的多流弧形通道感应加热中间包无需改变现有T型中间包的体积，无需增加注流区的钢包长水口与浇铸区的浇铸水口之间的距离，便可以增加通道的长度，增加了加热效率，同时，在相同的加热功率下，由于通道的长度加长，使得浇铸区的钢水的温度更高，加热效果更好，同时，由于弧形通道较长，可以去除更多的夹杂物，又由于两条弧形通道中的每条弧形通道的圆心在该弧形通道朝向另一弧形通道的一侧，使得经过两条弧形通道后的钢水首先在浇铸区进行交汇，使体积较小的夹杂物发生聚合长大后通过顶渣去除，去除夹杂物的效果更好，减少了铸坯的夹杂物缺陷。

附图说明

图1是本发明提供的多流弧形通道感应加热中间包的结构示意图；

图2是本发明提供的图1的A-A向剖视图；

图3是现有的直线型通道的多流弧形通道感应加热中间包和本发明的多流弧形通道感应加热中间包的浇铸区内的钢水温度对比图；

图4是本发明提供的加热功率为800kW时的多流弧形通道感应加热中间包的温度分布图；

图5是本发明提供的加热功率为1000kW时的多流弧形通道感应加热中间包的温度分布图；

图6是本发明提供的加热功率为1200kW时的多流弧形通道感应加热中间包的温度分布图。

其中，

1注流区；2浇铸区；3钢包长水口；4浇铸水口；5耐火材料墙；6弧形通道；7铁芯；8线圈；9冷却通道。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的T型中间包的内部空间有限，连通注流区和浇铸区的直线型通道长度会比较短，加热效率较低的问题，如图1和图2所示，本发明提供了一种多流弧形通道感应加热中间包，该多流弧形通道感应加热中间包包括注流区1和浇铸区2，注流区1设有钢包长水口3，浇铸区2设有浇铸水口4，注流区1和浇铸区2之间设有耐火材料墙5，注流区1和浇铸区2之间的耐火材料墙5内设有两条弧形通道6，每条弧形通道6均连通注流区1和浇铸区2，两条弧形通道6中的每条弧形通道6的圆心在该弧形通道6朝向另一弧形通道6的一侧，电磁感应加热装置的铁芯7环绕一条弧形通道6，铁芯7上的线圈8位于两条弧形通道6之间，电磁感应加热装置与控制系统连接，控制系统的连续测温装置布置在浇铸区2内。

本发明中，弧形通道6的半径为r，3m≤r≤6m，例如，可以为4m或者5m。

本发明中，在两条弧形通道6之间的耐火材料墙5内设有冷却通道9，铁芯7穿过冷却通道9，通过在耐火材料墙5内设置一个冷却通道9，在电磁感应加热装置工作时，可以采用冷风通向冷却通道9，对冷却通道9内的铁芯7和线圈8进行降温，避免由于温度过高导致铁芯7和线圈8的损坏，可以在冷却通道9内安装非磁性不锈钢保护套，非磁性不锈钢保护套可以对铁芯7和线圈9起到隔离保护的作用，同时对耐火材料墙5起到支撑作用，提高了安全性。

在本发明中，为了防止电磁感应加热装置产生的感应电流形成回路，可以在非磁性不锈钢保护套上以及中间包的壳体上均开设一个由绝缘材料隔离的缝隙。

本发明的多流弧形通道感应加热中间包为T型中间包，电磁感应加热装置和控制系统为现有结构，电磁感应加热装置包括铁芯7、线圈8和电源等部件，控制系统包括计算机和连续测温装置，连续测温装置包括测温管和传感器等部件。

使用本发明中的多流弧形通道感应加热中间包加热钢水的方法包括：

步骤1、精炼后的钢水由钢包通过钢包长水口3进入注流区1，在注流区1短暂停留后流入两条弧形通道6；

步骤2、注流区1的钢水流入两条弧形通道6，电磁感应加热装置对两条弧形通道6内的钢水进行加热，并使钢水在磁场的作用下产生箍缩效应，使钢水中的部分夹杂物吸附在两条弧形通道6的内壁；

当钢水在两条弧形通道6内流动时，电磁感应加热装置的电源给线圈8供电，产生交变磁场，使位于两条弧形通道6内的钢水产生感应电流和焦耳热，使弧形通道6内的钢水的温度升高，实现对弧形通道6内的钢水的感应加热，由于弧形通道6较长，因此，对钢水的加热时间较长，可以达到很好的加热效果，同时，在电磁感应加热装置对两条弧形通道6内的钢水进行加热的过程中，会使弧形通道6内的导电的钢水在磁场的作用下产生箍缩效应，相应的不导电的夹杂物就会受到一个相反的作用促使它向弧形通道6的壁面运动进而使部分夹杂物吸附在弧形通道6的内壁上，去除了部分夹杂物，由于钢水在弧形通道6内停留的时间相对于在直线型通道内停留的时间较长，因此去除的夹杂物也较多，可以减少铸坯夹杂物的缺陷，其中，吸附在弧形通道6的内壁上的夹杂物在浇铸结束后使用钢水冲刷去除；

步骤3、加热后的钢水从两条弧形通道6内流出并交汇在一起，钢水中的剩余夹杂物互相碰撞聚合长大并被顶渣吸附去除；

被加热后的钢水在弧形通道6被加热后流入浇铸区2，如图1所示，在本发明中，两条弧形通道6中的每条弧形通道6的圆心在该弧形通道6朝向另一弧形通道6的一侧，即两条弧形通道6的圆心均在两条弧形通道6之间，如此设计，可以使得钢水在从两条弧形通道6内流出时，首先交汇在一起并随着浮力作用向上流动，如图1中箭头方向所示，在钢水发生交汇时，能够促进钢水内的夹杂物发生碰撞聚合进而形成体积更大的夹杂物，从弧形通道6内流出的钢水的温度要高于浇铸区2内原有的钢水的温度，高温的钢水的密度要低于低温的钢水的密度，因此，交汇后的高温钢水会产生一个向上的浮力，交汇后由于碰撞聚合而长大的夹杂物会随着高温钢水向上流动而被顶渣吸附去除，因此，由于钢水的交汇可以对钢水进行进一步的夹杂物的去除，进一步减少了铸坯的夹杂物缺陷；同时高温钢水和低温钢水也会产生对流，因此浇铸区2内的钢水的温差逐渐减小，钢水的流动也逐渐趋于平缓，使得浇铸区2内的钢水的温度分布更加均匀，流场分布更加合理，减小了死区体积；同时，又由于从弧形通道6内流出的钢水是首先交汇在一起，再在浇铸区2内扩散开，因此，能够缓解钢水向上的冲击力，避免卷渣，也同时缓解了钢水对浇铸区2的耐火材料墙5的内壁的冲刷，延长了耐火材料墙5的使用寿命。

浇铸区2内的钢水通过浇铸水口4进行浇铸，在本发明中，连续测温装置的测温管能够测量浇铸区2内的钢水的温度，传感器能够将测温管检测的温度的模拟信号转换成电信号后发送给计算机，通过计算机的显示屏显示浇铸区2内的钢水温度，现场人员还可以通过计算机调节电磁感应加热装置的加热档位，通过控制电源供给线圈8的电流大小来调节对弧形通道6内的钢水的加热功率。

如图3所示，是加热功率为1000kW时，钢包长水口3的质量流量为2.7t/min的情况下，连续测温装置测出的直线型通道的多流感应加热中间包和本发明的多流弧形通道感应加热中间包的浇铸区内的钢水温度对比图，可以看出，加热20min后，直线型通道的中间包能将温度加热到1845K，而弧形通道的中间包能将温度加热到1851K，可以明显看出弧形通道的中间包的加热效率更高。在加热初期，两种通道中的高温钢水进入浇铸区均会引起钢水温度的短暂波动，随着加热的进行，温度开始平缓上升，最后趋于平稳。

如图4所示，为以容量为40t的多流弧形通道感应加热中间包为例，图中左边代表注流区1的温度分布侧视图，右边代表浇铸区2的温度分布侧视图，当钢包长水口3的质量流量为3.3t/min，加热功率为800kW时，精炼后的钢水从钢包长水口3进入注流区1，温度控制在1823K，短暂停留后进入弧形通道6，由于大部分的焦耳热都分布在弧形通道6内，钢水流过通道3时会被迅速的加热，温度从1823K上升到1855K，所以流出弧形通道6的钢水的温度要远高于浇铸区2内的原有钢水的温度。高速流出通道的钢水首先交汇在一起，会起到一个缓冲的作用，同时也有利于夹杂物的碰撞长大形成更大的夹杂物，进而促进夹杂物的上浮去除，然后由于高温钢水和低温钢水密度差的原因高温钢水会向上流动，所以浇铸区2上部的温度首先上升，由于密度差的存在会使浇铸区2产生一个对流的现象，所以高温区会逐渐扩散直到几乎占据整个浇铸区2，仅下部温度偏低，随着温度差的逐渐接近，钢水流动趋于平缓。在感应加热的作用下，钢水的出口温度可以被精确地控制在一个合适的值，进而使浇铸温度保持稳定，从而改善铸坯的质量，夹杂物的去除率达到67.51％。

如图5所示，为以容量为40t的多流弧形通道感应加热中间包为例，当钢包长水口3的质量流量为3.3t/min，加热功率为1000kW时，精炼后的钢水从钢包长水口3进入注流区1，温度控制在1823K，和加热功率为800kW时一样从弧形通道6流出的钢水同样会产生一个上升流，但是从弧形通道6流出钢水的温度要比加热功率为800kW时高，温度上升到1860K，这样浮力就起到了更大的作用。随着浇铸区2上部和下部的钢水的密度差的加大，会在浇铸区2产生一个更强的对流，从而使钢水的温度分布更均匀，夹杂物的去除率更高，达到81.36％。

如图6所示，为以容量为40t的多流弧形通道感应加热中间包为例，当钢包长水口3的质量流量为3.3t/min，加热功率为1200kW时，钢水的温度升高到1865K，因此对流变得更强，更有利于夹杂物的碰撞和去除，上部高温区向下蔓延的更快，钢水温度的均匀化更快，夹杂物的去除率达到93.12％。

在本发明中，通过在多流弧形通道感应加热中间包的注流区1和浇铸区2之间设置两条弧形通道6，注流区1的钢水流入两条弧形通道6内，在两条弧形通道6内被电磁感应加热装置进行充分加热，同时去除钢水中的大部分夹杂物，加热后的钢水首先在浇铸区2交汇，交汇的过程中剩余的体积较小的夹杂物产生聚合长大，并通过顶渣去除。本发明的多流弧形通道感应加热中间包无需改变现有T型中间包的体积，无需增加注流区1的钢包长水口3与浇铸区2的浇铸水口4之间的距离，便可以增加通道的长度，增加了加热效率，同时，在相同的加热功率下，由于通道的长度加长，使得浇铸区2的钢水的温度更高，加热效果更好，同时，由于弧形通道6较长，可以去除更多的夹杂物，又由于两条弧形通道6中的每条弧形通道6的圆心在该弧形通道6朝向另一弧形通道6的一侧，使得经过两条弧形通道6后的钢水首先在浇铸区2进行交汇，使体积较小的夹杂物发生聚合长大后通过顶渣去除，去除夹杂物的效果更好，减少了铸坯的夹杂物缺陷。