一种智能化多功能冶金中间包的制作方法

本实用新型涉及钢铁连铸冶金技术领域，尤其涉及一种智能化多功能冶金中间包。

背景技术：

中间包作为连铸冶炼过程中连接大包和结晶器过程中的最后一个耐火材料容器，中间包冶金是一项特殊的炉外精炼技术，是获得高质量连铸坯的关键环节。

在炼钢浇铸过程中，中间包除了稳定注流、实现多炉连浇外，更重要的是起到促进夹杂物的上浮排除和纯洁钢水的重要作用。而这些关键性因素与间包内钢水过热度稳定性的控制以及中间包内均匀流场的合理性息息相关。在中间包冶金工艺过程中，存在着这样一个对立的点：若希望连铸坯的中心偏析指数越低，那么中间包的过热度尽可能低，但若希望连铸坯的夹杂物指数越低，那么中间包的过热度尽可能提高以有利于夹杂物的碰撞及上浮运动，因此，为了同时消除或减少连铸坯内的偏析和夹杂物等缺陷，必须将中间包内的钢水温度控制在很窄的范围内，而目前国外以及国内大部分钢厂正试着通过中间包通道式感应加热精炼技术去改善这一问题，近年逐步推广应用的中间包通道式感应加热装置正式成为一种中间包温度补偿和夹杂物去除的最有效的手段。

但是在实际应用中，大部分钢厂包型均是以t型中间包为主，若上感应加热设备，那么感应线圈只能布置于中间包钢水的冲击区和中间包浇铸区之间，感应线圈沿大包长水口（大包水口受钢器）浇铸方向中心线布置，感应线圈两侧的感应通道呈八字型布置用来连接冲击区及浇铸区的钢液，从而形成一个完整的环路对钢液进行感应加热，考虑到投用功率比较大，使用环境的安全可靠性，势必造成感应器所占空间比较大，而通常情况下，长水口落点和浸入式水口落点间距一般在800mm~1200mm之间，其对于多流奇数流如5流、尤其是7流，存在着中间流流场不理想的情况（如图1所示，中部没有流场且为低温区，中间包两侧有流场的为高温区），大部分情况下，我们必须通过坝或堰去缓解这一问题，但对于特钢的冶金过程，由于钢水的高温冲刷，其实这些坝或堰也成为了一种的污染源。

另一方面，对于通道式感应加热中间包来说，在整个连铸过程中要根据工艺要求来控制感应加热的投用功率。在连铸初期，由于大包钢水温度较高，此时感应加热中间包几乎不需要投用大功率，而在连铸中后期，由于大包钢水温度下降，尽管中间包蓄热充分，但整体钢水的温度下降要求中间包内钢水需要开启感应加热来补充钢水温降。这时，中间包感应加热的附加效果，如温度差的上升流以及通道内的箍缩效应去夹杂效果才得以发挥，如专利cn104249149a提到了中间包感应加热配合通道吹氩，试图能够应用在连铸全过程中去除夹杂物及均匀钢水温度。但这种方式只解决了过程问题，未解决多数奇数流5流、7流流场的根本问题，同时通道吹氩相当于也降低了中间包出通道的温度，势必削弱中间包感应加热本身温度差引起密度上升流的附加效果。

因此，开发一种智能化多功能冶金中间包通道式感应加热与智能化多功能冶金中间包电磁搅拌相结合的冶金新工艺和一套可行性的装置是我们目前乃至将来亟需研发的具有重大意义的集成设备。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种智能化多功能冶金中间包，将电磁搅拌及感应加热双集成全过程的冶金工艺及装置，一方面通过多相模块化电磁搅拌对中间包冶金前、中、后期进行搅拌，改善中间包钢水和最终产品纯净度，均匀各流间温度和成分，另一方面，配合中间包通道式感应加热解决前、中、后期，钢水过热度恒温浇铸，提高浇铸连浇炉数，降低钢水夹杂物指数；形成一套智能化多功能冶金中间包冶金的全过程全新设备。

本实用新型的技术方案是：一种智能化多功能冶金中间包，其包括：

包体，其内设有第一耐火材料层将包体隔成上下设置的冲击区和浇铸区；所述浇铸区内的钢水流为m个奇数流，m为正整数；

流钢通道，连通于所述冲击区和浇铸区之间、且与冲击区和浇铸区形成一闭合环路；

感应加热装置，所述感应加热装置在冲击区和浇铸区分界处贯穿所述中间包，所述感应加热装置的激励线圈在所述闭合环路中；

电磁搅拌装置，在所述包体的侧壁外侧设置，其包括n个多相模块组，每个模块组中包括k个模块，其中，n≥2，k=3或6。

上述多相模块组表示每组的搅拌装置的组合形式是独立的，通过模块化后的搅拌装置由于单个模块所占用的安装空间小、并且形式独立、安装拆卸便捷可靠，对中间包内钢水的搅拌起更好地作用。

上述方案中，通过感应加热装置实现电磁感应加热可降低浇注过热度，有利于铸坯的等轴晶变细且增多，同时，通过智能化多功能冶金中间包电磁搅拌可延长钢液的停留时间及混合区比例，可以彻底改善多流奇数流如5流，尤其是7流中间流的死区比例，提高了智能化多功能冶金中间包冶金的“去夹杂”功能。

优选的，当k=3时，3个模块互成120°的三相结构；当k=6时，6个模块之间互成60°的六相结构；3或6个模块自智能化多功能冶金中间包的纵向中心向下倾斜设置，其中心连线与水平线的夹角为0~15°。

优选的，当n=2时，该两模块组均按u、v、w的顺序排列，形成智能化多功能冶金中间包内部搅拌方向相反的双台组合环形搅拌结构。

优选的，当n＞2时，其中有一组为u、v、w的顺序排列，其余为调换u、v、w的任意两相顺序排列，形成智能化多功能冶金中间包内部搅拌方向为一个整体方向的环形搅拌结构。

优选的，所述包体侧壁设有用于容纳电磁搅拌装置的凹槽，通过模块化后的搅拌装置由于单个模块所占用的安装空间小并且形式独立，每个模块可以采用嵌入的方式分别容纳在对应的凹槽中，而不干涉其他相关设备的相关安装及改造。

优选的，所述激励线圈外围设有第二耐火材料层，所述第二耐火材料层连接于第一耐火材料层和智能化多功能冶金中间包内壁之间。

优选的，所述浇铸区内的钢水流数m=5或7，在所述浇铸区内排布且临近电磁搅拌装置设置。

优选的，所述流钢通道直径d=φ100mm-φ200mm、通道长度为l=800mm-1700mm。

优选的，所述流钢通道为2×f个，f≥1且为正整数，分别连通于所述冲击区和浇铸区的两侧，当f=1时，冲击区和浇铸区的两侧各设一个；当f>1时，冲击区和浇铸区的两侧平均分配。

与相关技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

一、在连铸浇铸整个阶段中，利用智能化多功能冶金中间包感应加热技术配合多相模块化电磁搅拌实现智能化多功能冶金中间包全过程搅拌和加热的冶金效果，改善多数流智能化多功能冶金中间包浇注区和浇注区远端的钢液流动性能；

二、通过智能化多功能冶金中间包电磁感应加热可降低浇注过热度，有利于铸坯的等轴晶变细且增多，同时，通过智能化多功能冶金中间包电磁搅拌可延长钢液的停留时间，可以彻底改善多流奇数流如5流，尤其是7流中间流的死区比例，提高了智能化多功能冶金中间包冶金的“去夹杂”功能；

三、通过多相模块化电磁搅拌可以对智能化多功能冶金中间包内钢水流动性能进行针对性地实时调节，降低或减少挡坝及挡堰的消耗，减少了耐材消耗对钢水品质的污染，提高了特钢品质。

附图说明

图1为现有的多流智能化多功能冶金中间包感应加热流场分布示意图；

图2为本实用新型提供的智能化多功能冶金中间包的截面示意图；

图3为沿图2的仰视结构示意图；

图4为本实用新型提供的智能化多功能冶金中间包电磁搅拌机感应加热双集成系统下的流场分布示意图；

图5为本实用新型提供的智能化多功能冶金中间包电磁搅拌机感应加热双集成系统下的钢水rtd曲线图。

附图中，1-包体、2-第一耐火材料层、3-冲击区、4-浇铸区、5-流钢通道、6-感应加热装置、7-电磁搅拌装置、8-第二耐火材料层。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

实施例一

如图2~图5所示，本实施例提供的一种智能化多功能冶金中间包包括包体1、感应加热装置6和电磁搅拌装置7。所述包体1内设置有第一耐火材料层2，所述第一耐火材料层2将包体1隔成上下设置的冲击区3和浇铸区4。钢水经流所述冲击区3两侧，并通过两侧的流钢通道5与浇铸区4连通构成一个闭合环路，从而形成一个类似于变压器短路的工作形式。所述流钢通道5的数量为两个。由于被连通的钢水具有电导率，并且在流钢通道5内钢水的截面积相比其它位置较小，电流密度比较大，因此，在流钢通道5内为主要的发热区域。感应加热装置在冲击区和浇铸区分界处贯穿所述智能化多功能冶金中间包，所述感应加热装置的激励线圈在所述闭合环路中，即感应加热装置安装于该发热区域，可以对环路中截面较小电阻较大的流通通道进行集中加热。通过钢水的连续测温装置及内部的钢水重量等数据反馈给上位机，其可实现感应加热装置6与钢水温度的实施在线连续调节。本实用新型提供的智能化多功能冶金中间包在常规中间板的基础上引入了电磁感应加热和电磁搅拌技术，可以通过在线连续测温信号反馈给电控系统而执行加热功能率智能调节。其中，测温装置、重量感应器和上位机均为现有技术，本领域技术人员能够实现，因此，其具体结构原理在此不再赘述。

所述流钢通道的材质为耐高温材料制成，其数量为两个，其通道直径为：d=φ100mm-φ200mm、通道长度为l=800mm-1700mm。

电磁搅拌装置7在所述包体1的侧壁外侧设置，其包括2个多相模块组，每个模块组中包括3个模块，3个模块互成120°的三相结构，3个模块自智能化多功能冶金中间包的纵向中心向下倾斜设置（如图3所示），其中心连线与水平线的夹角β为0~15°。且该两模块组均按u、v、w的顺序排列，且u、v、w的顺序相对排列，形成智能化多功能冶金中间包内部搅拌方向相反的双台组合环形搅拌（如图4所示）。

所述包体1侧壁设有用于容纳电磁搅拌装置7的凹槽，电磁搅拌装置7的每个模块都是独立的，将独立的模块集成后，其安装空间小，可以嵌入的方式安装在对应的凹槽中。

所述感应加热装置6的激励线圈外围设有第二耐火材料层8，所述第二耐火材料层8连接于第一耐火材料层2和智能化多功能冶金中间包内壁之间。

所述浇铸区内的钢水流数m=5或7，在所述浇铸区内排布且临近电磁搅拌装置设置。

本实施例提供的一种智能化多功能冶金中间包浇铸方法，包括：

在连铸初期，大包的钢水通过长水口进入智能化多功能冶金中间包冲击区内，当钢水达到一定的液位后，分别在冲击区和浇铸区加入保护渣形成渣层。

在初期由于钢水有较高的过热度，因此，不需要开启感应加热装置，同时，改造后的包体1由于大包落点与浇铸水口距离比较近，一般在800mm-1200mm之间，并且感应加热装置6需要占用包体空间，因此，对于多流奇数流如5流、尤其是7流，不论是前期、中后期均存在着中间流场不理想的情况，为达到更好的冶金效果，此时，开启模块化电磁搅拌装置7，电磁搅拌装置7可以根据u、v、w三相的顺序，来控制磁场运动方向，磁场在钢液中产生感应电流并与主磁场共同作用，则形成推动钢水运动的洛仑磁力，另外，可根据模块装置的不同的安装高度即磁场运动角度，形成钢液可控的向上或向下的运动，以此来控制包体1内钢液的运动状态从而改善多流智能化多功能冶金中间包流场及温度场不均匀问题。

冲击区内钢水从通道进入浇铸区后，在特定方向的多相磁场搅拌的作用下，流股向浇铸区各个方向进行混合，从而有效去除了智能化多功能冶金中间包内部死区面积，增加了钢水的平均停留时间及混合区体积，同时，也增加了夹杂物碰撞长大的几率，改善了智能化多功能冶金中间包钢水和最终产品的纯净度；在连铸中、后期，投用感应加热对智能化多功能冶金中间包内的钢水进行加热，稳定浇铸过热度波动的恒定，由于通道内的钢水受到电磁箍缩力和热浮力的作用，从通道流出的钢水携带夹杂物上浮至渣层而被吸附去除。电磁搅拌装置与感应加热装置同时工作，直至完成浇铸。

实施例二

本实施例与实施例一不同的是：电磁搅拌装置7在所述包体1的侧壁外侧设置，其包括2个以上的多相模块组，每个模块组中包括3个模块，3个模块互成120°的三相结构，其中一个模块组按u、v、w的顺序排列，另外一组为调换u、v、w的任意两相顺序排列（如u、w、v等），由此智能化多功能冶金中间包内部搅拌方向为一个整体方向的环形搅拌。

实施例三

本实施例与实施例一不同的是：电磁搅拌装置7在所述包体1的侧壁外侧设置，其包括2个以上的多相模块组，每个模块组中包括6个模块，6个模块之间互成60°的六相结构，其中一个模块组按u、v、w的顺序排列，其余的为调换u、v、w的任意两相顺序排列，由此智能化多功能冶金中间包内部搅拌方向为一个整体方向的环形搅拌。同样，6个模块自智能化多功能冶金中间包的纵向中心向下倾斜设置，其中心连线与水平线的夹角为0~15°。

实施例四

本实施例与实施例三不同的是：电磁搅拌装置7在所述包体1的侧壁外侧设置，其包括2个多相模块组，每个模块组中包括6个模块，6个模块之间互成60°的六相结构，且该两模块组均按u、v、w的顺序排列，形成智能化多功能冶金中间包内部搅拌方向相反的双台组合环形搅拌。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。