一种中间包超导感应加热装置

1.本发明属于金属热处理领域，具体涉及一种中间包超导感应加热装置，用于连铸炼钢过程中对钢液的补热环节。


背景技术：

2.在连铸过程中，连铸机拉速高，漏斗形结晶器形状不规则，钢水在结晶器里凝固前沿环境要求很高，为了得到质量均匀的产品，对进入结晶器钢水的过热度稳定性要求很高，为了获得优质的连铸坯，希望钢水在中间包内继续得到精炼和温度的调整，钢水温度始终保持在最佳的过热度上下，其波动越小越好，中间包的补热过程就越显重要。
3.中间包钢水温度控制有以下三种方法：1)最大能量损失原则，按出钢温度上限出钢
→
钢包站调温(如加废钢冷却)
→
中间包目标温度值；2)优化能量损失原则，即严格按温度损失来决定出钢温度，在钢包站不降温、不加热以达到中间包目标所需温度值；3)最小能量损失原则，按预定温度出钢，在钢包或中间包补充少量能量以达到目标温度值。方法1)由于对生产组织有利，但是出钢温度高造成炉子和钢包耐火材料寿命低，消耗增加，对钢质量不利。方法2)是按炼钢过程能量优化原则以决定出钢温度，是一种理想的状态，要求准确掌握从出钢到浇注过程中各工序的温降，这在实际生产中由于各种因素的影响很难实现。方法3)是向中间包提供外加能量，安装加热设备，可以提高炉衬寿命，能准确控制中间包钢水温度，使其波动范围最好控制在
±
5℃之间，获得稳定合适的中间包钢水温度，有利于实现低过热度浇铸。
4.目前开发出多种形式的中间包加热方法，应用最为广泛的是等离子体加热和电磁感应加热。等离子体加热方法由于起弧困难、噪声大和加热效率低等问题，适用效果往往不尽人意。
5.而中间包电磁感应加热方式的优点显著，它加热速度快，电热效率高，钢水不易沾污；适用过程中还可以起到电磁搅拌作用，有利于夹杂物的去除，有可能用于改变中间包内钢水流动规律来达到一定得冶金效果；过程温度控制方便，最关键的是可较为精确的控制浇铸钢液的过热度。
6.钢水的浇铸温度是连铸的重要工艺参数，是浇铸顺行的前提和获得良好质量铸坯的基础，但是获得最佳的过热度仅仅依靠精确控制钢包到中间包过程中的钢水温降难以实现，必须采取温度补偿措施。在各种中间包加热方法中，电磁感应加热以其显著的优越性得到了广泛应用，是最佳的温度补偿措施。现行的连铸机拉速较高，平均拉速已超过4m/s，为适应高拉速高质量的连铸效果，连铸应用中间包感应加热技术迫在眉睫。总而言之，在激烈的市场竞争中唯有依靠质量才能取胜，连铸机依靠自身的独特优势，须不断完善工艺技术，提高产品的多样性和稳定性，才能实现可持续的发展。


技术实现要素：

7.由于在实际生产中的中间包流口处补热效果不佳，在进入结晶器过程中钢液产生
温差，最终影响成型的钢种质量，因此本发明的目的是在连铸炼钢过程中进行中间包流口的补热，从而提出一种中间包超导感应加热装置，钢液在流动过程中切割磁感线，从而产生焦耳热进行温度补偿。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种中间包超导感应加热装置，包括超导磁体系统、铁轭系统、可调气隙铁轭系统、通流导管、支撑台架、水冷机系统、远程操作平台和加热气隙空间；
10.所述的超导磁体系统包括超导磁体线圈、低温容器、真空容器和超导开关；所述的超导磁体线圈放置于低温容器中，低温容器由拉杆固定在真空容器中，通过制冷机来对超导磁体线圈提供所需的低温环境，同时，低温容器与真空容器相连并密封；
11.外部的所述可调气隙铁轭系统和通流导管之间构成加热气隙空间；
12.所述铁轭系统包括端部铁轭和铁芯结构，所述的铁芯结构位于所述超导磁体系统的室温孔中，所述铁轭系统放置于所述室温孔两端位置，用于将超导磁体系统产生的强静磁场传递到加热气隙空间中；
13.所述可调气隙铁轭系统与铁轭系统相连，通过调节可调气隙铁轭系统的铁轭位置，可以调节加热气隙空间的大小，从而适应不同直径的通流导管；
14.所述的支撑台架位于超导磁体系统与铁轭系统的下方，用于将整个中间包超导感应加热装置与地面隔离，从而延长所述中间包超导感应加热装置的寿命；
15.所述的铁轭系统和可调气隙铁轭系统内部装有无磁材料构成的水冷管道，超导磁体系统在工作时，水冷机系统通过水冷管道中的冷却水的流通，降低铁轭系统和可调气隙铁轭系统上产生的高温，使铁轭系统得到保护；
16.所述的远程操作平台用于监测通流导管中钢液的流动情况和钢液的加热效果，保证钢液在流过通流导管后有温度补偿。
17.进一步地，所述的超导磁体线圈由低温超导材料或高温超导材料绕制而成。
18.进一步地，所述的超导磁体系统在运行时，先对真空容器抽真空，通过制冷机提供超导磁体线圈运行所需的低温环境；而后对超导磁体线圈进行通电励磁，当达到目标电流值后，闭合超导开关，使超导磁体系统闭环运行，无需外部进行供电。
19.进一步地，所述的铁轭系统和可调气隙铁轭系统采用dt4c电工纯铁材料。
20.进一步地，所述的超导磁体线圈励磁后产生的强静磁场通过铁轭系统和可调气隙铁轭系统传递到加热气隙空间中，磁感线通过所述铁轭系统的铁芯结构、端部铁轭和可调气隙铁轭系统形成闭合回路。
21.进一步地，所述的通流导管放置于加热气隙的中间位置，通流导管与中间包和结晶器相连，用于将中间包的钢液输入到结晶器中，通过钢液在通流导管中流动，切割加热气隙空间中的磁感线，产生涡流损耗，进而产生焦耳热，从而对钢液进行补热。
22.进一步地，所述的远程操作平台由温度传感器监视器、位移传感器监视器、超导磁体励磁电源和上位机电脑构成，分别监测钢液和超导磁体系统的温度变化、控制可调气隙铁轭系统的铁轭位置和对超导磁体系统进行一键励磁，发生故障时进行报警提示。
23.进一步地，所述的可调气隙铁轭系统由多块矩形铁轭构成，通过远程操作平台的控制系统进行调控，通过控制单独铁轭的位置和距离，实现对加热气隙空间气隙大小的调节。
24.进一步地，所述的超导磁体线圈采用螺线管形磁体、马鞍形线圈或跑道型线圈。
25.有益效果：
26.本发明的目的是在连铸炼钢过程中，将钢液从中间包流入结晶器过程中进行温度补偿，常用的补热措施有等离子体加热和电磁感应加热两种，等离子体加热的加热方式问题较多，有起弧困难；易熄弧；使用时噪声大，使人难以承受；等离子体产生的电磁辐射对弱电系统有比较大的干扰；加热效率低等问题，实际使用效果较差；采用超导电磁感应加热方式的优点显著，它加热速度快，电热效率高，节省电能消耗，钢水不易沾污；某些类型还有一定的电磁搅拌作用，有利于夹杂物的去除，过程温度控制方便。
附图说明
27.图1是本发明的一种中间包超导感应加热装置的结构示意图；
28.图中：1超导磁体系统、2铁轭系统、3可调气隙铁轭系统、4通流导管、5支撑台架、6水冷机系统、7远程操作平台、8加热气隙空间；
29.图2是本发明的可调气隙铁轭系统示意图；
30.图3是本发明的加热气隙空间示意图。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
32.如图1所示，本发明的中间包超导感应加热装置包括超导磁体系统1、铁轭系统2、可调气隙铁轭系统3、通流导管4、支撑台架5、水冷机系统6、远程操作平台7和加热气隙空间8。所述的超导磁体系统1和铁轭系统2放置于支撑台架5上。外部的可调气隙铁轭系统3和通流导管4构成加热气隙空间8，通流导管4位于加热气隙空间8的中间位置。所述的可调气隙铁轭系统3由多块矩形铁轭构成，通过远程操作平台7的控制系统进行调控，可以控制单独铁轭的位置和距离，实现对加热气隙空间8气隙大小的调节。水冷机系统6位于超导磁体系统1的后侧，在加热气隙空间8中放置通流导管4，超导磁体系统1的配置由远程操作平台7进行调配。
33.所述的超导磁体系统1包括超导磁体线圈、低温容器、真空容器和超导开关；所述的超导磁体线圈可以采用螺线管形磁体、马鞍形线圈或跑道型线圈，所述的超导磁体线圈放置于低温容器中。低温容器由拉杆固定在真空容器中，通过制冷机来对超导磁体线圈提供所需的低温环境，同时，低温容器与真空容器相连并密封。所述的超导磁体线圈可由低温超导材料或高温超导材料绕制而成。所述的超导磁体系统1在运行时，需要先对真空容器抽真空，通过制冷机提供超导磁体线圈运行所需的低温环境；而后对超导磁体线圈进行通电励磁，当达到目标电流值后，闭合超导开关，使超导磁体系统闭环运行，无需外部进行供电。当超导磁体系统1正常运行后，在加热气隙空间8产生强静磁场，打开中间包流口，使钢液流过通流导管4，切割磁感线，产生焦耳热进而对钢液进行补热。
34.所述铁轭系统2包括端部铁轭和铁芯结构，磁感线通过铁芯结构、端部铁轭和可调
气隙铁轭系统3的铁轭形成闭合回路。所述的铁芯结构位于超导磁体系统1的室温孔中，铁轭系统2放置于超导磁体系统1的室温孔两端位置，用于将超导磁体系统1产生的强静磁场传递到加热气隙空间8中，与铁轭系统2相连的为可调气隙铁轭系统3，通过调节可调气隙铁轭系统3的铁轭位置，可以调节加热气隙空间8的大小，从而可以适应不同直径的通流导管4。铁轭系统2和可调气隙铁轭系统3中含有水冷管道，由不导磁材料制作，与水冷机系统6相连。所述水冷机系统6安装于中间包超导感应加热装置附近，水冷机系统6中通流冷却水，用于超导磁体系统1与铁轭系统2、可调气隙铁轭系统3的降温。所述的铁轭系统2和可调气隙铁轭系统3采用dt4c电工纯铁材料。所述的超导磁体线圈励磁后产生的强静磁场可以通过铁轭系统2和可调气隙铁轭3传递到加热气隙空间8中。
35.所述的可调气隙铁轭系统3通过远程操作平台7进行调控，可以根据实际升温需要进行加热气隙空间8的调控，控制可调气隙铁轭系统3的铁轭的位置和距离，实现对钢液补热温升的调节。
36.所述的通流导管4放置于加热气隙空间8中，通流导管4与中间包和结晶器相连，用于将中间包的钢液输入到结晶器中，通过钢液在通流导管4中流动，切割加热气隙空间8中的磁感线，产生涡流损耗，进而产生焦耳热，从而对钢液进行补热。所述的通流导管4由耐高温的金属氧化物陶瓷构成。
37.所述的支撑台架5位于超导磁体系统1与铁轭系统2的下方，用于将整个超导磁体系统与地面进行隔离，从而可以延长中间包超导感应加热装置的寿命。
38.所述的水冷机系统6用于冷却超导磁体系统1中的制冷机和铁轭系统2、可调气隙铁轭系统3。铁轭系统2中包含无磁的水冷管道，用于保护铁轭系统2，避免因为近距离接近高温熔融钢液而损坏。所述的铁轭系统2和可调气隙铁轭系统3内部装有无磁材料构成的水冷管道，超导磁体系统1在工作时，水冷机系统6通过水冷管道中的冷却水流通，降低铁轭系统2和可调气隙铁轭系统3上产生的高温，使铁轭系统2和可调气隙铁轭3得到较好的保护。
39.所述的远程操作平台7用于监测通流导管4中钢液的流动情况和钢液的加热效果，保证钢液在流过通流导管4后可以有较好的温度补偿。所述的远程操作平台7由温度传感器监视器，位移传感器监视器，超导磁体励磁电源和上位机电脑构成，分别监测钢液和超导磁体系统1的温度变化、控制可调气隙铁轭系统3的铁轭位置和对超导磁体线圈进行一键励磁，发生故障时可以进行报警提示。
40.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。