一种结晶器液面波动抑制装置

摘要

本发明公开了一种结晶器液面波动抑制装置，属于结晶器工艺优化技术领域。本发明包括聚流机构、分流机构及连接机构，聚流器侧面设有与其相连通的聚流口，聚流器内部设有挡流板，聚流器上部设有圆形孔，该圆形孔与其上方的连接管相连通；上述的聚流机构、分流机构及连接机构由低碳钢部件构成，低碳钢部件的内外表面均设有涂覆层，该涂覆层由如下质量百分比的组分组成：85％CaO、1.8％MgO、3.2％MnO、0.5％Al2O3、1.5％SiO2、0.05％FeO、0.15％Fe2O3、4％ZrO2、3.8％Cr2O3。本发明能够抑制高拉速下结晶器液面波动，且能够有效抑制分流器水口上释放钢液量不均匀的现象。

权利要求

1.一种结晶器液面波动抑制装置，其特征在于：包括聚流机构、分流机构及连接机构，其中：所述的聚流机构包括聚流器(1)、挡流板(2)、出流口(3)、连接管和聚流口(9)，所述的聚流器(1)为一圆柱体，该圆柱体内部设有圆柱体空腔，聚流器(1)侧面设有与其相连通的聚流口(9)，聚流口(9)上边沿向上方倾斜；所述的聚流器(1)内部设有挡流板(2)，该挡流板(2)固定于聚流器(1)与聚流口(9)上边沿的连接处，挡流板(2)向下方倾斜；所述的聚流器(1)上部设有圆形孔，该圆形孔与其上方的连接管相连通；所述的出流口(3)为一中心带通孔的矩形块，所述的连接管与其上方的出流口(3)相连通；

所述的分流机构包括分流器(7)，所述的分流器(7)为一长方体，分流器(7)本身上部设有6个通孔，且通孔的形状为长方形与两个半圆的组合，分流器(7)本身下部设有矩形凹槽；

所述分流器(7)上部的6个通孔沿着分流器(7)两侧对称分布，且从分流器(7)的中心向分流器(7)两侧，通孔的径向截面积依次增大；

所述的连接机构包括吊柱(4)和大吊柱(6)，所述的出流口(3)上表面的四个角分别与4根吊柱(4)的一端相连，上述4根吊柱(4)的另一端与分流器(7)下表面相连；所述的大吊柱(6)一端与分流器(7)上表面的中心点相连，大吊柱(6)另一端与外界相连；

上述的聚流机构、分流机构及连接机构由低碳钢部件构成，所述的低碳钢部件的内外表面均设有涂覆层；

所述涂覆层由如下质量百分比的组分组成：85％CaO、1.8％MgO、3.2％MnO、0.5％Al2O3、

1.5％SiO2、0.05％FeO、0.15％Fe2O3、4％ZrO2、3.8％Cr2O3。

2.根据权利要求1所述的一种结晶器液面波动抑制装置，其特征在于：所述的聚流口(9)上边沿向上倾角＝浸入式水口(10)侧孔向下倾角×2。

3.根据权利要求2所述的一种结晶器液面波动抑制装置，其特征在于：所述的挡流板(2)向下倾角为16°。

4.根据权利要求3所述的一种结晶器液面波动抑制装置，其特征在于：所述的大吊柱(6)与中间包底部或外部支架相连。

说明书

一种结晶器液面波动抑制装置

[0001] 本发明专利申请是针对申请号为：2015102407498的分案申请，原申请的申请日为：2015-05-12，发明创造名称为：一种有效抑制结晶器液面波动的装置。

技术领域

[0002] 本发明涉及结晶器工艺优化技术领域，更具体地说，涉及一种结晶器液面波动抑制装置。

背景技术

[0003] 在连铸工艺的生产过程中，钢液从中间包通过浸入式水口进入结晶器。当拉坯速度较高时，结晶器内会有较大的液位波动，这是因为在同一结晶器宽度下，拉速增大，流股流出水口侧孔的速度和流量增大，流股对结晶器窄面的冲击力增大，导致流股的上回流强度增大，上回流区与渣面的剪切力增大，造成整个结晶器液面不同程度的波动，其中以接近弯月面的部分波动尤为明显，且高拉速会造成下回流强度的增大，使大量夹杂物随液流进入钢液深部，再难上浮。

[0004] 结晶器液位较大波动带来的危害主要有：(1)液面波动会增加结晶器钢水的卷渣风险，铸坯内夹杂物含量超标将会严重影响铸坯和最终产品的质量；(2)液面波动会影响结晶器保护渣的三层结构，破坏结晶器保护渣的润滑性和传热平衡；(3)结晶器液面波动严重时，甚至会造成铸坯的纵裂漏、夹杂漏等恶性生产事故。

[0005] 如何在保证产量与产品质量的前提下抑制结晶器液面波动，是困扰钢铁冶金生产企业多年的难题。通过专利检索，目前已有相关的技术方案公开，如中国专利号：200710047480.7，申请日：2007年10月26日，发明创造名称为：可控液面流场和波动的连铸结晶器装置，该申请案的抑制结晶器液面波动的装置由浸入式水口、矫直辊、导向辊、输向辊、自消式金属板、保护渣、铸坯、水冷式结晶器和引锭杆组成，该装置是在传统的连铸结晶器设备上新加入矫直辊、导向辊、输向辊和自消式金属板，通过向结晶器内输送自消式金属板来控制结晶器液面波动，其中自消式金属板成分与结晶器内连铸坯的成分相同。针对该申请案，申请人做了多次模拟计算发现：(1)当该自消式金属板被送入结晶器内后，由于该自消式金属板消耗热量较大，打破结晶器内的热平衡，降低结晶器内钢水温度，减小钢水流动性，使化渣与夹渣物上浮难以进行。(2)当该自消式金属板被送入钢水后，其熔化并非是自上而下的，与浸入式水口侧孔喷出的射流直接接触的部分会最先熔化，形成一个洞，这样会难以计算自消式金属板的送入速度，为了保证结晶器中钢水和铸坯的“收支平衡”，铸坯拉速也会很难确定。所以，该申请案提供的技术方案，难以在实际生产过程中予以应用。

[0006] 综上所述，现有技术中虽对结晶器液面波动的控制做出许多实验和研究，但最终难以大规模普及，究其原因有二：(1)控制结晶器液面波动的装置成本过高，且连铸现场处于高温下，挡渣装置不易于维护；(2)控制液面波动的效果不理想，甚至会造成新的危害，得不偿失。如何在连铸过程中实现良好的抑制结晶器液面波动的效果，且能够进一步去除钢水中夹杂物，以实现高纯净钢的冶炼目标，是困扰钢铁冶金生产企业多年的难题。

[0007] 申请人安徽工业大学已于2015年2月27日递交了针对上述问题的发明创造申请，其具体信息如下，申请号：2015100899233，发明创造名称：一种高拉速下抑制结晶器液面波动的装置，申请人：安徽工业大学，申请日：2015年2月27日。但是，该高拉速下抑制结晶器液面波动的装置还存在以下技术缺陷：实际的生产过程中发现，分流器上的分流器水口流出的钢液量分布十分不均匀，从而造成保护渣接受的冲击不均匀，不利于抑制结晶器液面波动。综上所述，如何确保实际的生产过程中抑制结晶器液面波动的装置能够发挥良好的使用效果，是现有技术中亟需解决的技术问题。

发明内容

[0008] 1.发明要解决的技术问题

[0009] 本发明的目的在于克服实际的生产过程中抑制结晶器液面波动的装置无法实现结晶器内良好的抑制液面波动的效果，提供了一种结晶器液面波动抑制装置，采用本发明的技术方案，能够有效抑制高拉速下结晶器的液面波动，进而降低卷渣、铸坯的纵裂漏等发生的几率，有效地去除随结晶器下回流进入钢液深部的夹杂物，且能够有效抑制分流器水口上释放钢液量不均匀的现象。

[0010] 2.技术方案

[0011] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

[0012] 本发明的一种结晶器液面波动抑制装置，包括聚流机构、分流机构及连接机构，其中：

[0013] 所述的聚流机构包括聚流器、挡流板、出流口和聚流口，所述的聚流器为一圆柱体，该圆柱体内部设有圆柱体空腔，聚流器侧面设有与其相连通的聚流口，聚流口上边沿向上方倾斜；所述的聚流器内部设有挡流板，该挡流板固定于聚流器与聚流口上边沿的连接处，挡流板向下方倾斜；所述的聚流器上部设有圆形孔，该圆形孔与其上方的连接管相连通；所述的出流口为一中心带通孔的矩形块，所述的连接管与其上方的出流口相连通；

[0014] 所述的分流机构包括分流器，所述的分流器为一长方体，分流器上部设有若干通孔，分流器下部设有矩形凹槽；所述分流器上部的若干通孔沿着分流器两侧对称分布，且从分流器的中心向分流器两侧，通孔的大小依次增大；

[0015] 所述的连接机构包括吊柱和大吊柱，所述的出流口上表面的四个角分别与4根吊柱的一端相连，上述4根吊柱的另一端与分流器下表面相连；所述的大吊柱一端与分流器上表面的中心点相连，大吊柱另一端与外界相连；

[0016] 上述的聚流机构、分流机构及连接机构由低碳钢部件构成，所述的低碳钢部件的内外表面均设有涂覆层。

[0017] 作为本发明的更进一步改进，所述涂覆层由如下质量百分比的组分组成：85％CaO、1.8％MgO、3.2％MnO、0.5％Al2O3、1.5％SiO2、0.05％FeO、0.15％Fe2O3、4％ZrO2、3.8％Cr2O3。

[0018] 作为本发明的更进一步改进，所述的聚流口上边沿向上倾角＝浸入式水口侧孔向下倾角×2。

[0019] 作为本发明的更进一步改进，所述的挡流板向下倾角为16°。

[0020] 作为本发明的更进一步改进，所述的大吊柱与中间包底部或外部支架相连。

[0021] 作为本发明的更进一步改进，所述的分流器上部设有6个通孔，上述6个通孔关于大吊柱对称分布。

[0022] 3.有益效果

[0023] 采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

[0024] (1)本发明的一种结晶器液面波动抑制装置，由聚流机构、分流机构及连接机构共同构成了特定结构的抑制结晶器液面波动的装置，通过水模实验发现：拉坯速度越大，浸入式水口侧孔的射流强度越大，倾斜向下的射流喷射到结晶器壁的强度越大，所形成的向上和向下的两个回流区的液流强度就越大，由于上回流的剪切力，结晶器液面出现较大波动，随下回流进入钢液深部的夹杂物也不易上浮。本发明的一种结晶器液面波动抑制装置能够在倾斜向下的射流接触结晶器壁前将这一射流通过聚流口引入聚流器中，在聚流器内，射流动量减小并被分散，同时由于聚流器内挡流板的作用，射流很难再由聚流口流出，被引入聚流器的射流动量减小后由出流口流出，遇分流器并被均匀分散，最终由分流器水口流出并与保护渣接触，由于分流器边板的阻挡，液流不会避过分流器而直接冲击结晶器壁，结晶器液面波动得到很好的抑制，大部分夹杂物也由本装置直接引向保护渣，在保证夹杂物去除的同时有效抑制了结晶器液面波动，避免了结晶器液位较大波动带来的危害，改善了结晶器内的流场。

[0025] (2)申请人经过大量现场实验发现，若分流器上的分流器水口大小一样，具有一定动能的来流冲击在分流器上，靠近分流器中心的分流器水口流出的钢液量大于其他分流器水口流出的钢液量，造成保护渣接受的冲击不均匀，不利于抑制结晶器液面波动；本发明的一种升降的有效抑制结晶器液面波动的系统，其中分流器上部设有若干通孔(此处的通孔即为分流器水口)，上述若干通孔沿着分流器两侧对称分布，且从分流器的中心向分流器两侧，通孔的大小依次增大，上述设置有效地抑制了分流器水口上释放钢液量不均匀的现象，有利于抑制结晶器液面波动，实现了本系统的良好使用效果。

[0026] (3)本发明的一种结晶器液面波动抑制装置，其中涂覆层的组分为85％CaO、1.8％MgO、3.2％MnO、0.5％Al2O3、1.5％SiO2、0.05％FeO、0.15％Fe2O3、4％ZrO2、3.8％Cr2O3，该涂覆层不仅具有耐高温、耐侵蚀性，还具有吸附钢水中夹杂物的作用；使用本发明的结晶器液面波动抑制装置时，其涂覆层在与钢水接触的过程中，能够有效地去除钢水中的三氧化二铝、硅酸锰和铝酸钙等夹杂物，实现对钢水中夹杂物的进一步去除，以达到高纯净钢的冶炼目标。

[0027] (4)本发明的一种结晶器液面波动抑制装置，结构设计合理，制造成本低，便于推广使用。

附图说明

[0028] 图1为本发明的一种结晶器液面波动抑制装置的主视结构示意图；

[0029] 图2为本发明的一种结晶器液面波动抑制装置的左视结构示意图；

[0030] 图3为本发明的一种结晶器液面波动抑制装置的俯视结构示意图；

[0031] 图4为本发明应用时的结构示意图。

[0032] 图中标号说明：1、聚流器；2、挡流板；3、出流口；4、吊柱；5、分流器水口；6、大吊柱；7、分流器；8、分流器边板；9、聚流口；10、浸入式水口；11、保护渣；12、结晶器壁；13、射流。

具体实施方式

[0033] 为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

[0034] 实施例1

[0035] 如图1、图2和图3所示，本实施例的一种结晶器液面波动抑制装置，包括聚流机构、分流机构及连接机构，聚流机构能够先聚集浸入式水口10侧孔喷出的射流13，减小其动量，然后分流机构将动量减小的液流均匀释放，结晶器液面波动得到很好的抑制。连接机构分别用于连接聚流机构与分流机构、分流机构与外界。

[0036] 聚流机构包括聚流器1、挡流板2、出流口3和聚流口9，聚流器1为一圆柱体，该圆柱体内部设有圆柱体空腔，聚流器1侧面设有与其相连通的聚流口9，聚流口9上边沿向上方倾斜；聚流器1内部设有挡流板2，该挡流板2固定于聚流器1与聚流口9上边沿的连接处，挡流板2向下方倾斜；聚流器1上部设有圆形孔，该圆形孔与其上方的连接管相连通；出流口3为一中心带圆形通孔的矩形块，连接管与其上方的出流口3相连通。

[0037] 分流机构包括分流器7，分流器7为一长方体，分流器7上部设有6个通孔，分流器7上部的通孔称为分流器水口5。上述6个通孔沿着分流器7两侧对称分布，且从分流器7的中心向分流器7两侧，通孔的大小依次增大(此处的“通孔的大小依次增大”是指通孔的径向截面积依次增大，通孔越大，即通孔的径向截面积越大)需要说明的是，申请人经过大量现场实验发现，若分流器7上的分流器水口5大小一样，具有一定动能的来流冲击在分流器7上，靠近分流器7中心的分流器水口5流出的钢液量大于其他分流器水口5流出的钢液量，造成保护渣11接受的冲击不均匀。申请人将分流器水口5的大小设置为越靠近分流器7中心越小，有效地抑制了分流器水口5上释放钢液量不均匀的现象。分流器7下部设有矩形凹槽。

[0038] 连接机构包括吊柱4和大吊柱6，出流口3上表面的四个角分别与4根吊柱4的一端相连，上述4根吊柱4的另一端与分流器7下表面相连；大吊柱6一端与分流器7上表面的中心点相连，大吊柱6另一端与中间包底部或外部支架相连。

[0039] 本实施例中聚流器1为圆柱体，该圆柱体内部设有圆柱体空腔，挡流板2为实心板状结构，出流口3为一中心带圆形通孔的矩形块，吊柱4和大吊柱6为圆柱体结构，分流器7为长方体结构，分流器7上部设有6个通孔，上述6个通孔沿着分流器7两侧对称分布，且从分流器7的中心向分流器7两侧，通孔的大小依次增大。分流器7下部设有矩形凹槽。针对横截面积为400mm×115mm的板坯结晶器，本实施例的结晶器液面波动抑制装置的具体尺寸要求如下：聚流器1的内径为50mm，外径为60mm，内高为40mm，外高为60mm；挡流板2的尺寸为44mm×40mm×5mm，挡流板2向下方倾斜，其与水平线夹角为16°；出流口3的尺寸为77mm×65mm×
10mm，出流口3上圆形通孔的半径为20mm；吊柱4高度为14.38mm，截面半径为5mm；大吊柱6截面半径为10mm，长度为1000mm；分流器7的尺寸为300mm×75mm×25mm，分流器7上部的6个通孔称为分流器水口5，分流器水口5的形状为长方形与两个半圆的组合(如图3所示)，分流器
7下部矩形凹槽的尺寸为290mm×65mm×5mm；聚流口9上边沿向上倾角＝浸入式水口10侧孔向下倾角×2，本实施例中，浸入式水口10侧孔向下倾角为25°，所以聚流口9上边沿向上倾角取50°；本实施例中拉坯速度取1.8m/min，在连铸板坯生产中属于较高拉速。本实施例的结晶器液面波动抑制装置由低碳钢部件构成，低碳钢部件的内外表面均涂刷涂覆层。该涂覆层由如下质量百分比的组分组成：85％CaO、1.8％MgO、3.2％MnO、0.5％Al2O3、1.5％SiO2、
0.05％FeO、0.15％Fe2O3、4％ZrO2、3.8％Cr2O3。

[0040] 本实施例的一种结晶器液面波动抑制装置，其制备方法如下：

[0041] 步骤一、低碳钢零部件制备：

[0042] 根据本实施例的结晶器液面波动抑制装置的结构准备低碳钢钢板，将其表面打磨粗糙，根据上述的各部件尺寸进行焊接，制作聚流器1、挡流板2、出流口3、分流器7和聚流口9；再准备四根长度为14.38mm，截面半径为5mm的低碳钢圆柱体并将其表面打磨粗糙，制作吊柱4，将四根吊柱4焊接在出流口3上，其中每根吊柱4的底面圆心距出流口3上表面的长边距离为5mm，距短边为7.31mm；再准备一根截面半径为10mm，长度为1000mm的低碳钢圆柱体制作大吊柱6，将其表面打磨粗糙并焊接在分流器7上表面的中心点上；本装置的金属构架(力学构架)完成。

[0043] 步骤二、涂覆层材料准备：

[0044] 根据涂覆层的组分要求称取各组分，该涂覆层材料由如下质量百分比的组分组成：85％CaO、1.8％MgO、3.2％MnO、0.5％Al2O3、1.5％SiO2、0.05％FeO、0.15％Fe2O3、4％ZrO2、3.8％Cr2O3，将上述组分混合均匀，加水使之搅拌成泥状；

[0045] 步骤三、涂覆工序：

[0046] 将步骤二的涂覆层材料均匀地涂抹于低碳钢部件的外表面，涂覆层厚度为6mm，由于低碳钢部件内表面不易添加涂覆层，所以其涂覆层厚度不做严格要求，但必须保证不能有低碳钢裸露在外，涂覆层厚度达到6mm～9mm即可；

[0047] 步骤四、养护并烘干

[0048] 将步骤三的结晶器液面波动抑制装置在常温下自然养护15～20小时，将自然养护后的结晶器液面波动抑制装置放入烘烤炉内：烘烤温度在80～100℃，烘烤3小时；烘烤温度升至150～200℃，烘烤1.5小时；烘烤温度升至200～250℃，烘烤1小时；烘烤温度升至300～350℃，烘烤1小时；烘烤降温至200～250℃，烘烤1小时；再次降温至80～100℃，烘烤1小时，烘烤结束后出炉自然冷却即可。

[0049] 采用上述方法制备的涂覆层能够稳定的附着于低碳钢部件的内外表面，使得结晶器液面波动抑制装置性能稳定。通过水模实验发现：当拉速较高时，浸入式水口10侧孔会喷射出较高速的射流13，进而促使结晶器液面波动加剧，本实施例的结晶器液面波动抑制装置通过大吊柱6与外界(中间包底部或外部支架)相连，从而使该装置固定在结晶器内，通过调整该装置进入钢水的深度，使该装置中聚流口9能够最大限度聚集由浸入式水口10侧孔喷射出来的射流13(如图4所示)，射流13在聚流器1内的圆柱体空腔汇聚，其动量减小，由射流13带入的夹杂在聚流器1内随钢液一起向上移动，通过出流口3并以较小的动量冲击分流器7，最终液流由分流器7上部的6个分流器水口5流出并与保护渣11接触。在此过程中结晶器液面由剧烈波动转变为缓慢波动，且波动幅度较小，不会造成卷渣现象的发生，同时，液面保持较小的波动促进了保护渣11的均匀熔化。本实施例中聚流器1内的挡流板2阻止了聚流器1内液流由聚流口9流出，分流器边板8位于分流器7下部矩形凹槽的四周(分流器7下部矩形凹槽的四周称为分流器边板8)，分流器边板8能够有效阻挡液流冲击分流器7时向结晶器壁12的扩散。本实施例的结晶器液面波动抑制装置由于其结构的设计，使得该装置能够优化高拉速下结晶器内的流场，抑制结晶器液面的波动，同时有效阻止浸入式水口10侧孔射流13带入的夹杂物大量进入钢液深部，在抑制结晶器液面波动的同时有效去除钢液内夹杂，进而提高铸坯质量。此外，值得说明的是，本发明中的大吊柱6并不是针对其具体尺寸的大小限定，而是指主要吊装分流器7的吊柱，本发明中的大吊柱6也可以称为：主吊柱。同理，本发明中的吊柱4是指连接出流口3和分流器7的连接件，本发明中的吊柱4也可以称为：连接柱。

[0050] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。