[发明专利]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

说明书

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。

背景技术

随着20世纪80年代初期“中间包冶金”概念的提出，中间包已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、外来夹杂)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，国内外一些钢厂已采取了相当多的措施，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：