[发明专利]防止中间包内产生旋涡的控流结构

说明书

技术领域

本发明属于钢的连续铸造技术领域，更确切的讲，涉及连铸中间包内控制钢液流动的结构装置。

 

背景技术

在连铸工艺流程中，中间包作为一种冶金反应器，上结转运钢包，下连结晶器，起着承上启下的重要功能，是浇注过程由间歇式操作转化为连续式操作的衔接点。现场浇注时，液态钢水首先从钢包通过长水口（也称为保护套管）注入中间包内，再通过中间包出水口分配到下面的结晶器，并在后续过程中逐渐冷却成凝固坯壳。作为钢的冶炼过程中的最后一个耐火材料容器，中间包对钢的产量和质量产生重要影响，在整个连铸过程中具有举足轻重的作用。一般认为，中间包的冶金作用可以概括为以下几方面：1）连浇作用；在多炉连续浇注时，中间包存储的钢液可以在转换钢包时起到衔接的作用。2）分流作用；对于多流连铸机，可以在中间包底部安装多个水口对钢液进行分流，实现多流同时浇注。3）减压和稳压作用；与直接采用钢包浇注相比，中间包液位高度较低，可以减小钢水静压力，从而减轻钢水对初生坯壳的冲刷。4）净化钢液；通过在中间包内部安装控流装置或过滤器等方法，去除钢水中的夹杂物，提高钢水纯净度。5）调节钢水温度和成分；通过在中间包内添加合金或加热等技术，使钢水的成分合理、温度稳定且均匀。

从结构形状上看，连铸中间包是一个上大下小、内衬以耐火材料堆砌而成、外部有钢壳支撑的钢液过渡容器。中间包里面包含入口区和出口区，入口区是钢包内钢液通过长水口浇注的区域，也称为注流区；出口区是中间包底部钢液流出的区域，中间包底部可以有一个或者多个出口，出口处一般安装了浸入式水口来向结晶器内输送钢液，以保证钢液不被空气二次氧化，浸入式水口上沿的四周铺垫了由强度较高的耐火材料制作的座砖，同时，要在浸入式水口的正上空安装塞棒或者在浸入式水口上面设置滑板来控制中间包向结晶器内输送钢液的流量。由于浸入式水口的上口是与中间包底部相连的直筒型通道，因此，在中间包内钢液浇注时，会产生一种重要的流动现象，这就是水口处钢液流出时产生的汇流旋涡。由经验可知，液体由垂直出口向下流动时，当液面低于某一临界高度时，在出口上方会形成旋涡漏斗，这就是汇流旋涡。钢液流出过程形成的汇流旋涡，能把中间包液面的覆盖渣和钢中夹杂物卷入钢液内部，甚至卷入空气，增加二次氧化，严重恶化钢的质量。在连续浇注并更换钢包时，经常发生前后钢包连接区的钢坯中夹杂物指标上升，这和汇流旋涡卷渣及二次氧化有密切关系。在中间包浇注终了时，中间包内也会产生汇流旋涡，并出现钢渣混卷的现象，致使浇注的尾坯严重降级或判废，降低金属收得率。

目前，针对中间包内的汇流旋涡已开展的诸多的研究，研究表明，影响中间包内汇流旋涡的因素主要包含以下几个方面：1）静置时间；注入熔池的液体经过一段时间静置后，出现旋涡时间推迟、临界高度下降。2）注入流方向；静置时间较短时，轴向注入时流体形成旋涡的临界高度较低，切向注入临界高度大，静置时间较长时，二者差别不大。3）出流口偏心度；中心流出生成旋涡较早，偏心流出较难形成旋涡。4）出口直径；出口直径增大能显著增加出现旋涡的趋势。5）液面的上升或下降；液面上升时更容易出现旋涡；6）塞棒的形状；用塞棒浇注比用滑动水口浇注时的旋涡临界高度略小，这是因为塞棒增加对切向流动的阻力，但作用有限，旋涡仍将沿塞棒周围产生。7）水口吹气；在水口周围沿轴向引入气体射流，能推迟旋涡的产生。8）水平出流；由于粘滞力的作用，水平出流只在出口中心线所在水平面及上下壁面有较大速度梯度，垂直方向速度梯度小，因此不会产生旋涡。实际上也从未观察到水平出流时出口上方有旋涡现象。