[发明专利]一种钢液在水口通道内加热过程的模拟装置和方法

说明书

本发明提供了一种钢液在水口通道内加热过程的模拟装置，其特征在于：包括钢包模型、中间包模型、金属质长水口、加热装置、电导率监测装置、温度监测装置、示踪剂加入装置，所述钢包模型在所述中间包模型上方，所述金属质长水口按照实际钢包与长水口位置关系安装在钢包模型底部，所述加热装置安装在金属质长水口处，所述示踪剂加入装置位于所述金属质长水口上方，所述中间包模型包括至少一个出水口，所述电导率监测装置位于所述出口处。该装置能够真实模拟出长水口加热过程对中间包内钢液温度和流动混匀的影响规律；以中间包流体加热效果和混匀效果为评估指标，通过设计不同的加热参数可以获得实际连铸生产中长水口加热工艺所需要的最佳加热时间和加热速率。

技术领域

本发明涉及一种金属熔体加热过程的装置和方法，具体涉及一种钢液在水口通道内加热过程的模拟装置和方法。

背景技术

在连铸过程中，浇注温度是影响连铸顺行和铸坯质量的一个关键因素。如何实现“恒温低过热度”浇注是中间包冶金和连铸技术所追求的一个重要目标之一。然而，中间包的侧壁、底部和顶盖在浇注过程中会持续地向外界散热，文献《感应加热中间包磁/热/流耦合场的数值模拟》报道称一个浇注炉次的钢液温降可达10-20℃；尤其在更换钢包的过程中，中间包内的温度波动较大，多流中间包的各出口温差较大，这些因素都导致中间包内钢液温度的不稳定性。为此，冶金工作者开发了诸如电磁感应加热、等离子加热、电弧加热和化学加热等中间包温度补偿技术。其中，目前市场上较为常见的为电磁感应加热和等离子加热技术。例如，专利公开号为US5963579A的美国专利提出了一种使用等离子体喷枪对中间包内钢液进行加热的技术。申请号为CN201310270409.0的中国专利公开了一种通道式感应加热中间包并阐释了相应的浇铸方法。申请号为CN201620603088.0的中国专利公布了一种带有过滤网栅的中间包电磁感应加热器。

等离子加热技术的基本原理是将等离子体的能量转换为钢液的热能，但该技术表现出了热效率低、温控精度低和污染钢液等方面的缺点。因此，很多钢铁企业已经放弃使用该技术。相比之下，中间包通道感应加热技术的热效率高、温控精度高，其非接触式的加热特点也满足洁净钢生产的要求。但需要指出的是，通道式加热技术的装置较大，内置于中间包后大大减小了中间包的有效空间，相应的冷却和机电装置维护成本也较高，在已有的旧中间包内改造较为复杂，这都限制了通道式感应加热的推广和应用。

申请号为CN201610450120.0的中国专利公布了一种钢包长水口低过热度的温度补偿装置及方法，并公开了所述装置包括钢包、设于钢包下方的中间包、以及设于中间包下方的结晶器，钢包下端设有长水口，还包括设于长水口上的无芯感应加热装置，用以对流经长水口的钢水进行加热补偿。所述的无芯感应加热装置包括依次电连接的电源、电容器和电磁感应线圈，电磁感应线圈套设于长水口上。所述方法包括以下步骤：S1.在钢包内盛入钢水；S2.将钢包内的钢水通过长水口浇入中间包；S3.通过无芯感应加热装置对流经长水口内的钢水进行温度补偿加热，保持流入中间包内的钢水温度；S4.将中间包内的钢水通过中间包水口流入结晶器；S5.进行拉坯浇铸。所述的S3中进行温度补偿时，电磁感应线圈的功率及加热时间为：P＝CpQΔT公式中P为有效功率，Cp钢水比热，Q为通钢量，ΔT为补偿温度。所述的无芯感应加热装置包括依次电连接的电源、电容器和电磁感应线圈，电磁感应线圈套设于长水口上，通过电磁感应线圈对流经长水口内的钢水进行温度补偿加热。

该技术具有设备简单、不占用中间包额外空间和便于已有中间包改造的优点，是一种非常有应用前景的中间包温度补偿技术。然而，该技术还处于一个新理念的提出阶段，没有相应的实验室模拟和工程应用实践的案例，亟需相应的基础研究来获得最佳的加热工艺参数来支撑该技术未来的实施。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钢液在水口通道内的加热过程的模拟装置和方法，旨在得出实际连铸生产中水口加热工艺所需要的最佳加热时间和加热速率。