[发明专利]一种连铸结晶器装置及其流场控制方法

说明书

本发明公开了一种连铸结晶器装置及其流场控制方法，在内、外弧水箱内均安装一台电磁变流器，每个电磁变流器均包括两个轴对称布置的电磁推力器，根据铸坯钢种、铸坯宽度、铸坯厚度以及拉坯速度调节每个激励线圈的电流大小、每个电磁推力器的倾斜角度，实现对上股流和下股流的流速和流量的精确控制，提高了流速流量的控制精度，能够满足不同拉速、钢种、断面的生产需求，最大程度地提高了铸坯质量，并且，这种控制方式可以实时调整，控制精度高，可以实现自动控制，有利于连续生产，适合连铸系统的智能化、自动化生产。

技术领域

本发明属于连铸结晶器控制技术领域，尤其涉及一种连铸结晶器装置及其流场控制方法。

背景技术

目前世界炼钢能力已经达到23亿吨以上，中国产能达到16亿吨以上，但是都是以粗钢为主，与欧美国家的精钢还有非常大的差距。要提高钢材质量，最重要的环节是控制连铸过程。结晶器作为连铸过程中的“心脏”，起着决定性的作用，因此想办法改善结晶器内钢液的流动方式，优化结晶器内钢液流动形态成为炼钢质量控制的核心环节。一般认为钢液从水口流入结晶器，钢液应该形成“双股流”，向上的股流（简称上股流）速度以0.2m/s~0.5m/s为最好，主要在于上股流在此流速可以促进熔渣，不会引起液面波动导致卷渣；向下的股流（简称下股流）冲击深度不宜过深，冲击深度过深夹渣物不易上浮，冲击深度过浅不利于结晶器内钢液的流动，因此需要控制上股流和下股流的流速以及流量。另外，对于不同钢种水口与结晶器液面高度位置需求是不同的，尤其是不同浇注时期，水口的高度也是变化的。

目前，主要是通过控制铸坯拉速以及水口结构形式来保证结晶器内流场的。由于连铸生产中，断面宽度、拉坯速度（即拉速）、铸坯钢种、水口结构对于结晶器内流场的影响非常大，为了匹配断面宽度和铸坯钢种的合适流动形态，一般选择控制铸坯拉速或者更换水口结构形式。如图1和图2所示，断面宽度、铸坯钢种、水口结构不变的情况下，提高拉坯速度时，水口2中的钢液量增加，对应的流出钢液流速就会增加，因此，对应的上股流6和下股流7流速都会增加；断面宽度、铸坯钢种、拉坯速度不变的情况下，水口2侧孔口径A减小时，对应的流出钢液流速就会增加，因此，对应的上股流6和下股流7流速都会增加；反之，水口2的侧孔口径A增大时，对应的流出钢液流速就会减少，因此，对应的上股流6和下股流7流速都会减少；当断面宽度、铸坯钢种、拉坯速度不变的情况下，水口2的侧孔倾角α（侧孔开口方向与水口下底面之间的夹角，γ为股流流向与水口下底面之间的夹角）减小时，上股流6增加，下股流7减少；反之，水口2的侧孔倾角α增大时，上股流6减少，下股流7增加。可知，通过调整拉坯速度和更换水口结构形式虽然可以实现结晶器内上股流和下股流的控制，但是却都非常不利于连铸生产。

连铸机目前都是朝着高作业率的方向发展，尤其是动态调宽系统的出现，完全实现了跨断面连续作业的目的，但是流动问题无法很好的得到解决。目前的做法有：一是通过控制拉速来保证质量，这样会影响生产进度；二是通过更换不同结构形式的水口，这样会影响连铸生产效率，也非常不安全，并且水口种类非常多，不适合连铸生产的智能化、无人化。另外，控制拉速和更换水口结构也不能实现实时调整，控制精度和效果也不理想。尤其是不同断面、不同浇注时期，水口位置的不同导致流场形态不同。因此，以上传统的通过控制铸坯拉速以及水口结构形式的方法无法保证全流程结晶器股流控制最佳，无法保证结晶器内流场最佳。

目前，对于结晶器内流场控制的研究主要集中在高拉速时，即钢液流动较快时的电磁制动，包括：EMBR Local Field、EMBR Ruler、FC-Mold电磁制动。主要是采用直流电源产生静磁场，通过静磁场对钢液的运动进行减速，抑制结晶器内钢液的运动，这种结构只适合在高拉速情况下作用，对于低拉速无法使用或无法起到控制作用。另外，对上股流和下股流抑制作用相同，所以只能同时减小上股流和下股流的流速，不能实现上股流和下股流的流速及流量的单独控制，也不能根据水口位置调整进行实时调整。

发明内容