技術領域

本發(fā)明涉及結晶器工藝優(yōu)化技術領域，更具體地說，涉及一種結晶器液面波動抑制裝置。

背景技術：

在連鑄工藝的生產(chǎn)過程中，鋼液從中間包通過浸入式水口進入結晶器。當拉坯速度較高時，結晶器內(nèi)會有較大的液位波動，這是因為在同一結晶器寬度下，拉速增大，流股流出水口側孔的速度和流量增大，流股對結晶器窄面的沖擊力增大，導致流股的上回流強度增大，上回流區(qū)與渣面的剪切力增大，造成整個結晶器液面不同程度的波動，其中以接近彎月面的部分波動尤為明顯，且高拉速會造成下回流強度的增大，使大量夾雜物隨液流進入鋼液深部，再難上浮。

結晶器液位較大波動帶來的危害主要有：(1)液面波動會增加結晶器鋼水的卷渣風險，鑄坯內(nèi)夾雜物含量超標將會嚴重影響鑄坯和最終產(chǎn)品的質(zhì)量；(2)液面波動會影響結晶器保護渣的三層結構，破壞結晶器保護渣的潤滑性和傳熱平衡；(3)結晶器液面波動嚴重時，甚至會造成鑄坯的縱裂漏、夾雜漏等惡性生產(chǎn)事故。

如何在保證產(chǎn)量與產(chǎn)品質(zhì)量的前提下抑制結晶器液面波動，是困擾鋼鐵冶金生產(chǎn)企業(yè)多年的難題。通過專利檢索，目前已有相關的技術方案公開，如中國專利號：200710047480.7，申請日：2007年10月26日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為：可控液面流場和波動的連鑄結晶器裝置，該申請案的抑制結晶器液面波動的裝置由浸入式水口、矯直輥、導向輥、輸向輥、自消式金屬板、保護渣、鑄坯、水冷式結晶器和引錠桿組成，該裝置是在傳統(tǒng)的連鑄結晶器設備上新加入矯直輥、導向輥、輸向輥和自消式金屬板，通過向結晶器內(nèi)輸送自消式金屬板來控制結晶器液面波動，其中自消式金屬板成分與結晶器內(nèi)連鑄坯的成分相同。針對該申請案，申請人做了多次模擬計算發(fā)現(xiàn)：(1)當該自消式金屬板被送入結晶器內(nèi)后，由于該自消式金屬板消耗熱量較大，打破結晶器內(nèi)的熱平衡，降低結晶器內(nèi)鋼水溫度，減小鋼水流動性，使化渣與夾渣物上浮難以進行。(2)當該自消式金屬板被送入鋼水后，其熔化并非是自上而下的，與浸入式水口側孔噴出的射流直接接觸的部分會最先熔化，形成一個洞，這樣會難以計算自消式金屬板的送入速度，為了保證結晶器中鋼水和鑄坯的“收支平衡”，鑄坯拉速也會很難確定。所以，該申請案提供的技術方案，難以在實際生產(chǎn)過程中予以應用。

綜上所述，現(xiàn)有技術中雖對結晶器液面波動的控制做出許多實驗和研究，但最終難以大規(guī)模普及，究其原因有二：(1)控制結晶器液面波動的裝置成本過高，且連鑄現(xiàn)場處于高溫下，擋渣裝置不易于維護；(2)控制液面波動的效果不理想，甚至會造成新的危害，得不償失。如何在連鑄過程中實現(xiàn)良好的抑制結晶器液面波動的效果，且能夠進一步去除鋼水中夾雜物，以實現(xiàn)高純凈鋼的冶煉目標，是困擾鋼鐵冶金生產(chǎn)企業(yè)多年的難題。

申請人安徽工業(yè)大學已于2015年2月27日遞交了針對上述問題的發(fā)明創(chuàng)造申請，其具體信息如下，申請?zhí)枺?015100899233，發(fā)明創(chuàng)造名稱：一種高拉速下抑制結晶器液面波動的裝置，申請人：安徽工業(yè)大學，申請日：2015年2月27日。但是，該高拉速下抑制結晶器液面波動的裝置還存在以下技術缺陷：實際的生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，分流器上的分流器水口流出的鋼液量分布十分不均勻，從而造成保護渣接受的沖擊不均勻，不利于抑制結晶器液面波動。綜上所述，如何確保實際的生產(chǎn)過程中抑制結晶器液面波動的裝置能夠發(fā)揮良好的使用效果，是現(xiàn)有技術中亟需解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術問題

本發(fā)明的目的在于克服實際的生產(chǎn)過程中抑制結晶器液面波動的裝置無法實現(xiàn)結晶器內(nèi)良好的抑制液面波動的效果，提供了一種結晶器液面波動抑制裝置，采用本發(fā)明的技術方案，能夠有效抑制高拉速下結晶器的液面波動，進而降低卷渣、鑄坯的縱裂漏等發(fā)生的幾率，有效地去除隨結晶器下回流進入鋼液深部的夾雜物，且能夠有效抑制分流器水口上釋放鋼液量不均勻的現(xiàn)象。

2.技術方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：

本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置，包括聚流機構、分流機構及連接機構，其中：

所述的聚流機構包括聚流器、擋流板、出流口和聚流口，所述的聚流器為一圓柱體，該圓柱體內(nèi)部設有圓柱體空腔，聚流器側面設有與其相連通的聚流口，聚流口上邊沿向上方傾斜；所述的聚流器內(nèi)部設有擋流板，該擋流板固定于聚流器與聚流口上邊沿的連接處，擋流板向下方傾斜；所述的聚流器上部設有圓形孔，該圓形孔與其上方的連接管相連通；所述的出流口為一中心帶通孔的矩形塊，所述的連接管與其上方的出流口相連通；

所述的分流機構包括分流器，所述的分流器為一長方體，分流器上部設有若干通孔，分流器下部設有矩形凹槽；所述分流器上部的若干通孔沿著分流器兩側對稱分布，且從分流器的中心向分流器兩側，通孔的大小依次增大；

所述的連接機構包括吊柱和大吊柱，所述的出流口上表面的四個角分別與4根吊柱的一端相連，上述4根吊柱的另一端與分流器下表面相連；所述的大吊柱一端與分流器上表面的中心點相連，大吊柱另一端與外界相連；

上述的聚流機構、分流機構及連接機構由低碳鋼部件構成，所述的低碳鋼部件的內(nèi)外表面均設有涂覆層。

作為本發(fā)明的更進一步改進，所述涂覆層由如下質(zhì)量百分比的組分組成：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。

作為本發(fā)明的更進一步改進，所述的聚流口上邊沿向上傾角＝浸入式水口側孔向下傾角×2。

作為本發(fā)明的更進一步改進，所述的擋流板向下傾角為16°。

作為本發(fā)明的更進一步改進，所述的大吊柱與中間包底部或外部支架相連。

作為本發(fā)明的更進一步改進，所述的分流器上部設有6個通孔，上述6個通孔關于大吊柱對稱分布。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術方案，與現(xiàn)有技術相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置，由聚流機構、分流機構及連接機構共同構成了特定結構的抑制結晶器液面波動的裝置，通過水模實驗發(fā)現(xiàn)：拉坯速度越大，浸入式水口側孔的射流強度越大，傾斜向下的射流噴射到結晶器壁的強度越大，所形成的向上和向下的兩個回流區(qū)的液流強度就越大，由于上回流的剪切力，結晶器液面出現(xiàn)較大波動，隨下回流進入鋼液深部的夾雜物也不易上浮。本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置能夠在傾斜向下的射流接觸結晶器壁前將這一射流通過聚流口引入聚流器中，在聚流器內(nèi)，射流動量減小并被分散，同時由于聚流器內(nèi)擋流板的作用，射流很難再由聚流口流出，被引入聚流器的射流動量減小后由出流口流出，遇分流器并被均勻分散，最終由分流器水口流出并與保護渣接觸，由于分流器邊板的阻擋，液流不會避過分流器而直接沖擊結晶器壁，結晶器液面波動得到很好的抑制，大部分夾雜物也由本裝置直接引向保護渣，在保證夾雜物去除的同時有效抑制了結晶器液面波動，避免了結晶器液位較大波動帶來的危害，改善了結晶器內(nèi)的流場。

(2)申請人經(jīng)過大量現(xiàn)場實驗發(fā)現(xiàn)，若分流器上的分流器水口大小一樣，具有一定動能的來流沖擊在分流器上，靠近分流器中心的分流器水口流出的鋼液量大于其他分流器水口流出的鋼液量，造成保護渣接受的沖擊不均勻，不利于抑制結晶器液面波動；本發(fā)明的一種升降的有效抑制結晶器液面波動的系統(tǒng)，其中分流器上部設有若干通孔(此處的通孔即為分流器水口)，上述若干通孔沿著分流器兩側對稱分布，且從分流器的中心向分流器兩側，通孔的大小依次增大，上述設置有效地抑制了分流器水口上釋放鋼液量不均勻的現(xiàn)象，有利于抑制結晶器液面波動，實現(xiàn)了本系統(tǒng)的良好使用效果。

(3)本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置，其中涂覆層的組分為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，該涂覆層不僅具有耐高溫、耐侵蝕性，還具有吸附鋼水中夾雜物的作用；使用本發(fā)明的結晶器液面波動抑制裝置時，其涂覆層在與鋼水接觸的過程中，能夠有效地去除鋼水中的三氧化二鋁、硅酸錳和鋁酸鈣等夾雜物，實現(xiàn)對鋼水中夾雜物的進一步去除，以達到高純凈鋼的冶煉目標。

(4)本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置，結構設計合理，制造成本低，便于推廣使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置的主視結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置的左視結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種結晶器液面波動抑制裝置的俯視結構示意圖；

圖4為本發(fā)明應用時的結構示意圖。

圖中標號說明：1、聚流器；2、擋流板；3、出流口；4、吊柱；5、分流器水口；6、大吊柱；7、分流器；8、分流器邊板；9、聚流口；10、浸入式水口；11、保護渣；12、結晶器壁；13、射流。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。

實施例1

如圖1、圖2和圖3所示，本實施例的一種結晶器液面波動抑制裝置，包括聚流機構、分流機構及連接機構，聚流機構能夠先聚集浸入式水口10側孔噴出的射流13，減小其動量，然后分流機構將動量減小的液流均勻釋放，結晶器液面波動得到很好的抑制。連接機構分別用于連接聚流機構與分流機構、分流機構與外界。

聚流機構包括聚流器1、擋流板2、出流口3和聚流口9，聚流器1為一圓柱體，該圓柱體內(nèi)部設有圓柱體空腔，聚流器1側面設有與其相連通的聚流口9，聚流口9上邊沿向上方傾斜；聚流器1內(nèi)部設有擋流板2，該擋流板2固定于聚流器1與聚流口9上邊沿的連接處，擋流板2向下方傾斜；聚流器1上部設有圓形孔，該圓形孔與其上方的連接管相連通；出流口3為一中心帶圓形通孔的矩形塊，連接管與其上方的出流口3相連通。

分流機構包括分流器7，分流器7為一長方體，分流器7上部設有6個通孔，分流器7上部的通孔稱為分流器水口5。上述6個通孔沿著分流器7兩側對稱分布，且從分流器7的中心向分流器7兩側，通孔的大小依次增大(此處的“通孔的大小依次增大”是指通孔的徑向截面積依次增大，通孔越大，即通孔的徑向截面積越大)需要說明的是，申請人經(jīng)過大量現(xiàn)場實驗發(fā)現(xiàn)，若分流器7上的分流器水口5大小一樣，具有一定動能的來流沖擊在分流器7上，靠近分流器7中心的分流器水口5流出的鋼液量大于其他分流器水口5流出的鋼液量，造成保護渣11接受的沖擊不均勻。申請人將分流器水口5的大小設置為越靠近分流器7中心越小，有效地抑制了分流器水口5上釋放鋼液量不均勻的現(xiàn)象。分流器7下部設有矩形凹槽。

連接機構包括吊柱4和大吊柱6，出流口3上表面的四個角分別與4根吊柱4的一端相連，上述4根吊柱4的另一端與分流器7下表面相連；大吊柱6一端與分流器7上表面的中心點相連，大吊柱6另一端與中間包底部或外部支架相連。

本實施例中聚流器1為圓柱體，該圓柱體內(nèi)部設有圓柱體空腔，擋流板2為實心板狀結構，出流口3為一中心帶圓形通孔的矩形塊，吊柱4和大吊柱6為圓柱體結構，分流器7為長方體結構，分流器7上部設有6個通孔，上述6個通孔沿著分流器7兩側對稱分布，且從分流器7的中心向分流器7兩側，通孔的大小依次增大。分流器7下部設有矩形凹槽。針對橫截面積為400mm×115mm的板坯結晶器，本實施例的結晶器液面波動抑制裝置的具體尺寸要求如下：聚流器1的內(nèi)徑為50mm，外徑為60mm，內(nèi)高為40mm，外高為60mm；擋流板2的尺寸為44mm×40mm×5mm，擋流板2向下方傾斜，其與水平線夾角為16°；出流口3的尺寸為77mm×65mm×10mm，出流口3上圓形通孔的半徑為20mm；吊柱4高度為14.38mm，截面半徑為5mm；大吊柱6截面半徑為10mm，長度為1000mm；分流器7的尺寸為300mm×75mm×25mm，分流器7上部的6個通孔稱為分流器水口5，分流器水口5的形狀為長方形與兩個半圓的組合(如圖3所示)，分流器7下部矩形凹槽的尺寸為290mm×65mm×5mm；聚流口9上邊沿向上傾角＝浸入式水口10側孔向下傾角×2，本實施例中，浸入式水口10側孔向下傾角為25°，所以聚流口9上邊沿向上傾角取50°；本實施例中拉坯速度取1.8m/min，在連鑄板坯生產(chǎn)中屬于較高拉速。本實施例的結晶器液面波動抑制裝置由低碳鋼部件構成，低碳鋼部件的內(nèi)外表面均涂刷涂覆層。該涂覆層由如下質(zhì)量百分比的組分組成：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。

本實施例的一種結晶器液面波動抑制裝置，其制備方法如下：

步驟一、低碳鋼零部件制備：

根據(jù)本實施例的結晶器液面波動抑制裝置的結構準備低碳鋼鋼板，將其表面打磨粗糙，根據(jù)上述的各部件尺寸進行焊接，制作聚流器1、擋流板2、出流口3、分流器7和聚流口9；再準備四根長度為14.38mm，截面半徑為5mm的低碳鋼圓柱體并將其表面打磨粗糙，制作吊柱4，將四根吊柱4焊接在出流口3上，其中每根吊柱4的底面圓心距出流口3上表面的長邊距離為5mm，距短邊為7.31mm；再準備一根截面半徑為10mm，長度為1000mm的低碳鋼圓柱體制作大吊柱6，將其表面打磨粗糙并焊接在分流器7上表面的中心點上；本裝置的金屬構架(力學構架)完成。

步驟二、涂覆層材料準備：

根據(jù)涂覆層的組分要求稱取各組分，該涂覆層材料由如下質(zhì)量百分比的組分組成：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，將上述組分混合均勻，加水使之攪拌成泥狀；

步驟三、涂覆工序：

將步驟二的涂覆層材料均勻地涂抹于低碳鋼部件的外表面，涂覆層厚度為6mm，由于低碳鋼部件內(nèi)表面不易添加涂覆層，所以其涂覆層厚度不做嚴格要求，但必須保證不能有低碳鋼裸露在外，涂覆層厚度達到6mm～9mm即可；

步驟四、養(yǎng)護并烘干

將步驟三的結晶器液面波動抑制裝置在常溫下自然養(yǎng)護15～20小時，將自然養(yǎng)護后的結晶器液面波動抑制裝置放入烘烤爐內(nèi)：烘烤溫度在80～100℃，烘烤3小時；烘烤溫度升至150～200℃，烘烤1.5小時；烘烤溫度升至200～250℃，烘烤1小時；烘烤溫度升至300～350℃，烘烤1小時；烘烤降溫至200～250℃，烘烤1小時；再次降溫至80～100℃，烘烤1小時，烘烤結束后出爐自然冷卻即可。

采用上述方法制備的涂覆層能夠穩(wěn)定的附著于低碳鋼部件的內(nèi)外表面，使得結晶器液面波動抑制裝置性能穩(wěn)定。通過水模實驗發(fā)現(xiàn)：當拉速較高時，浸入式水口10側孔會噴射出較高速的射流13，進而促使結晶器液面波動加劇，本實施例的結晶器液面波動抑制裝置通過大吊柱6與外界(中間包底部或外部支架)相連，從而使該裝置固定在結晶器內(nèi)，通過調(diào)整該裝置進入鋼水的深度，使該裝置中聚流口9能夠最大限度聚集由浸入式水口10側孔噴射出來的射流13(如圖4所示)，射流13在聚流器1內(nèi)的圓柱體空腔匯聚，其動量減小，由射流13帶入的夾雜在聚流器1內(nèi)隨鋼液一起向上移動，通過出流口3并以較小的動量沖擊分流器7，最終液流由分流器7上部的6個分流器水口5流出并與保護渣11接觸。在此過程中結晶器液面由劇烈波動轉變?yōu)榫徛▌樱也▌臃容^小，不會造成卷渣現(xiàn)象的發(fā)生，同時，液面保持較小的波動促進了保護渣11的均勻熔化。本實施例中聚流器1內(nèi)的擋流板2阻止了聚流器1內(nèi)液流由聚流口9流出，分流器邊板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稱為分流器邊板8)，分流器邊板8能夠有效阻擋液流沖擊分流器7時向結晶器壁12的擴散。本實施例的結晶器液面波動抑制裝置由于其結構的設計，使得該裝置能夠優(yōu)化高拉速下結晶器內(nèi)的流場，抑制結晶器液面的波動，同時有效阻止浸入式水口10側孔射流13帶入的夾雜物大量進入鋼液深部，在抑制結晶器液面波動的同時有效去除鋼液內(nèi)夾雜，進而提高鑄坯質(zhì)量。此外，值得說明的是，本發(fā)明中的大吊柱6并不是針對其具體尺寸的大小限定，而是指主要吊裝分流器7的吊柱，本發(fā)明中的大吊柱6也可以稱為：主吊柱。同理，本發(fā)明中的吊柱4是指連接出流口3和分流器7的連接件，本發(fā)明中的吊柱4也可以稱為：連接柱。

以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。