本實用新型屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)晶器侵入式水口。

背景技術(shù)：

鋼鐵企業(yè)進(jìn)行連鑄作業(yè)時，結(jié)晶器侵入式水口會向空氣中散熱，為了保證鋼水澆注的順利進(jìn)行，防止“水口凍住”現(xiàn)象的發(fā)生，一般都是采取高過熱度澆注的方法，中間包內(nèi)鋼水溫度需要比液相線溫度高20～30℃左右，以抵消澆注過程中鋼水流經(jīng)結(jié)晶器侵入式水口過程中溫度的降低，但在鋼水流經(jīng)水口過程中，與水口直接接觸的鋼水有明顯的溫降，而水口中心部位的鋼水溫度變化不大，這就導(dǎo)致了流入結(jié)晶器的鋼水整體溫度偏高，約比液相線溫度高10℃以上。由于結(jié)晶器的鋼水溫度較高，在鋼水凝固過程中會引起偏析、疏松和柱狀晶發(fā)達(dá)等問題，對鑄坯質(zhì)量帶來不利影響。

為此，科研工作者開展了廣泛的研究來降低鋼水過熱度，其中一種技術(shù)為：在鋼水精煉過程后低溫出鋼，在鋼水連鑄過程中，根據(jù)中間包鋼水溫度情況，利用電磁感應(yīng)加熱或等離子加熱的方法對中間包鋼水進(jìn)行補償加熱，以維持中間包鋼水溫度的穩(wěn)定和低過熱度，但即使采用該技術(shù)也仍需要控制中間包鋼水有一定的過熱度，大斷面板坯鋼水的過熱度為15℃以上，小斷面矩形坯和方坯鋼水的過熱度為20℃以上，以起到抵消鋼水流經(jīng)結(jié)晶器侵入式水口過程中溫度的降低，但由于水口鋼流的芯部溫度不會明顯降低，仍會造成結(jié)晶器內(nèi)鋼水的整體溫度偏高。另有科研工作者開展了冷卻水口降低鋼水過熱度的工業(yè)試驗，但該技術(shù)只能應(yīng)用到鋼水精煉過程后出鋼溫度過高的情況下，并且該技術(shù)也不能明顯降低水口鋼流的芯部溫度，仍會造成結(jié)晶器內(nèi)鋼水的整體溫度偏高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中采取的高過熱度澆注方法，導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)鋼水整體溫度偏高的技術(shù)問題，本實用新型提供一種可通過電磁感應(yīng)進(jìn)行加熱的結(jié)晶器侵入式水口,以達(dá)到降低結(jié)晶器內(nèi)鋼水整體溫度的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的一種結(jié)晶器侵入式水口，包括：侵入式水口管體、管狀碳層和電磁感應(yīng)線圈；所述的管狀碳層嵌套于侵入式水口管體的內(nèi)壁與外壁之間，所述的電磁感應(yīng)線圈套設(shè)于侵入式水口管體外，通過接通交變電流產(chǎn)生交變電磁場，使得管狀碳層在電磁感應(yīng)作用下對結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行加熱。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的侵入式水口管體由外至內(nèi)依次包括：第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層、第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層和鋯芯管層，所述的管狀碳層嵌套于第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層與第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層之間。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的電磁感應(yīng)線圈采用中頻電源通電。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層、管狀碳層、第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層的厚度均為侵入式水口管體厚度的20％～40％，鋯芯管層的厚度為侵入式水口管體厚度的5％～15％。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括激光測溫傳感器和電源控制裝置，該激光測溫傳感器與電源控制裝置的輸入端連接，通過激光探測第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層的溫度，并將溫度信號發(fā)送至電源控制裝置；所述電源控制裝置的輸出端與電磁感應(yīng)線圈所接通的電源連接，通過接收的溫度信號控制電源的輸出功率。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的電磁感應(yīng)線圈為中空狀的線圈，其內(nèi)腔注入冷卻水。

本實用新型的結(jié)晶器侵入式水口的中部含有一個管狀碳層，在連鑄澆注過程中，使用電磁感應(yīng)加熱的方法對結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行加熱，加熱至管狀碳層的溫度與鋼水的溫度大體相等，由于管狀碳層與鋼水的溫度相當(dāng)，在擴散傳熱的作用下，管狀碳層和鋼水之間耐材的溫度也與鋼水的溫度相當(dāng)，基本不會發(fā)生鋼水向耐材的傳熱作用，在鋼水流經(jīng)結(jié)晶器侵入式水口過程中，鋼水的溫度不會降低，這樣中間包鋼水的溫度基本等于結(jié)晶器鋼水的溫度，而控制中間包鋼水的溫度的技術(shù)目前比較成熟，可以通過鋼水精煉后低溫出鋼和中間包鋼水補償加熱的方法，把中間包鋼水溫度控制在任何目標(biāo)溫度值，溫度偏差在±5℃以內(nèi)。因此，利用本實用新型提供的可通過電磁感應(yīng)進(jìn)行加熱的結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行澆注，澆注過程中溫度不會降低，相應(yīng)的結(jié)晶器內(nèi)鋼水的過熱度也可以控制在任何目標(biāo)溫度值，溫度偏差在±5℃以內(nèi)。

本實用新型的一種結(jié)晶器侵入式水口優(yōu)點在于：

本實用新型提供的結(jié)晶器侵入式水口中含有碳層，由于碳層良好的導(dǎo)電性，可通過電磁感應(yīng)加熱的方式對該水口進(jìn)行加熱，并通過控制外部加熱電源的功率，將水口加熱至與鋼液的溫度大體相當(dāng)；使得鋼水在流經(jīng)結(jié)晶器侵入式水口過程中，鋼水的溫度不會降低，使用該水口并配合精煉鋼水低溫出鋼技術(shù)和中間包鋼水補償加熱技術(shù)，能夠把結(jié)晶器內(nèi)鋼水的過熱度控制在任何值，使過熱度為0℃的鋼水澆注成為可能，從而提高鑄坯質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本實用新型中結(jié)晶器侵入式水口管體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型中的結(jié)晶器侵入式水口的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記

1、水口上端部 2、第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層

3、管狀碳層 4、第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層

5、鋯芯管層 6、注流通道

7、侵入式水口管體 8、鋼流出口

9、中間包上水口 10、電磁感應(yīng)線圈

11、結(jié)晶器保護(hù)渣 12、鋼液

13、冷卻水進(jìn)水口 14、中頻電源

15、冷卻水出水口 16、激光測溫傳感器

17、電源控制裝置

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型所述的一種結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實用新型提供的一種結(jié)晶器侵入式水口，包括：侵入式水口管體7、管狀碳層3和電磁感應(yīng)線圈10(圖2所示)；所述的管狀碳層3嵌套于侵入式水口管體7的內(nèi)壁與外壁之間，所述的電磁感應(yīng)線圈10套設(shè)于侵入式水口管體7外，通過接通交變電流產(chǎn)生交變電磁場，使得管狀碳層3在電磁感應(yīng)作用下對結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行加熱。

基于上述結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器侵入式水口，如圖1所示，所述的侵入式水口管體7由外至內(nèi)依次包括：第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2、第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4和鋯芯管層5，所述的管狀碳層3嵌套于第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2與第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4之間。所述的第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2、管狀碳層3、第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4的厚度均為侵入式水口管體7厚度的20％～40％，鋯芯管層5的厚度為侵入式水口管體7厚度的5％～15％。

如圖2所示，所述的結(jié)晶器侵入式水口還可包括激光測溫傳感器16和電源控制裝置17，該激光測溫傳感器16與電源控制裝置17的輸入端連接，通過激光探測第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的溫度，并將溫度信號發(fā)送至電源控制裝置17；所述電源控制裝置17的輸出端與電磁感應(yīng)線圈10所接通的電源連接，通過接收的溫度信號控制電源的輸出功率。

基于上述結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器侵入式水口，本實用新型還提供了該結(jié)晶器侵入式水口的使用方法，參考圖1、2所示的水口結(jié)構(gòu)，該方法具體包括：

步驟1)利用煤氣烘烤侵入式水口管體7至700℃～1000℃；

步驟2)在侵入式水口管體7外部加裝電磁感應(yīng)線圈10并接通中頻電源14，利用電磁感應(yīng)作用加熱該侵入式水口管體7溫度至1500℃；

步驟2)將結(jié)晶器侵入式水口與中間包上水口9進(jìn)行對接，通過激光傳感器實時探測第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的溫度，并通過電源控制裝置以接收到的溫度信號控制電源的輸出功率，使管狀碳層3的溫度與中間包上水口9流入的鋼水溫度相同。

實施例一

制作一個如圖1所示的可通過電磁感應(yīng)進(jìn)行加熱的結(jié)晶器侵入式水口，該水口使用過程中暴露于空氣中的那一段含有一個管狀碳層3，該段水口由四層組成，其由內(nèi)到外分別是：ZrO₂質(zhì)的鋯芯管層5—第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4—管狀碳層3—第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2，ZrO₂質(zhì)的鋯芯管層5起到耐鋼水沖刷的作用，鋁碳質(zhì)耐火材料起到保溫和支撐骨架的作用，在電磁感應(yīng)加熱的過程中碳層起到電導(dǎo)體和加熱媒介的作用。結(jié)晶器侵入式水口使用過程中插入結(jié)晶器保護(hù)渣11和結(jié)晶器鋼液12中的那一段不含有管狀碳層，該段水口由ZrO₂質(zhì)的鋯芯—鋁碳質(zhì)的耐火材料兩層組成。

暴露于空氣中的那一段結(jié)晶器侵入式水口外表面的第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的厚度為侵入式水口管體7厚度的20％，管狀碳層3的厚度為侵入式水口管體7厚度的30％，碳層和鋯芯之間的第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4的厚度為侵入式水口管體7厚度的40％，ZrO₂質(zhì)的鋯芯管層5的厚度為侵入式水口管體7厚度的10％。在使用過程中，插入結(jié)晶器保護(hù)渣11和結(jié)晶器鋼液12中的那一段結(jié)晶器侵入式水口的鋯芯管層的厚度為侵入式水口管體7厚度的10％，其余為鋁碳質(zhì)的耐火材料。

由于采用中頻電源14進(jìn)行加熱，會產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，在電磁感應(yīng)的作用下，水口內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在水口的“皮膚”部分，感應(yīng)電流會在位于外表面的管狀碳層3中富集，并形成渦流，加熱碳層，而水口中心鋼流中基本不會產(chǎn)生電流，不會對線圈中心部位的鋼流產(chǎn)生加熱作用，從而不會提高鋼水的溫度。

如圖2所示，為了提高電磁感應(yīng)線圈的使用壽命，將電磁感應(yīng)線圈10做成內(nèi)部通冷卻水的中空狀線圈，冷卻水從冷卻水進(jìn)水口13進(jìn)入，從冷卻水出水口15流出，通過控制冷卻水流量，保持出水口的水溫為45℃～55℃。另外，所述的結(jié)晶器侵入式水口還可包括激光測溫傳感器16和電源控制裝置17，該激光測溫傳感器16與電源控制裝置17的輸入端連接，通過激光探測第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的溫度，并將溫度信號發(fā)送至電源控制裝置17；所述電源控制裝置17的輸出端與電磁感應(yīng)線圈10所接通的電源連接，通過接收的溫度信號控制電源的輸出功率。

基于上述結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器侵入式水口，在本實施例，該結(jié)晶器侵入式水口的使用方法具體包括以下步驟：

步驟1)預(yù)先利用煤氣烘烤該結(jié)晶器侵入式水口管體7至700℃；

步驟2)在侵入式水口管體7外部套上電磁感應(yīng)線圈10，并接通中頻電源14，利用電磁感應(yīng)加熱該侵入式水口管體7溫度至1500℃左右，通過兩次預(yù)熱，以使侵入式水口管體7適應(yīng)鋼水的溫度；

步驟3)然后將該結(jié)晶器侵入式水口插入結(jié)晶器保護(hù)渣11和鋼液12以下進(jìn)行澆鋼作業(yè)，將水口上端部1與中間包上水口9進(jìn)行對接后，此時中間包上水口9內(nèi)的鋼水能夠沿注流通道6從鋼流出口8流入結(jié)晶器，接通中頻電源14，通過激光傳感器實時探測第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的溫度，并通過電源控制裝置以接收到的溫度信號控制電源的輸出功率，對該結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行保溫，保持該水口中管狀碳層3的溫度與鋼水的溫度大體相等。

由于管狀碳層3與鋼水的溫度相當(dāng)，在擴散傳熱的作用下，水口內(nèi)表面的鋯芯管層5、碳層和鋯芯之間的第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4也與鋼水的溫度相當(dāng)，基本不會發(fā)生鋼水向水口內(nèi)表面的鋯芯管層5的傳熱作用，鋼水流經(jīng)結(jié)晶器侵入式水口管體7的過程中，鋼水的溫度不會降低，這樣中間包鋼水的溫度基本等于結(jié)晶器內(nèi)鋼水的溫度，而控制中間包鋼水的溫度的技術(shù)目前比較成熟，可以通過鋼水精煉后低溫出鋼和中間包鋼水等離子加熱的方法，把鋼水溫度控制在任何目標(biāo)溫度，溫度偏差在±5℃以內(nèi)。因此，利用可通過電磁感應(yīng)進(jìn)行加熱的結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行澆注，澆注過程中溫度不會降低，相應(yīng)的結(jié)晶器鋼水的過熱度也可以控制在任何目標(biāo)溫度，溫度偏差在±5℃以內(nèi)。

通過實施上述實施例一，使得結(jié)晶器鋼水的過熱度能夠控制在3℃以內(nèi)，鑄坯質(zhì)量有明顯提升，等軸晶比例提高10％以上，鑄坯偏析等級降低0.5級。

實施例二

制作一個如圖1所示的可通過電磁感應(yīng)進(jìn)行加熱的結(jié)晶器侵入式水口，該水口使用過程中暴露于空氣中的那一段含有一個管狀碳層3，該段水口由四層組成，其由內(nèi)到外分別是：ZrO₂質(zhì)的鋯芯管層5—第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4—管狀碳層3—第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2，ZrO₂質(zhì)的鋯芯管層5起到耐鋼水沖刷的作用，鋁碳質(zhì)耐火材料起到保溫和支撐骨架的作用，在電磁感應(yīng)加熱的過程中碳層起到電導(dǎo)體和加熱媒介的作用。結(jié)晶器侵入式水口使用過程中插入結(jié)晶器保護(hù)渣11和結(jié)晶器鋼液12中的那一段不含有管狀碳層，該段水口由ZrO₂質(zhì)的鋯芯—鋁碳質(zhì)的耐火材料兩層組成。

暴露于空氣中的那一段結(jié)晶器侵入式水口外表面的第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的厚度為侵入式水口管體7厚度的40％，管狀碳層3的厚度為侵入式水口管體7厚度的25％，碳層和鋯芯之間的第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4的厚度為侵入式水口管體7厚度的20％，ZrO₂質(zhì)的鋯芯管層5的厚度為侵入式水口管體7厚度的15％。在使用過程中，插入結(jié)晶器保護(hù)渣11和結(jié)晶器鋼液12中的那一段結(jié)晶器侵入式水口的鋯芯管層的厚度為侵入式水口管體7厚度的15％，其余為鋁碳質(zhì)的耐火材料。

由于采用中頻電源14進(jìn)行加熱，會產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，在電磁感應(yīng)的作用下，水口內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在水口的“皮膚”部分，感應(yīng)電流會在位于外表面的管狀碳層3中富集，并形成渦流，加熱碳層，而水口中心鋼流中基本不會產(chǎn)生電流，不會對線圈中心部位的鋼流產(chǎn)生加熱作用，鋼水溫度不會升高。

如圖2所示，為了提高電磁感應(yīng)線圈的使用壽命，將電磁感應(yīng)線圈10做成內(nèi)部通冷卻水的中空狀線圈，冷卻水從冷卻水進(jìn)水口13進(jìn)入，從冷卻水出水口15流出，通過控制冷卻水流量，保持出水口的水溫為45℃～55℃。另外，所述的結(jié)晶器侵入式水口還可包括激光測溫傳感器16和電源控制裝置17，該激光測溫傳感器16與電源控制裝置17的輸入端連接，通過激光探測第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的溫度，并將溫度信號發(fā)送至電源控制裝置17；所述電源控制裝置17的輸出端與電磁感應(yīng)線圈10所接通的電源連接，通過接收的溫度信號控制電源的輸出功率。

基于上述結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器侵入式水口，在本實施例，該結(jié)晶器侵入式水口的使用方法具體包括以下步驟：

步驟1)預(yù)先利用煤氣烘烤該結(jié)晶器侵入式水口管體7至1000℃；

步驟2)在侵入式水口管體7外部套上電磁感應(yīng)線圈10，并接通中頻電源14，利用電磁感應(yīng)加熱該侵入式水口管體7溫度至1500℃左右，通過兩次預(yù)熱，以使侵入式水口管體7適應(yīng)鋼水的溫度；

步驟3)然后將該結(jié)晶器侵入式水口插入結(jié)晶器保護(hù)渣11和鋼液12以下進(jìn)行澆鋼作業(yè)，將水口上端部1與中間包上水口9進(jìn)行對接后，此時中間包上水口9內(nèi)的鋼水能夠沿注流通道6從鋼流出口8流入結(jié)晶器，接通中頻電源14，通過激光傳感器實時探測第一鋁碳質(zhì)耐火材料管層2的溫度，并通過電源控制裝置以接收到的溫度信號控制電源的輸出功率，對該結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行保溫，保持該水口中管狀碳層3的溫度與鋼水的溫度大體相等。

由于管狀碳層3與鋼水的溫度相當(dāng)，在擴散傳熱的作用下，水口內(nèi)表面的鋯芯管層5、碳層和鋯芯之間的第二鋁碳質(zhì)耐火材料管層4也與鋼水的溫度相當(dāng)，基本不會發(fā)生鋼水向水口內(nèi)表面的鋯芯管層5的傳熱作用，鋼水流經(jīng)結(jié)晶器侵入式水口管體7的過程中，鋼水的溫度不會降低，這樣中間包鋼水的溫度基本等于結(jié)晶器內(nèi)鋼水的溫度，而控制中間包鋼水的溫度的技術(shù)目前比較成熟，可以通過鋼水精煉后低溫出鋼和中間包鋼水等離子加熱的方法，把鋼水溫度控制在任何目標(biāo)溫度，溫度偏差在±5℃以內(nèi)。因此，利用可通過電磁感應(yīng)進(jìn)行加熱的結(jié)晶器侵入式水口進(jìn)行澆注，澆注過程中溫度不會降低，相應(yīng)的結(jié)晶器鋼水的過熱度也可以控制在任何目標(biāo)溫度，溫度偏差在±5℃以內(nèi)。

通過實施上述實施例二，使得結(jié)晶器鋼水的過熱度能夠控制在4℃以內(nèi)，鑄坯質(zhì)量有明顯提升，等軸晶比例提高10％以上，鑄坯偏析等級降低0.5級。

最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。