欢迎光临_中包包盖厂家-巩义市亿隆耐火材料厂_官方网站!联系热线:0371-64025333
【官网】巩义市亿隆耐火材料厂
推荐产品
  • 巩义市亿隆耐火材料厂
  • 400电话:400 6464 606
  • 联系人:韩亚隆
  • 邮 箱:gyyilong@163.com
  • 地 址:河南省巩义市涉村镇
中包盖百科当前位置:中包包盖厂家>中包盖百科

连铸中间包钢水加热的研究

本文介绍了中间包钢水感应加热、等离子加热和电渣加热等钢水控温技术。采用中间包加热技术后 , 可将钢水温度变化控制在±5 ℃以内, 对提高产品质量和稳定操作过程起到了非常明显的作用。

1. 前 言

中间包内钢水的温度控制对连铸产品的质量和操作稳定性具有十分重要的意义。钢坯中 夹杂的多少,质量的优劣固然与钢水的氧化、耐火材料的侵蚀及熔渣的污染有直接的联系, 但 中间包内钢水温度大幅度变化特别在更换钢水罐期间中间包内钢水温度变化更大, 是导致中间包内和结晶器内钢水中大颗粒夹杂上浮不足及结晶器内保护渣粉熔化不充分,而影响板坯表面质量的主要原因之一。操作中的拉漏、断流及浸入式水口的堵塞也与中间包内钢水的过热度大小关系密切。因此,精确控制中间包钢水温度是连铸得以顺利进行的保证。

为了减少中间包内钢水温度损失,加强对中间包的保温是必不可少的措施,但这不能补 充浇注初期和浇注结束及更换钢水罐时产生的温降,有效的方法是进行中间包钢水再加热。 近几年来,国外特别是日本十分重视中间包钢水加热,开发了感应加热、等离子加热,电渣加热及向中间包喷吹钢粉以调核钢水温度等中间包钢水控温技术。采用这些方法既可降低出钢温度节约能耗,又可避免低温浇铸改善钢坯质量,值得我们借鉴。

2.  中间包内钢水温度变化规律

要精确控制中间包钢水温度,首先必须了解和掌握中间包内钢水温度变化规律。在长时 间浇铸过程中,浇铸初期与末期,中间包内钢水温度变化较大。初期,中间包要吸收大量的热, 使钢水温度急剧下降中期,钢水温度稍有恢复且变化不大,末期,钢水温度又开始下降。一般情况下,钢水温度变化范围在15~30℃〕。这样,在浇铸初期和末期会引起钢坯质量下降,操作不稳定。对于多包浇注情况,中间包内钢水温度呈波浪式变化,见图1,温降最大位于钢水罐更换期间,这是影响稳定操作和钢坯质量的一个重要因素。另外,钢水罐盛钢后,必然产生热损失, 导致钢液温度分层〕,使进入中间包的钢水温度产生波动。

图1钢水温度的变化

3. 中间包钢水加热方法

钢水加热时,须事先测出中间包内的钢水温度,以估计加热所需的输入功率。加热方法 可视实际情况选取。

3.1 感应加热装置

感应加热是在中间包内设置感应线圈利用钢水中产生的感应电流来快速加热钢水,同时电磁感应也对钢水起搅拌作用。二川哲雄等人开发的中间包感应加热装置见图2。由耐火材料制成的隔墙将中间包内的钢水注入区与浇铸区分开,在隔墙底部有两个由AL2O3-C材料做 的空心管供钢水流过。感应线圈置于隔墙的中央,由用非磁性SUS钢板制成的上下贯穿于隔墙的筒保护,筒内通以大量的冷风进行冷却。在感应加热器与中间包铁壳之间用一层特殊绝缘材料隔离。该装置是由内铁芯产生感应电流加热两侧套内的钢水。其加热效率高,钢水温度较均匀。不足之处是要在中间包内设置较厚的耐火材料隔墙,减少了中间包的容积,增加了耐火材料对钢水污染的可能性。另外,套管的材质和寿命对加热过程影响较大,且大风量冷却会带走大量热。

图2感应加热器的结构

山口隆重二等人研制了一种水平中间包感应加热装置,见图3。该装置将感应加热器安装在中间包背面凸出的边缘上。在加热的同时对钢水进行电磁搅拌以均匀温度。试验是在 中间包上进行的。加热器输出功率为560kW , 频率为500Hz,热效率高达68%,能使中向包内钢水温度变化控制在±5℃内。

图3hcc中间包水平型感应加热

无论那种感应加热装置都需要有一套变频设备,一次性投资较大。

3.2 等离子加热装置

等离子体具有温度高、不污染金属、设备较简单等优点,是中间包钢水加热较为理想的一种热源。因此,国外对中间包等离子加热技术研究较多,我国也开始进行该项技术的研究和开发。等离子发生器(等离子枪)分为转移弧型和非转移弧型。转移弧型等离子枪要有底电极, 非转移弧型不用底电极。一般在中间包钢水加热中为了避免在中间包内安装底电极,常采用非转移弧型,这样操作方便灵活些,但等离子枪的结构要比转移弧型复杂。一种非转移弧型等离子枪结构,见图4。产生等离子体的工作气体一般用Ar、N2或Ar-N2混合气体。

图4等离子枪的结构

平冈照祥等人开发的直流转移弧型中间包等离子加热装置见图5。加热室位于注流区与浇铸区之间,底电极(阳极)安装在注流区。等离子枪功率为1MW ,钢水流量1~3t/min,能利用率达80%。钢水经加热室被充分混合后进入活塞流区。中间包内钢水温度波动可控制在 ±2℃。峰隆重夫等人研制的非转移弧型单相交流等离子加热设备 , 见图6 , 加热室置于中间包中央。为使加热的钢水温度均匀,设置了从中间包底部向钢水中吹Ar以搅拌钢水。等离子枪最大电流7.5kA,最高电压350V ,输出功率2.4kW,热效率在65%左右,温度变化可控制在5℃以内。 在加热钢水时,为把钢水温度控制在一定值,希望在等离子枪输出功率发生变化 , 其热效率的变化小而恒定。 由图7可见,该设备在等离子枪输出功率发生变化时,热效率几乎恒定不变,即可适应在更换钢水罐和浇注末期需要输出高功率的情况。

H·Iritani等人设计的单相交流等离子加热设备,最大设计功率为2.4MW,中间包加热室安装了两支等离子枪,见图8。该系统配有事故连锁装置,一旦发生漏水、电流及电压不合要求、 调节失灵或断电等情况时,能迅速将等离子枪由加热室内抽出。使用该项设备后,中问包内钢水温度几乎保持恒定,且使出钢温度降低了约10℃左右,节省了能源。

图5中间包等离子加热设备示意图

图6中间包及等离子加热装置的设备概况

图7等离子输出功率与传给钢水热量间的关系

图8单项交流等离子加热设备

等离子加热一般要配底吹Ar搅拌,否则钢水上下温差可达80℃以上。当与底吹相配时, 能将钢水温度变化控制在5℃内。在中间包内有无等离子加热时钢水温度变化情况见图9。 可见采用等离子加热,能大大改善中间包内钢水温度的变化,特别对更换钢水罐和浇铸末期更为有效。等离子加热所面临的困难是等离子枪的寿命间题。目前等离子枪的使用寿命可达 100h以上。提高等离子枪的使用寿命是推广应用等离子加热的关键步骤。另外,等离子加热需要价格较贵的Ar作为工作气体。这两个原因使等离子加热的成本相对高一些。

图9中间包内钢水的温度变化

3.3 电渣加热装置

电渣加热的基本原理是电流从一根电极或几根电极流经熔渣到达另一根或几根电极时, 利用熔渣的电阻发热来加热钢液的。加热方式分直流和交流,电极有自耗电极和非自耗电极 , 熔渣为高电阻渣系。W·Hol-zgruder称中间包电渣加热是一种新型的非常灵活的液态金属 (钢水)处理过程。但至今对中间包电渣加热技术研究的还很少。作者设想的中间包电渣加热装置见图10。电极种类可根据连铸钢种情况进行选取。例如钢种为普碳钢时,可选石墨质非 自耗电极,底电极也用石墨制成,如果钢种是低碳钢,可用相应钢种事先制成的自耗电极,同时底电极也由该钢种制成水冷底电极。电渣加热的关键问题之一是寻求适合中间包电渣冶金的渣系。电渣重熔过程中使用的CaF2基渣 ,对耐火材料深蚀极强,会降低中间包使用寿命。开发 中间包电渣冶金所用渣系应具有以下特点:熔点低、熔速快、电阻大、吸附钢水中夹杂的能力强及对包壁的浸蚀较小。与感应加热和等离子加热相比,电渣加热一方面可以补偿中间包内钢水的温度降低,另一方面还能对钢水进行再精炼。后一种功能是感应加热与等离子加热所无法办到的。电渣加热设备更为简单,一次性投资及运行费用都较低,操作方便安全,热效率高,钢水温度控制平稳,特别适合现运行的连铸机设备改造。

图10中间包电渣加热设备示意图

3.4 喷吹钢粉调整中间包钢水温度

板坯特别是薄板坯连铸过程希望中间包钢水过热度越小越好,为了满足这一要求,S·Hintikka等人开发了向钢水中喷吹钢粉末以控制中间包内钢水过热度的新工艺。喷粉系统并不需要太多的空间,配粉机安装在距中间包较远的一个合适的位置即可,用作为载气, 钢粉末从中间包与钢水罐之间的钢水流柱中喷入。其冷却效率高,能很容易把中间包内钢水的过热度控制在10℃以内。据文献介绍,该系统自1989年运行以来,对控制中间包钢水过热度 非常有效。当然,该工艺一个较大的困难是制造钢粉末。如果制粉过程能得以顺利进行,该方法乃是薄板坯连铸过程中控制中间包内钢水过热度的一种行之有效的方法。

总之,精确控制中间包钢水温度,实现恒温连铸对于提高连铸产品质量,稳定操作过程是十分必要的。我国在这方面的技术开发和研究甚少。随我国连铸比在钢铁生产中不断提高, 连铸的品种日益增多,中间包钢水加热的重要性会越来越明显.采用中间包加热技术后,可大大降低出钢温度,达到节能降耗提高炉龄之目的。为了使我国连铸水平达到一个新台阶,应加紧研究和开发中间包钢水加热技术,以提高产品质量降低能耗。

4  结 论

开发中间包钢水加热技术,控制中间包钢水温度是提高连铸产品质量降低能耗的一个重 要措施。感应加热、等离子加热及电渣加热等都是行之有效的中间包钢水加热方法。相比之 下, 电渣加热设备更简单,操作方便安全,投资费用小,便于迅速推广,有广泛的应用前途。