專利名稱：一種鋼水自旋式連鑄中間包的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及煉鋼連鑄生產(chǎn)中的一種中間設(shè)備。
背景技術(shù)：
中間包是煉鋼連鑄生產(chǎn)流程中所需要的一種中間設(shè)備，是煉鋼生產(chǎn)中由間歇操作到連續(xù)操作的銜接點(diǎn)。是提高鋼產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要設(shè)備之一。
20世紀(jì)50年代，連鑄技術(shù)作為鋼鐵工業(yè)標(biāo)志性成果發(fā)展起來，其特點(diǎn)是工藝過程速度快，投資集中。1970年全世界連鑄比僅為5.6％，而到1990年全世界連鑄比已達(dá)到62.4％，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的連鑄比超過了95％。1994年全世界的連鑄比為72.4％，近年來世界上許多煉鋼廠相繼以全連鑄取代了模鑄生產(chǎn)。截止1994年，實(shí)現(xiàn)全連鑄的國家已經(jīng)達(dá)到24個(gè)。連鑄技術(shù)在我國起步并不晚，但發(fā)展緩慢，和發(fā)達(dá)國家有了相當(dāng)?shù)牟罹啵?0年代后期，在“以連鑄為中心，煉鋼為基礎(chǔ)，設(shè)備為保證”的方針指導(dǎo)下，我國的連鑄技術(shù)有了迅猛的發(fā)展。為我國鋼鐵的高效、連續(xù)快速可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
中間包作為冶金反應(yīng)器無論對于連鑄的順利進(jìn)行還是對于保證鋼液品質(zhì)，其作用都是不可忽略的。通常認(rèn)為中間包起到以下三種作用1、分流作用。對于多流連鑄機(jī)，由多水口中間包對鋼液進(jìn)行分流。
2、連澆作用。在多爐連澆時(shí)，更換盛鋼桶時(shí)中間包存儲(chǔ)的鋼液可起到銜接的作用。
3、減壓作用。盛鋼桶內(nèi)鋼液液面高度有5～6m，鋼液勢能產(chǎn)生的沖擊力很大，在澆鑄過程中變化的幅度也比較大。中間包液面比盛鋼桶低且變化的幅度小，因此可以穩(wěn)定鋼液澆鑄過程，減小鋼流對結(jié)晶器凝固坯殼的沖刷。
中間包是鋼水鑄坯之前最后一個(gè)大的盛裝設(shè)備，為了提高鋼水質(zhì)量，減少鋼中夾雜，人們采用了一項(xiàng)新的技術(shù)，即在中間包處設(shè)置控流裝置并外加電磁場，使鋼液在中間包內(nèi)的停留時(shí)間增加或者產(chǎn)生速度為40～50rpm之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，促使鋼液中的非金屬夾雜得到聚合、粘附和上浮，保證進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)的鋼液具有較高的純凈度，從而獲得成份均一的高質(zhì)量鑄坯。
實(shí)踐證明，利用外加電磁場促使中間包內(nèi)的鋼水獲得旋轉(zhuǎn)流場，對于鋼水質(zhì)量提高的確可以發(fā)揮明顯作用，但明顯增加了設(shè)備投資和運(yùn)行成本，不利于在鋼廠連鑄生產(chǎn)中普遍使用。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有中間包的不足之處，本發(fā)明提供一種鋼水自旋式連鑄中間包，以降低煉鋼連鑄生產(chǎn)的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用。
本發(fā)明對現(xiàn)有煉鋼連鑄生產(chǎn)用的中間包做了改進(jìn)，在中間包內(nèi)設(shè)計(jì)出底部帶有鋼水切線入口的圓柱或者圓臺(tái)形漩流室結(jié)構(gòu)，將漩流室設(shè)在中間包內(nèi)底面大包注流位置，使從鋼包注入中間包內(nèi)的鋼液從漩流室底部沿切線方向進(jìn)入漩流室時(shí)利用自身勢能在漩流室內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，在實(shí)際澆鑄過程中鋼水流動(dòng)會(huì)在漩流室內(nèi)產(chǎn)生5～60rpm的旋轉(zhuǎn)流場，從而達(dá)到利用向心力去除夾雜和控制湍流的目的。
利用大包內(nèi)鋼液的自身勢能，引導(dǎo)鋼液通過長水口后沿著與之連接的漩流室鋼水切線入口進(jìn)入漩流室主體內(nèi)部，依靠鋼水的勢能及流動(dòng)動(dòng)能，可以使鋼水產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。這是因?yàn)槭紫扔捎阡隽魇抑黧w壁面的限制，使鋼液的動(dòng)能大部分在漩流室內(nèi)部耗散，在漩流室的上沿處具有較小的動(dòng)能和湍流度，對于平緩擋墻和擋壩后面的流動(dòng)產(chǎn)生有利的影響。其次，由于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力對于密度不同的鋼液和非金屬夾雜產(chǎn)生不同的效果，密度較小的非金屬夾雜被“擠向”漩流室的中心，從而利于非金屬夾雜的聚合長大和上浮。向心力場中顆粒受力分析如下。
當(dāng)顆粒處于Stokes區(qū)時(shí)，顆粒受曳力為3πμdur，其中ur為徑向運(yùn)動(dòng)速度，ω為旋轉(zhuǎn)角速度，ρ為流體密度，ρs為顆粒密度，d為顆粒直徑。
顆粒受力方程π6d3ρsdurdt=π6d3(ρ-ρs)ω2(R0-r)-3πμdur.]]>令durdt=d2rdt2,]]>ur=drdt,]]>求解此方程可以得到顆粒的向心運(yùn)動(dòng)位移和時(shí)間關(guān)系為r=R0+R0r1-r2(r2er1t-r1er2t).]]>其中r1和r2是受力方程的兩個(gè)特征根。
本發(fā)明的鋼水自旋式連鑄中間包漩流室設(shè)計(jì)參數(shù)如下1.實(shí)驗(yàn)研究用鋼水自旋式連鑄中間包漩流室設(shè)計(jì)參數(shù)(1)優(yōu)化的漩流室設(shè)計(jì)參數(shù)圓柱形漩流室內(nèi)直徑100～400mm，高徑比范圍0.48～4.0，最佳比例為2左右；圓臺(tái)形漩流室下底內(nèi)徑100～400mm，上底內(nèi)徑/下底內(nèi)徑0.5～1.0，高100～400mm；漩流室底部切線方向入口直徑和長水口直徑相同，并且圓滑過渡。
(2)操作參數(shù)及使用效果將漩流室安放在中間包注流區(qū)，在大包液面高度為2～3m和中間包注入流量為1.5～3.5m3/h的條件下，可獲得鋼液在漩流室內(nèi)10～100rpm的旋轉(zhuǎn)速度。
2.工業(yè)生產(chǎn)用鋼水自旋式連鑄中間包漩流室設(shè)計(jì)參數(shù)(1)優(yōu)化的漩流室設(shè)計(jì)參數(shù)對不同容量和形狀的中間包，漩流室的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。
圓柱形漩流室內(nèi)直徑250～1000mm，高徑比范圍0.48～4.0，最佳比例為2左右；圓臺(tái)形漩流室下底內(nèi)徑250～1000mm，上底內(nèi)徑與下底內(nèi)徑之比為0.5～1.0，高250～1000mm；漩流室底部切線方向入口直徑和長水口直徑相同，并且圓滑過渡。
(2)操作參數(shù)及使用效果將漩流室安放在中間包注流區(qū)，在大包液面高度為4～6m和鋼水注入流量為15～35m3/h的條件下，可獲得鋼液在漩流室內(nèi)5～60rpm的旋轉(zhuǎn)速度。
漩流室內(nèi)直徑大小和高度之比的選擇根據(jù)中間包的容量和要求生產(chǎn)能力(注入流量)來確定，對于容積大，注入速度快的中間包，原則選用較大直徑的漩流室。
本發(fā)明的鋼水自旋式連鑄中間包，采用獨(dú)有的漩流室控流裝置設(shè)計(jì)，可以有效降低流體的湍流動(dòng)能，使中間包內(nèi)的流動(dòng)接近于層流穩(wěn)定流動(dòng)的狀態(tài)；漩流室內(nèi)旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到5～60rpm，可以對非金屬夾雜進(jìn)行有效的分離，可以防止大包注流的二次氧化和卷渣；采用本發(fā)明的設(shè)備進(jìn)行煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝簡單，改造現(xiàn)有工藝成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其適合于生產(chǎn)質(zhì)量要求較高的鋼種。


圖1為鋼水自旋式連鑄中間包的前視剖面圖，其中(a)為圓柱形漩流室的鋼水自旋式連鑄中間包的前視剖面圖，(b)為圓臺(tái)形漩流室的鋼水自旋式連鑄中間包的前視剖面圖。
圖2為鋼水自旋式連鑄中間包的俯視圖。
圖3為漩流室入口結(jié)構(gòu)剖視放大圖。
圖中1為中間包本體，2長水口，3漩流室主體，4鋼水切線入口，5擋墻，6擋壩，7浸入式水口，D1、D2、H、H1、L1、L2、W1、W2、L3、L4、L5、X1和Y1為中間包的設(shè)計(jì)參數(shù)，D1圓柱形漩流室的內(nèi)直徑，H1漩流室的高度，D2長水口和浸入式水口直徑，L1中間包上端口長度，L2中間包底面長度，W1中間包底面寬度，W2中間包上端口寬度，L3擋墻的X向定位尺寸，L4擋壩的X向定位尺寸，L5浸入式水口的X向定位尺寸，X1和Y1為漩流室中心距離下底壁面的定位尺寸，X坐標(biāo)系的X軸，Y坐標(biāo)系的Y軸。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如附圖所示，本實(shí)施例的供試驗(yàn)研究用的鋼水自旋式連鑄中間包與目前普遍使用的中間包相比，其共同之處在于中間包設(shè)有中間包本體1、長水口2、擋墻5、擋壩6、浸入式水口7等部分。不同之處是在中間包底面大包注流位置下方設(shè)有一個(gè)圓柱形漩流室，該漩流室主體3通過長水口2和大包相連，漩流室底部沿圓周切線方向開有圓形鋼水切線入口4。設(shè)計(jì)參數(shù)可按如下數(shù)據(jù)予以確定

采用該中間包用于試驗(yàn)研究，在流量1.5～3.5m3/h的條件下，得到鋼水旋轉(zhuǎn)速度為10～100rpm。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測定，可以判斷該中間包具有良好的控流和去除夾雜功能。
實(shí)施例2如附圖所示，本實(shí)施例的供工業(yè)生產(chǎn)用的鋼水自旋式連鑄中間包與目前普遍使用的中間包相比，其共同之處在于中間包設(shè)有中間包本體1、長水口2、擋墻5、擋壩6、浸入式水口7等部分。不同之處是在中間包底面大包注流位置下方設(shè)有一個(gè)圓柱形漩流室，該漩流室主體3通過長水口2和大包相連，漩流室底部沿圓周切線方向開有圓形鋼水切線入口4。設(shè)計(jì)參數(shù)可按如下數(shù)據(jù)予以確定

采用該中間包用于煉鋼連鑄生產(chǎn)，在流量15～35m3/h的條件下，得到旋轉(zhuǎn)速度為5～60rpm。使用本中間包預(yù)期可降低夾雜10％，從而起到了良好的去除夾雜功能。
實(shí)施例3如附圖所示，本實(shí)施例的供試驗(yàn)研究用的鋼水自旋式連鑄中間包與目前普遍使用的中間包相比，其共同之處在于中間包設(shè)有中間包本體1、長水口2、擋墻5、擋壩6、浸入式水口7等部分。不同之處是在中間包底面大包注流位置下方設(shè)有一個(gè)圓臺(tái)形漩流室，該漩流室主體3通過長水口2和大包相連，漩流室底部沿圓周切線方向開有圓形鋼水切線入口4。設(shè)計(jì)參數(shù)可按如下數(shù)據(jù)予以確定

采用本實(shí)施例的鋼水自旋式連鑄中間包，在流量1.5～3.5m3/h的條件下，得到鋼水旋轉(zhuǎn)速度為10～100rpm。通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測定，可以判斷該中間包具有良好的控流和去除夾雜功能。
實(shí)施例4如附圖所示，本實(shí)施例的供工業(yè)生產(chǎn)用的鋼水自旋式連鑄中間包與目前普遍使用的中間包相比，其共同之處在于中間包設(shè)有中間包本體1、長水口2、擋墻5、擋壩6、浸入式水口7等部分。不同之處是在中間包底面大包注流位置下方設(shè)有一個(gè)圓臺(tái)形漩流室，該漩流室主體3通過長水口2和大包相連，漩流室底部沿圓周切線方向開有圓形鋼水切線入口4。設(shè)計(jì)參數(shù)可按如下數(shù)據(jù)予以確定

采用本實(shí)施例的鋼水自旋式連鑄中間包，在流量15～35m3/h的條件下，得到鋼水旋轉(zhuǎn)速度為5～60rpm。使用本中間包預(yù)期可降低夾雜13％，從而起到了良好的去除夾雜功能。
權(quán)利要求
1.一種鋼水自旋式連鑄中間包，包括中間包本體、長水口、擋墻、擋壩、浸入式水口，其特征在于還包括漩流室和圓形鋼水切線入口，漩流室設(shè)置在中間包底面大包注流位置下方，漩流室主體通過長水口和大包相連，漩流室底部沿圓周切線方向開有圓形鋼水切線入口。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋼水自旋式連鑄中間包，其特征在于漩流室為圓柱形漩流室或圓臺(tái)形漩流室，漩流室的設(shè)計(jì)參數(shù)如下圓柱形漩流室，內(nèi)直徑250～1000mm，高徑比范圍0.48～4.0；圓臺(tái)形漩流室，下底內(nèi)徑250～1000mm，上底內(nèi)徑與下底內(nèi)徑之比范圍為0.5～1.0，高250～1000mm。
3.按照權(quán)利要求1所述的鋼水自旋式連鑄中間包，其特征在于漩流室底部沿圓周切線方向的圓形鋼水切線入口直徑和長水口直徑相同，并且圓滑過渡。
全文摘要
一種鋼水自旋式連鑄中間包，包括中間包本體、長水口、擋墻、擋壩、浸入式水口，還包括漩流室和圓形鋼水切線入口，在中間包底面大包注流位置下方設(shè)置圓柱形或圓臺(tái)形漩流室，漩流室主體通過長水口和大包相連，漩流室底部沿圓周切線方向開有圓形鋼水切線入口。圓形鋼水切線入口直徑和長水口直徑相同，并且圓滑過渡。采用該中間包用于煉鋼連鑄生產(chǎn)，在流量15～35m
文檔編號B22D41/00GK1718328SQ20051004699
公開日2006年1月11日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月3日
發(fā)明者鄒宗樹, 羅志國, 侯勤福, 王曉鳴, 王煥洋, 李環(huán) 申請人:東北大學(xué)