專利名稱：旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用旋轉電磁場與切向導流復合凈化連鑄中間包中鋼液的新方 法，即利用電磁場驅動中間包中大包水口區的鋼液旋轉，同時將大包水口沖擊區移置 中包一側，將大包水口沖擊動能轉換成水平切線沖擊流，復合旋轉磁場驅動鋼液旋轉， 利用夾雜物與鋼液密度的差異，使夾雜物向心遷移，進而碰撞聚合長大快速上浮去除。 該發明屬純凈鋼連鑄技術領域。
技術背景隨著20世紀80年代初期"中間包冶金"概念的提出，中間包己由鋼液的儲存器和分 配器發展成為連鑄過程中最重要的鋼液精煉設備。研究結果指出，從冶煉設備流出鋼 液經鋼包和中間包，如不加以保護，則連鑄鋼液中將有約70%的夾雜(內在夾雜、夕卜 來夾雜)來自于中間包。這些夾雜在中間包內如不加以分離，將對鑄坯質量和冶金工 藝產生嚴重危害。為減少中間包鋼液夾雜，給結晶器提供潔凈的鋼水，國內外一些鋼 廠已釆取了相當多的措施，如擴大中間包容量、采用"H"型中間包，使鋼液夾雜有充 分時間上浮；設置堰、壩、多孔擋墻，安裝石灰質過濾器，來改善中間包鋼液流動狀 態或吸收夾雜；往中間包鋼液內吹氬以促進夾雜上浮；使用堿性包襯、高堿度中間包 覆蓋渣來減少污染、吸收夾雜；采用長水口、中包密封技術減少中間包鋼水二次氧化； 加熱中間包鋼液特別是采用感應加熱，分離夾雜物；安裝鋼包下渣電磁檢測設備，預 防下渣等等，雖然都取得了一定效果，但是面對用戶對鋼材質量的更高要求以及鋼液 二次精煉成本的上升，上述技術仍然無法滿足高效率凈化鋼液的要求。為提高中間包鋼液中夾雜物去除效率，有研究者提出了離心中間包技術，該 技術的基本原理是利用旋轉磁場驅動中間包圓形腔中的鋼液產生旋轉運動，利用非金 屬夾雜物與鋼液密度差異，使夾雜物往旋轉中心遷移，進而碰撞長大而去除，該技術 對大尺寸夾雜物有較好的去除效果。然而，離心中間包技術中，鋼液的轉動全部由電磁場提供，需要消耗很高的電力； 此外，當大包水口位于旋轉中心時，大包水口沖擊流將形成向下，然后向上，再向下 的垂直方向的復雜流動，這將對向心聚集的夾雜物產生重新分散的作用，從而使夾雜 物去除效果顯著下降，甚至無法起到凈化效果。發明內容本發明的目的在于解決已有技術存在的問題，提供一種旋轉電磁場與切向導流復 合凈化中間包鋼水的方法及裝置，增強旋轉室內鋼水的旋轉強度，降低旋轉磁場發生 裝置的輸入功率，降低能耗，提高凈化效果。為解決上述問題，本發明的構思是利用鋼包水口注流強大的沖擊動能，通過改 變圓形腔結構，將垂直沖擊流轉換成水平切向流，同時采用欠半圓的旋轉磁場發生器， 其產生的旋轉電磁力復合鋼包水口沖擊流轉換的水平切向流驅動圓形腔中的鋼液做 軸對稱旋轉運動，使圓形腔中的夾雜物向旋轉中心聚集，經碰撞長大快速上浮進入渣 層而去除，從而顯著提高鋼液中夾雜物的去除效率，獲得純凈的鋼液。由于復合了鋼 包水口沖擊動能，則磁場發生器的輸入功率可以大大降低。本發明中，鋼包注流沖擊動能的改變采用一種稱為導流槽的結構來實現，即在鋼 包水口注入的圓形腔一側增設一個導流腔體，鋼包水口移置于導流槽上方，從而來自 鋼包水口的鋼水流動將導向為切線方向進入圓形腔，由于該腔體具有引流導向的作 用，本發明中將之稱為導流槽。本發明的具體思路為將傳統的單流連鑄中間包用一塊帶圓弧壁面的擋墻分割為 圓形腔(旋轉腔)和矩形腔，同時在圓形腔一側再開設一個與圓形腔相通的導流槽， 該導流槽出口與圓形腔形成相切的結構。鋼包水口移置于導流槽上方，則當鋼包鋼液 經鋼包水口注入導流槽時，導流槽將鋼液導向，沿圓形腔切線方向進入圓形腔，并使 圓形腔內的鋼液形成一定程度的旋轉運動。同時，在圓形腔的圓弧包壁外側設置一個 扇型的旋轉磁場攪拌器，旋轉磁場的旋轉方向與導流槽中鋼液中的流向一致，則旋轉 磁場和導流槽中鋼液的注流推動作用將驅動圓形腔中的鋼液做對稱性良好的旋轉運 動，進而利用離心力驅動圓形腔鋼液中的非金屬夾雜物向旋轉中心聚集，使旋轉中心 的夾雜物濃度顯著增加，從而促進夾雜物碰撞聚合長大，使夾雜物獲得更高的上浮速 率，進入渣層而與鋼液分離。經過凈化后的鋼液經擋墻下部與矩形腔相連的通道進入 矩形腔，在矩形腔中擋壩的阻擋作用下產生指向表面的流動，并在矩形腔上方形成較 大的水平環流，從而延長了鋼液的平均停留時間，鋼液在矩形腔內得到進一步的凈化 后經中包水口進入結晶器。根據上述的發明構思和具體思路，本發明采用下述技術方案-一種旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的方法，包括由一個旋轉磁場發 牛裝置產生旋轉電磁力驅動中間包旋轉室中的鋼水產生旋轉流動，其特征在于)lil岡包5水口垂直沖擊流引向為水平切向流入旋轉室，使鋼水的垂直沖擊流動力轉化為旋轉流 動力，該旋轉流動力與旋轉電磁力驅動的旋轉流動力復合，使旋轉室中鋼水產生對稱 旋轉流動，利用離心力分離鋼水中非金屬雜質。在上述的方法中，將中間包的旋轉室沿切線相連一個導向槽，將鋼包水口置于導 流槽中，來實現鋼包水口垂頃沖擊流導向為水平切向流入旋轉室。同時避免了鋼包水 口注流對旋轉室中夾雜物向心遷移和碰撞聚合上浮的破壞作用，提高凈化效果。上述的旋轉磁場發生裝置為扇型旋轉磁場發生裝置，安置在旋轉室的外側。一種旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的裝置，應用于上述的方法，包 括一個含有旋轉室的中間包，其特征在于所述的旋轉室沿切線相連一個導向槽，鋼包 水口置于導流槽中，旋轉室外側安置一個扇型旋轉磁場發生裝置。上述的旋轉室與單流中間包和分配室構成一體，旋轉室與單流中間包之間有擋墻 隔開，而擋墻下部有通道使單流中間包與旋轉室連通；單流中間包與分配室之間有擋 壩，鋼水能從單流中間包越過擋壩流入分配室；分配室下底有水口插配一根中間包塞 棒。上述的旋轉室內壁為圓形，而外壁有一段圓弧壁與導流槽外壁相連，旋轉室的圓 弧壁與扇形旋轉磁場發生裝置匹配，扇形旋轉磁場發生器的圓弧內壁的扇形角度為 60° 180° 。上述的扇形旋轉磁場發生裝置電源為三相交變電流，則頻率為2 20Hz;電源為 2相交流電源，則頻率為3 18Hz。 上述的鋼包水口為浸入式水口。 本發明具有以下顯著的優點1、 采用這種方法，由于將注流沖擊區設置在旋轉室外，避免了鋼液注流對夾雜 物向心遷移行為的破壞作用；2、 將鋼水以切線方向引入到旋轉室，增強了旋轉室內鋼水的旋轉強度，降低了 旋轉磁場發生器的輸入功率；降低能耗，提高凈化效果；3、 采用扇型的旋轉磁場發生器，使磁場發生器體積減小，更容易實現與現有連 鑄平臺的配合；4、 避免了鋼液的旋轉流動對鋼包水口帶來的沖刷作用，從而可避免由鋼包水口 浸入部分折斷引起的巻渣危險。


圖1是本發明的一個實施例的裝置結構示意圖。 圖2是圖1中A-A處剖視圖。 圖3是圖1中B-B處剖視圖。
具體實施方式
本發明的優選實施例結合

如下 實施例1參見圖1、圖2和圖3，本旋轉電磁場與切向導流復化凈化中間包鋼水的方法是 由一個旋轉磁場發生裝置產生旋轉電磁力驅動中間包旋轉室1中的鋼水產生旋轉流動-將鋼包水口5垂直沖擊流引向為水平切向流入旋轉室1，使鋼水的垂直沖擊流動力轉化為旋轉流動力，該旋轉流動力與旋轉電磁力驅動的旋轉流動力復合，使旋轉室 中鋼水產生對稱旋轉流動，利用離心力分離鋼水中非金屬雜質。實施例2參見圖l、圖2和圖3，本旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼水的裝置包 括一個含有旋轉室1的中間包，所述的旋轉室1沿切線相連一個導向槽4，鋼包水口 5置于導流槽4中，旋轉室1外側安置一個扇型旋轉磁場發生裝置3。其詳細結構和工作原理中間包主要由旋轉室l、分配室2、導流槽4、擋墻8、 擋壩6、扇型旋轉磁場發生裝置3、單流中間包IO、鋼包水口5、中間包塞棒14等構 成，旋轉室1和分配室2之間由擋墻8底部的通道12相連通。在旋轉室1的中間包 壁外側安置扇型旋轉磁場發生裝置3。在旋轉室1外側邊部增設一導流槽4與之相連 通，為保證鋼水更好的以切線方向進入旋轉室1，保持導流槽4與旋轉腔1邊部相切。 導流槽4底部的高度設置為旋轉室1高度相同或者一半高度。大包水口 5置于導流槽 4中。由于導流槽4的引入，根據導流槽4占據的位置，將旋轉磁場發生裝置3設置 為合適角度的扇弧形。為使旋轉磁場有更高的透入鋼液深度，旋轉磁場發生裝置3 的輸入電流為兩相或三相的低頻交變電流，頻率為2—14Hz，輸入電流為50—1000A。 在連鑄生產時首先按照生產工藝規程調整好中間包IO及鋼包的位置，同時調節好旋 轉磁場發生裝置3的電磁參數。隨著澆鑄的開始，開啟磁場發生裝置3，鋼包水口5 內的鋼液流經導流槽后，在電磁力的帶動作用下以水平切線方向進入旋轉室l。導流 槽4的鋼液沖擊動能與旋轉磁場發生裝置3復合作用，將有效驅動旋轉室1中的鋼液 做對稱性良好的旋轉運動11，則鋼液中的非金屬夾雜物9將向旋轉室1的中心聚集， 由于旋轉室1中心的夾雜物濃度械來鉞高，夾雜物將碰掩聚合長大，在獲得更高的上浮速率后快速上浮至覆蓋渣層13，從而使旋轉室1中的鋼液得到凈化，凈化后的鋼 液經擋墻8下部的連接通道12進入分配室2。由于連接通道12有一定的寬度，因此 旋轉室l中的鋼液將以偏離連接通道12主軸的方向進入分配室2，經擋壩6的阻擋， 則鋼液在分配室2中形成指向鋼液表面的流動，然后在分配室2上方形成水平的低速 環流，從而使鋼液在分配室2中具有更長的停留時間，這將有利于夾雜物進一步上浮 進入渣層，經凈化后的鋼液在塞棒14的控流作用下由中間包水口7進入結晶器，凝 固后即可獲得高潔凈度的鑄坯。
權利要求
1. 一種旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的方法，包括由一個旋轉磁場發生裝置產生旋轉電磁力驅動中間包旋轉室(1)中的鋼水產生旋轉流動，其特征在于將鋼包水口(5)垂直沖擊流引向為水平切向流入旋轉室(1)，使鋼水的垂直沖擊流動力轉化為旋轉流動力，該旋轉流動力與旋轉電磁力驅動的旋轉流動力復合，使旋轉室中鋼水產生對稱旋轉流動，利用離心力分離鋼水中非金屬雜質。
2. 根據權利要求l所述的旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的方法，其特 征在于將中間包的旋轉室(1)沿切線相連一個導向槽(4)，將鋼包水口 (5)置 于導流槽(4)中，來實現鋼包水口 (5)垂直沖擊流導向為水平切向流入旋轉室(1)。
3. 根據權利要求1或2所述的旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的方法， 其特征在于所述的旋轉磁場發生裝置為扇型旋轉磁場發生裝置(3)，安置在旋轉 室(1)的外側。
4. 一種旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的裝置，應用于根據權利要求1 所述的旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的方法，包括一個含有旋轉室(1)的中間包，其特征在于所述的旋轉室(1)沿切線相連一個導向槽(4)，鋼 包水口 (5)置于導流槽(4)中，旋轉室(1)外側安置一個扇型旋轉磁場發生 裝置(3)。
5. 根據權利要求4所述的旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼水的裝置，其特 征在于所述的旋轉室與單流中間包(10)和分配室(2)構成一體，旋轉室(1) 與單流中間包(10)之間有擋墻(8)隔開，而擋墻(8)下部有通道(12)使單 流中間包(10)與旋轉室(1)連通；單流中間包(10)與分配室(2)之間有擋 壩(6)，鋼水能從單流中間包(10)越過擋壩(6)流入分配室(2);分配室(2) 下底有水口插配一根中間包塞棒(7)。
6. 根據權利要求4所述的旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼水的裝置，其特 征在于所述的旋轉室(1)內壁為圓形，而外壁有一段圓弧壁與導流槽(4)外壁 相連，旋轉室(1)的圓弧壁與扇形旋轉磁場發生裝置(3)匹配，扇形旋轉磁場 發生器(3)的圓弧內壁角度為60。 180° 。
7. 根據權利要求6所述的旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼水的裝置，其特 征在于所述的扇形旋轉磁場發生裝置(3)及其電源為三相交流，則頻率為2 20Hz:扇形旋轉磁煬發牛裝置(3)及其電源為2相交流，則頻率為3 18Hz。8.根據權利要求4所述的旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼水的裝置，其特 征在于所述的鋼包水口 (5)為浸入式水口。
全文摘要
本發明涉及一種旋轉電磁場與切向導流復合凈化中間包鋼液的方法及裝置。其方法是由一個旋轉磁場發生裝置產生旋轉電磁力驅動中間包旋轉室中的鋼水產生旋轉流動，其特征在于將鋼包水口垂直沖擊流引向為水平切向流入旋轉室，形成旋轉流動力，與旋轉電磁力復合，使旋轉室中鋼水產生對稱旋轉流動，利用離心力分離鋼水中非金屬雜質。其裝置是一個含有旋轉室的中間包，其特征在于所述的旋轉室沿切線相連一個導向槽，鋼包水口置于導流槽中，旋轉室外側安置一個扇型旋轉磁場發生裝置。本發明采用旋轉電磁場與切向導流復合，增強了鋼水旋轉強度，降低了旋轉磁場發生裝置的輸入功率和能耗，摒除了鋼包注流對夾雜物離心分離的破壞作用，提高凈化效果。
文檔編號B22D1/00GK101259521SQ20081003638
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月21日 優先權日2008年4月21日
發明者任忠鳴, 赟 王, 王保軍, 鐘云波 申請人:上海大學