CN118847978A - 一种控制钢包下渣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种控制钢包下渣的方法，通过于钢包包侧壁的同一高度等弧开设喷嘴，以钢液起旋为触发条件，触发通过喷嘴向液态顶渣吹送冷却气体，完成对顶渣的降温；通过对液态顶渣的冷却降温，使其从液态转为半固态，实现对钢液旋转下渣的抑制。本发明的一种控制钢包下渣的方法，通过在钢包浇注末期钢液开始旋转下渣的高度范围内，在包壁侧面设置喷嘴并通过喷嘴直接向高温液态顶渣吹入冷却气体，降低与钢液接触的顶渣温度，使顶渣粘度提高，钢液旋转时顶渣不容易被拉扯进入钢液，从而达到控制钢包下渣的目的。
Description
技术领域
本发明属于连铸工艺领域，具体涉及一种控制钢包下渣的方法。
背景技术
炼钢生产过程中，钢包用来承载钢液，钢包内钢液表面层顶渣，浇注进行时，钢包内钢液高度逐步降低，当钢液高度下降到特定高度，钢液带动顶渣旋转，随着旋转速度增加，钢液旋转面内凹，并形成指向钢包水口的涡流，由此产生的剪切力拉扯顶渣进入涡流，进而大量顶渣随钢液进入中间包，造成钢液污染。上述下渣过程使钢液纯净度受到影响，无法满足高等级钢材质量要求。由此，如何解决浇注过程钢包下渣是生产纯净钢的重要课题。
申请号为CN2013104494542的发明申请，公开了“一种钢包抑渣装置”，该装置包括第一挡臂、第二挡臂和第三挡臂，第一挡臂和第二挡臂的中轴线相互垂直且交叉固定，第三挡臂的中轴线垂直于第一挡臂和第二挡臂构成的平面，且第三挡臂贯穿于第一挡臂和第二挡臂的交叉处；第一挡臂、第二挡臂和第三挡臂构成的抑渣装置的内部为铸铁块，铸铁块的外部设有涂覆层，该涂覆层由如下质量百分比的组分组成：89～94％CaO、3.7～4.3％MnO、0～0.5％Al2O3、0～3.5％SiO2、0～0.05％FeO、0～0.1％Fe2O3、2.3～3.5％ZrO2。其能够抑制漩涡的形成，从而阻止下渣、阻止气体进入中间包，且能够吸附钢水中夹杂物，使得在挡渣的同时进一步去除钢水中夹杂物。
申请号为CN201410805369X的发明申请，公开了“一种通过钢包底部环出钢口吹氩气控制钢包下渣的方法”，其是在钢包底部出钢口周围设置透气宽度为50～300mm的环形透气砖，在钢包浇注过程中，当钢包内钢水浇注液面高度为150～400mm时，控制吹氩压力为0.2～0.7MPa，使氩气通过环形透气砖吹入钢液，抑制钢包下渣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在介质不直接解除钢液的前提下抑制钢包起旋下渣的方法。
为实现以上技术目的，本发明提供了一种控制钢包下渣的方法，其技术方案具体如下：
一种控制钢包下渣的方法，
通过于钢包包侧壁的同一高度等弧开设喷嘴，以钢液起旋为触发条件，触发通过喷嘴向液态顶渣吹送冷却气体，完成对顶渣的降温；
通过对液态顶渣的冷却降温，使其从液态转为半固态，实现对钢液旋转下渣的抑制。
进一步地，
以炼钢过程中，钢包内钢液高度到达设定的钢液高度表征钢液起旋时刻，
根据设定的钢液高度完成喷嘴的布设。
进一步地，
所述的喷嘴数量根据当前需冷却的顶渣量确定，
或
所述喷嘴为于钢包包侧壁的同一高度等弧开设的12个，根据当前需冷却的顶渣量确定喷嘴的实际投入使用量。
进一步地，
各喷嘴的冷却气体流量根据下式确定：
式中，
冷却气体喷嘴气体流量：单位：L/min；
需冷却顶渣初始温度：单位：℃；
需冷却顶渣目标温度：单位：℃；
需冷却的顶渣重量：单位：kg；
顶渣热容均值：单位：kJ/(kg·℃)；
气体定压比热容：单位：J/(g*K)；
气体室温密度：g/ml；
喷吹持续时间：单位：min。
进一步地，
所述需冷却顶渣初始温度根据钢液温度的下限值确定；
所述需冷却顶渣目标温度综合顶渣最高熔点及钢液温度的下限值两者确定；
所述需冷却的顶渣重量根据钢包总顶渣量的9％-11％确定。
进一步地，
所述冷却气体为：氮气或氩气。
进一步地，
以钢包浇注结束为触发条件，触发关断吹送冷却气体。
进一步地，
通过对钢包重量的实时监测表征对钢包内钢液高度是否到达设定的钢液高度的监测。
进一步地，
具体包括如下步骤：
S1：基于当前钢包吨位，根据当前钢包需冷却的顶渣体积及喷出气体体积，完成喷嘴数量的确定；
S2：自钢包浇注开始时刻建立对钢液状态的实时监测；当监测到钢液起旋，则触发通过喷嘴、按照计算的流量和设定的喷吹持续时间、向液态顶渣吹送冷却气体。
进一步地，
所述的“于钢包包侧壁的同一高度等弧开设喷嘴”，根据钢包大小，为高度方向上设置的一组、两组或多组。本发明的一种控制钢包下渣的方法，通过在钢包浇注末期钢液开始旋转下渣的高度范围内，在包壁侧面设置喷嘴并通过喷嘴直接向高温液态顶渣吹入冷却气体，降低与钢液接触的顶渣温度，使顶渣粘度提高，钢液旋转时顶渣不容易被拉扯进入钢液，从而达到控制钢包下渣的目的。
附图说明
图1为本发明的具体控制步骤示意图；
图2为为本发明具体实施方式中工作原理部分的侧吹冷却气体控制流程示意图；
图3为本发明具体实施方式中工作原理部分的顶渣厚度方向不同状态分布示意图；
图4为本发明具体实施方式中的侧吹冷却顶渣效果示意图；
图5为本发明实施例中的钢包气体喷嘴布设位置示意图。
具体实施方式
下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种控制钢包下渣的方法作进一步具体说明。
对下述工作原理及过程的理解，可结合图1、2、3、4进行。
钢包顶渣成分体系为：
CaO％:30～40％,
SiO2:3％～10％,
Al2O3:30～50％,
MgO：3％～10％，
MnO：2％～8％。
根据不同渣成分进行渣熔点测量可以得出：该成分体系顶渣的熔点最高可以达到1530℃左右，而钢包内钢液温度≧1570℃，所以和钢液直接接触的顶渣呈现为完全液态，而自钢液面往上沿顶渣厚度方向有明显的温度梯度存在(如图3所示，再往上就呈现为半固态顶渣)，随着温度不断降低，顶渣中高熔点组元析出量增加，相应粘度不断增加，直至和空气接触面顶渣呈现为完全固态，可参见图3。由图3可知，和钢液面接触的顶渣，由于钢液温度高于顶渣熔点，所以该部分顶渣呈现低粘度的液态，钢包浇注末期钢液旋转产生的剪切力能够拉扯顶渣进入涡流，从而对钢液造成污染；靠近空气面的顶渣，由于空气温度较低，所以顶渣呈现高粘度的半固态或固态，钢包浇注末期钢液旋转产生的剪切力不容易拉扯高粘度顶渣进入涡流。而本技术方案通过在钢包浇注末期钢液开始旋转下渣的高度范围内，在包壁侧面设置喷嘴并通过喷嘴直接向高温液态顶渣吹入冷却气体，降低与钢液接触的顶渣温度，使顶渣粘度提高，钢液旋转时顶渣不容易被拉扯进入钢液，从而达到控制钢包下渣的目的。
根据以上的具体设置思路及设置过程为(下述阐述以于钢包包侧壁等弧开设的12个，根据当前需冷却的顶渣量确定喷嘴的实际投入使用量的设置方式进行，设置12个的目的在于：可适配单数喷嘴或双数喷嘴下的等弧分布响应；而根据当前需冷却的顶渣量确定喷嘴设置数量的方式可遵循同等设置思路及过程进行)：
参见图1，首先，基于当前钢包吨位，根据当前钢包需冷却的顶渣体积及喷出气体体积，完成喷嘴数量的确定；
然后通过以钢液起旋为触发条件，触发通过喷嘴向液态顶渣吹送冷却气体；以炼钢过程中，钢包内钢液高度到达设定的钢液高度表征钢液起旋时刻，通过对钢包重量的实时监测表征对钢包内钢液高度是否到达设定的钢液高度的监测；当监测到钢液高度到达设定目标高度时，触发冷却气体吹入阀门打开，通过喷嘴进行冷却气体的吹送，直至钢包浇注结束，关断吹送阀门。本技术方案中，设定的钢液高度或设定目标高度，根据大量历史数据统计确定，在本技术方案中确定为约400mm左右，而钢包吨位大小只影响钢包的半径，不影响钢包的高度，通过这一设置原则，将高度设定为一个不随钢包大小而变化的定值，方便技术方案实现的统一便捷性。
上述中的当前钢包需冷却的顶渣体积根据需冷却的顶渣重量确定，而需冷却的顶渣重量则根据对历史数据的计算确定为钢包总顶渣量的9％-11％，优选为10％；其中的气体体积则根据具体喷嘴的形状完成计算，本技术方案中以喷嘴为矩形为例进行具体数值的计算与示例(其他形状的喷嘴参照此进行相应的计算即是)；
为保证顶渣冷却效果，需要对冷却气体喷吹量进行计算，相应的计算按照下式进行：
已知条件：
顶渣热容均值2.5kJ/(kg·℃)，
需冷却的顶渣重量：3500kg*10％＝350kg，即：顶渣总量为3500kg，按照10％的占比确定需冷却的顶渣重量；
需冷却顶渣初始温度：1570℃，即：根据钢液温度的下限值设定需冷却顶渣初始温度；这里需要提醒注意的是：实际温度会有偏差，但偏差度在误差允许范围内，所以此值的设定可按此作统一设定处理；
需冷却顶渣目标温度：1550℃，即：综合顶渣最高熔点及钢液温度的下限值两者确定出需冷却顶渣目标温度；
喷吹持续时间：2～3min，
喷嘴组/单组喷嘴数量：1～3/4～6，
氮气定压比热容：1.038J/(g*K)，
氮气初始温度：25℃，
冷却气体喷嘴气体流量(以氮气为例)＝(需冷却顶渣初始温度-需冷却顶渣目标温度)*需冷却的顶渣重量*顶渣热容均值*1000/氮气定压比热容/氮气使用前后温度差/氮气室温密度/喷吹持续时间/喷嘴数量。
本技术方案中，由于采用气体喷吹方式，没有在钢包内增加阻旋组件，所以不会因为阻旋组件融损导致的钢液污染；由于采用包壁侧面喷嘴直接向顶渣吹入冷却气体的方式，从而避免了气体搅拌钢液导致卷渣的污染钢液问题；由于采用冷却气体直接吹入顶渣的方式也使进入顶渣的气体温度处于最低，从而提高了顶渣冷却效率(参见图4)；为了保证冷却气体可以影响钢包圆周范围内的所有顶渣，一方面在钢包底部0～400mm高度范围内设置喷嘴，另一方面，根据钢包容量大小，可以设置1～3组喷嘴，每组喷嘴根据钢包直径大小沿包壁设置4～8个(即：沿高度方向设置形成组数，沿周向形成每组下的个数，参见图5)。由于只需要控制和钢液直接接触的顶渣产生较高的粘度即可避免钢液剪切力对卷渣涡流的影响，所以设计需冷却的顶渣重量占钢包总顶渣量的10％；为保证冷却气体喷入产生最佳效果，需要精确控制气体喷吹冷却的时机，即需要在顶渣高温部分进入喷嘴范围后即刻启动气体阀门进行渣冷却操作。因此需要配置钢包在线称重装置，并实时将钢液重量信号转化为钢液高度信号，用以触发冷却气体吹入阀门打开(参见图2)。
其中的喷嘴数量具体确定过程示例如下：
钢包需冷却顶渣的体积＝π*r2*h；300吨钢包需冷却顶渣的体积为：3.14*1.8m2*0.01m＝0.1m3，一般如果有70％重量的顶渣达到目标温度即认为可以有效防止钢液旋转时顶渣被拉扯进入钢液，则需冷却顶渣体积为：0.1*0.7＝0.07m3。
假设喷嘴喷出气体为矩形，喷出气体体积＝1.2m*0.7m*0.01m＝0.0084m3,则0.07m3顶渣需喷嘴数量为：0.07m3/0.0084m3≈8个。
至于冷却气体的选择，则根据钢种成分对氮有无严格要求进行，当对N无严格要求时，选择氮气为冷却气体；当钢种成分对N有严格要求时，选择氩气为冷却气体。
考虑钢包公称容量不同，包壁喷嘴组和单组喷嘴数量不同，则：
单喷嘴设计气体流量为100L/min～300L/min；相应喷嘴出口设计压力150～1000kpa。
实施例
某次炼钢生产过程，100吨钢包承载钢液进行浇注，根据钢包尺寸，沿包壁圆周对称安装1组4个侧吹喷嘴，由于钢种成分对N没有严格要求，所以喷吹气体选择氮气。浇注过程中钢包称量系统持续对钢包进行称重，同时将钢液重量数据转化为钢液高度数据，并和目标400mm进行比较，当钢液高度降低到400mm时，控制氮气的阀门打开，单个喷嘴出口以110L/min的流量、600kpa的参数喷出氮气，持续时间2分钟，和钢液面接触的顶渣与室温氮气接触被冷却，高熔点组元大量析出，该部分顶渣粘度上升，钢液旋转剪切力无法将其拉扯进入钢液，从而控制了钢包下渣，当钢包浇注完毕，气体阀门关闭，整个过程结束。某次炼钢生产过程，200吨钢包承载钢液进行浇注，根据钢包尺寸，沿包壁圆周对称安装1组8个侧吹喷嘴，由于钢种成分对N有严格要求，所以喷吹气体选择氩气。浇注过程中钢包称量系统持续对钢包进行称重，同时将钢液重量数据转化为钢液高度数据，并和目标400mm进行比较，当钢液高度降低到400mm时，控制氮气的阀门打开，单个喷嘴出口以160L/min的流量、500kpa的参数喷出氮气，持续时间2.5分钟，和钢液面接触的顶渣与室温氩气接触被冷却，高熔点组元大量析出，该部分顶渣粘度上升，钢液旋转剪切力无法将其拉扯进入钢液，从而控制了钢包下渣，当钢包浇注完毕，气体阀门关闭，整个过程结束。
某次炼钢生产过程，300吨钢包承载钢液进行浇注，根据钢包尺寸，沿包壁圆周对称安装2组8个侧吹喷嘴，由于钢种成分对N有严格要求，所以喷吹气体选择氩气。浇注过程中钢包称量系统持续对钢包进行称重，同时将钢液重量数据转化为钢液高度数据，并和目标400mm进行比较，当钢液高度降低到400mm时，控制氮气的阀门打开，单个喷嘴出口以220L/min的流量、850kpa的参数喷出氮气，持续时间3.0分钟，和钢液面接触的顶渣与室温氩气接触被冷却，高熔点组元大量析出，该部分顶渣粘度上升，钢液旋转剪切力无法将其拉扯进入钢液，从而控制了钢包下渣，当钢包浇注完毕，气体阀门关闭，整个过程结束。
本技术方案的一种控制钢包下渣的方法，具有高效率且无次生污染的特征，实现了无污染条件下控制钢包下渣的目的。
Claims (10)
1.一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
通过于钢包包侧壁的同一高度等弧开设喷嘴，以钢液起旋为触发条件，触发通过喷嘴向液态顶渣吹送冷却气体，完成对顶渣的降温；
通过对液态顶渣的冷却降温，使其从液态转为半固态，实现对钢液旋转下渣的抑制。
2.根据权利要求1所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
以炼钢过程中，钢包内钢液高度到达设定的钢液高度表征钢液起旋时刻，
根据设定的钢液高度完成喷嘴的布设。
3.根据权利要求1所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
所述的喷嘴数量根据当前需冷却的顶渣量确定，
或
所述喷嘴为于钢包包侧壁的同一高度等弧开设的12个，根据当前需冷却的顶渣量确定喷嘴的实际投入使用量。
4.根据权利要求3所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
各喷嘴的冷却气体流量根据下式确定：
式中，
冷却气体喷嘴气体流量：单位：L/min；
需冷却顶渣初始温度：单位：℃；
需冷却顶渣目标温度：单位：℃；
需冷却的顶渣重量：单位：kg；
顶渣热容均值：单位：kJ/(kg·℃)；
气体定压比热容：单位：J/(g*K)；
气体室温密度：g/ml；
喷吹持续时间：单位：min。
5.根据权利要求4所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
所述需冷却顶渣初始温度根据钢液温度的下限值确定；
所述需冷却顶渣目标温度综合顶渣最高熔点及钢液温度的下限值两者确定；
所述需冷却的顶渣重量根据钢包总顶渣量的9％-11％确定。
6.根据权利要求1所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
所述冷却气体为：氮气或氩气。
7.根据权利要求1所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
以钢包浇注结束为触发条件，触发关断吹送冷却气体。
8.根据权利要求2所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
通过对钢包重量的实时监测表征对钢包内钢液高度是否到达设定的钢液高度的监测。
9.根据权利要求4所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
具体包括如下步骤：
S1：基于当前钢包吨位，根据当前钢包需冷却的顶渣体积及喷出气体体积，完成喷嘴数量的确定；
S2：自钢包浇注开始时刻建立对钢液状态的实时监测；当监测到钢液起旋，则触发通过喷嘴、按照计算的流量和设定的喷吹持续时间、向液态顶渣吹送冷却气体。
10.根据权利要求1所述的一种控制钢包下渣的方法，其特征在于：
所述的“于钢包包侧壁的同一高度等弧开设喷嘴”，根据钢包大小，为高度方向上设置的一组、两组或多组。
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|---|---|---|---|
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2023
- 2023-04-27 CN CN202310475721.7A patent/CN118847978A/zh active Pending
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