一种连铸生产中长水口包覆调温系统及方法

1.本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种连铸生产中长水口包覆调温系统及方法。


背景技术：

2.随着减少二氧化碳排放要求日趋严格，转炉、精炼低温冶炼意义越来越重要。相应的，降低冶炼和连铸过程温降意义重大，尤其是降低连铸过程温降意义凸显，其可以显著降低前段炼钢和精炼过程的钢水温度，从而显著降低炼钢和精炼过程能耗和物耗，并显著提升钢材质量。
3.另一方面，中间包钢水温度的稳定性对钢水过热度控制、连铸坯偏析及凝固组织控制意义重大，但连铸生产过程中由于钢包温度的不均匀性、连铸过程中钢水对外的散热，中间包钢水温度波动较大，控制中间包钢水的稳定性一直缺乏有效手段。
4.因此，有必要研究一种连铸生产中长水口包覆调温系统及方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种连铸生产中长水口包覆调温系统及方法，能够加强钢铁连铸生产中钢水经过长水口过程调温，既可避免钢水经过长水口过程温度下降过快，实现炼钢、精炼和连铸的低温冶炼，还可在钢液温度较高时，吹气冷却长水口及内部钢液，降低钢液过热度。
6.一方面，本发明提供一种连铸生产中长水口包覆调温系统，所述系统包括调温套、机械臂、数据采集单元和控制单元；所述调温套套设在所述长水口外周；所述机械臂与所述调温套连接，用于控制所述调温套的动作；所述控制单元分别与所述机械臂以及所述数据采集单元连接，用于根据所述数据采集单元采集的数据控制所述机械臂的工作；所述调温套为组合管形结构，包括两个半圆形调温壁；所述两个半圆形调温壁分别与所述机械臂连接，在所述机械臂的控制下实现移动、定位、抱合、打开和吹气冷却动作。
7.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述半圆形调温壁为层状结构，所述层状结构从外到里依次包括钢质外壳、高温耐火棉和轻质高温耐材。
8.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钢质外壳为耐热不锈钢材质，厚度为1-5mm。
9.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述高温耐火棉的耐火度大于1050℃，厚度为2-30mm。
10.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述轻质高
温耐材的耐火度大于1300℃。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述轻质高温耐材为高温多孔氧化铝耐材。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钢质外壳的内径比所述轻质高温耐材的内径大2-10mm。
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述调温套的内壁镶嵌若干发热元件，所述发热元件通过机械臂与控制单元连接，用于对所述调温套进行预热和/或加热。
14.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述调温套的内壁布置有若干吹气孔，吹气孔的直径为0.5-10mm,所述吹气孔通过机械臂与气体管路连接，用于对长水口吹气冷却。所述气体管路上、所述机械臂内的气体通道上或吹气孔处设有吹风动力设备，用于为吹气提供动力。
15.另一方面，本发明提供一种连铸生产中长水口包覆调温方法，所述方法采用如上任一所述的系统实现；所述方法的步骤包括：s1、在连铸生产中，将长水口连接在钢包下方，打开钢包滑动水口，开始浇注，并在中间包浇注区添加覆盖剂；s2、通过机械臂将调温套移动至所述长水口附近，机械臂控制所述调温套执行预热、打开、定位动作并对所述长水口进行抱合，使所述调温套包覆在所述长水口外周；s3、连铸中实时监测中间包钢水的温度，判断实时温度是否在预设温度区间内；若温度高于预设区间，控制单元发出命令通过所述机械臂适度打开或完全打开所述调温套进行散热，并对长水口吹气冷却；若温度低于所述预设区间，控制单元发出命令控制所述调温套内壁的发热元件进行加热；s4、当前包次浇注结束前，所述机械臂移动所述调温套至待用位置，关闭所述钢包滑动水口。
16.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述调温套的预热温度为内壁温度大于300℃。
17.与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的技术方案能够对长水口的浇筑过程进行保温，避免长水口浇筑过程钢水温度下降过快，从而实现长水口前的低温冶炼；上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明能够对长水口钢水温度进行精确控制，使之保持在预设温度范围内，钢水温度波动小，有利于钢冶炼质量的提高。
18.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1是本发明一个实施例提供的调温套安装示意图；
图2是本发明一个实施例提供的调温壁结构图。
21.其中，图中:1、钢包；2、长水口夹持装置；3、调温套夹持机械臂；4、钢包滑动水口；5、长水口夹持圈；6、长水口；7、调温套；8、中间包覆盖剂；9、中间包钢水；10、控制单元；701、加热元件；702、钢质外壳；703、高温耐火棉；704、轻质高温耐材；705、上端钢质外壳；706、下端钢质外壳；707、吹气孔。
具体实施方式
22.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
23.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
25.针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种连铸生产中长水口包覆调温方法。钢铁生产过程中，炼钢和精炼的终点温度主要决定于连铸温度，而连铸生产中钢水从钢包到中间包过程是温度降低最严重环节，其间钢水经过长水口时，长水口保温效果有限，钢水温度降低明显。因而现代钢铁生产中前段炼钢和精炼必须在较高的操作温度下完成，以保证连铸时钢水温度处于较高水平，以弥补连铸过程中的温度损失。本方法公开了一种连铸生产中长水口包覆调温系统及方法，针对连铸生产中钢水经过长水口的过程进行保温，降低钢水经过长水口时的热量损失和温降，从而显著降低连铸过程钢水温度损失。该技术不仅能显著降低连铸过程的能耗，更重要的是能降低前段工序的冶炼温度，从而显著减少前段工序的能耗，并减少前段冶炼过程中耐材的消耗，并有助于炼钢过程脱磷反应等，提高钢水洁净度；同时，该方法还可调整中间包钢水温度，保持中间包钢水的稳定性，降低钢水的过热度，改善铸坯的偏析和凝固组织。
26.本发明提供一种包覆长水口的钢水保温方法，如图1和图2所示，钢水连铸时，通过调温套夹持装置3，在长水口6周围包覆一组调温套7，实现对长水口6及内部流动钢水的保温。
27.调温套7为组合管形保温装置，由两个半圆形调温壁组成。两个半圆形调温壁分别与机械臂3连接，机械臂3执行调温套7的移动、抱合、定位、打开等操作；连铸生产中，控制机械臂3将调温套7移动至工作区域，操作中严禁调温套7与长水口6的触碰，并实现对长水口6的柔性包覆。机械臂3对调温套7的夹持和抱合采用柔性机制，机械臂3对调温套7的压合力小于1公斤，实现对长水口6的柔性包覆和定位。
28.调温套7为组合管形保温装置，调温套7内径比长水口6外径大0-4mm，调温套7外径比长水口6外径大100-500mm，调温套7长度比长水口6长度短150-300mm；调温套7内壁贴近长水口6外壁，调温套7上端位于长水口夹持圈5下10mm-100mm，下端距中间包浇注区覆盖剂8液面30mm-100mm。
29.组成调温套7的两个半环形调温壁由多层材料制备。最外层为钢质外壳702，钢质外壳702的上端设有上端钢质外壳705，下端设有下端钢质外壳706，一般为耐热不锈钢，要求具有良好的高温强度和抗高温氧化性能，以保障调温套长期高温状态下使用不变形、抗氧化；钢质外壳702的厚度为1-5mm。紧贴钢壳的是一层高温耐火棉703，再内层为轻质高温耐材704。高温耐火棉703的耐火度大于1050℃，厚度为2-30mm；耐火棉主要填充于调温壁钢质外壳702和轻质高温耐材704中间，部署高温耐火棉703时需保障高温耐火棉703与长水口6不接触。轻质高温耐材704的耐火度大于1300℃，轻质高温耐材704可采用高温多孔氧化铝耐材等。为了防止钢壳触碰长水口，调温壁上下两端钢质外壳702的内径较内层耐材内径大2-10mm。
30.为了进一步的提高调温套的保温效果，使长水口的温降效果达到最少，可在调温壁的最内侧耐材表面，镶嵌加热元件701，用于对调温壁预热和/或在调温过程中进行加热。机械臂3与两个半圆形调温壁连接，控制加热元件701的启动和关闭，实现供电加热。调温壁的内侧壁上还设有若干吹气孔707，吹气孔707和嵌设在机械臂内的气体通道连通，进而与气体管道连通，吹气孔处或气体通道上或气体管路上设有吹风机等吹风动力设备，用于实现吹气。
31.工作时：连铸生产中，在钢包1下方连接好长水口6，打开钢包滑动水口4，开始浇注，并在中间包浇注区添加覆盖剂8，通过机械臂3将调温套7移动至长水口6附近，机械臂3执行打开、抱合调温套7，使调温套7包覆长水口6，实现对长水口6及其内部流动钢水的保温。连铸中中间包钢水9温度较高，可控制机械臂3适度打开或完全打开调温套7，恢复长水口6对外散热，调整中间包钢水9温度，改善中间包钢水9温度的稳定性。该包次浇注结束前，机械臂3移动调温套7至待用位置，关闭钢包滑动水口4。调温套7在连铸第一炉浇注使用前可使用加热装置701预热，预热至内壁温度大于300℃，后续连铸浇次中连续使用时不需预热。
32.实施例1：某厂连铸，钢包1内钢水100吨，长水口6长度为1450mm，上段碗部长度为120mm，碗部下方外径为165mm，连铸生产时下端插入钢水深度为200mm；制备的圆形调温套7由两个半圆形调温壁组成，内径为167mm，外径为567mm，长度为1000mm；调温套周边和上下两端的外壳由3mm厚度的高温不锈钢310s焊接组成，上下两端的不锈钢片外径为567mm，内径为169mm；紧贴不锈钢内侧部设一层耐火棉703，耐火度为1200℃，厚度为20mm；最内层为轻质氧化铝泡沫砖704，耐火度为1600℃，厚度为177mm，长度为954mm；氧化铝泡沫砖靠近长水口一侧，镶嵌铁铬铝电阻丝，加热功率为5kw。
33.连铸生产开始前，将调温套7预热10分钟，调温套内侧耐材温度500℃；连铸开始后，将长水口6与浇注钢包滑动水口4相连接，打开滑动水口4，开始浇注；机械臂3移动调温套7至长水口6附近，机械臂3执行打开、抱合调温套7，使调温套7包覆长水口6，调温套7上端距离长水口6上端200mm；包覆过程中严禁调温套外侧钢壳702触碰长水口，调温套内侧与长水口外侧柔性靠近，两个调温壁的压合力为0.5公斤；浇注过程中机械臂3夹持调温套7保持在工作位置；通过机械臂向调温套内镶嵌电阻丝供电。
34.该包次浇注结束后，关闭调温套内电阻丝电源，控制机械臂3打开调温套6，机械臂3移动调温套7至待用位置，移动过程中严禁调温套7外侧与长水口6触碰，结束该包次浇注。
采用调温套包覆长水口，该浇注炉次中间包钢水温度提高5℃，前端炼钢、精炼工序降低温度5℃。
35.实施例2：某厂连铸，钢包1内钢水质量为80吨，长水口6长度为1500mm，上段碗部长度为140mm，碗部下方外径为150mm，连铸生产时下端插入钢水深度为250mm；制备的圆形调温套7由两个半圆形调温壁组成，内径为152mm，外径为500mm，长度为950mm；调温套周边和上下两段的外壳由3mm厚度的高温不锈钢309s焊接组成，上端的不锈钢壳外径为500mm，内径为154mm；紧贴不锈钢壳内侧部设一层耐火棉703，耐火度为1200℃，厚度为20mm；最内层为轻质氧化铝泡沫砖704，厚度为151mm，长度为904mm；氧化铝泡沫砖靠近长水口一侧，镶嵌铁铬铝电阻丝，加热功率为6kw。
36.连铸生产开始前，将调温套7预热10分钟，调温套内侧耐材温度600℃；连铸开始后，将长水口6与浇注钢包滑动水口4相连接，打开滑动水口4，开始浇注；机械臂3移动调温套7至长水口6附近，机械臂3执行打开、抱合调温套7，使调温套7包覆长水口6，调温套7上端距离长水口6上端200mm；包覆过程中严禁调温套外侧钢壳702触碰长水口，调温套内侧与长水口外侧柔性靠近，两个调温壁的压合力为0.5公斤；浇注过程中机械臂3夹持调温套7保持在工作位置；通过机械臂向调温套内镶嵌电阻丝供电。
37.该包次浇注结束后，控制机械臂3打开调温套6，机械臂3移动调温套7至待用位置，移动过程中严禁调温套7外侧与长水口6触碰，结束该包次浇注。采用调温套包覆长水口，该浇注炉次中间包钢水温度提高6℃，前端炼钢、精炼工序降低温度5℃。
38.实例3：某厂连铸，钢包1内钢水质量为120吨，长水口6长度为1400mm，上段碗部长度为130mm，碗部下方外径为160mm，连铸生产时下端插入钢水深度为230mm；制备的圆形调温套7由两个半圆形调温壁组成，内径为162mm，外径为500mm，长度为1000mm；调温套周边和上下两段的外壳由2mm厚度的高温不锈钢310焊接组成，上端的不锈钢片外径为500mm，内径为164mm；紧贴不锈钢壳内侧部设一层耐火棉703，耐火度为1200℃，厚度为20mm；最内层为轻质氧化铝泡沫砖704，耐火度为1650℃，厚度为147mm，长度为956mm。
39.连铸生产开始前，将调温套7预热10分钟，调温套内侧耐材温度560℃；连铸开始后，将长水口6与浇注钢包滑动水口4相连接，打开滑动水口4，开始浇注；机械臂3移动调温套7至长水口6附近，机械臂3执行打开、抱合调温套7，使调温套7包覆长水口6，调温套7上端距离长水口6上端200mm；包覆过程中严禁调温套外侧钢壳702触碰长水口，调温套内侧与长水口外侧柔性靠近，两个调温壁的压合力为0.5公斤；浇注过程中机械臂3夹持调温套7保持在工作位置。
40.开始浇注后，发现中间包钢水9温度大于设定温度，控制机械臂3打开调温套7，让长水口6暴露在空气中，促进长水口6对外散热，并打开吹气系统，通过调温壁吹气冷却长水口。采用调温套调温，该浇注炉次中间包钢水温度下降5℃，铸坯等轴晶率提高8%。
41.该包次浇注结束后，机械臂3移动调温套7至待用位置，结束该包次浇注。
42.以上对本技术实施例所提供的一种连铸生产中长水口包覆调温系统及方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之
处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
43.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。