CN109128122A - 一种通道式感应加热钢包装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，公开了一种通道式感应加热钢包装置及加热方法，用于钢铁生产中加热钢包中钢液、减小钢液温降。所属装置包括钢包、钢包盖、铁芯、线圈、水冷或空冷装置；钢包中间设置有通道，通道可水平穿过钢包侧壁，也可垂直穿过钢包中心；铁芯穿过通道环绕于钢包的一侧；线圈缠绕于钢包外侧的铁芯，其轴线与铁芯的轴线保持垂直，且线圈与水冷或空冷装置相连接。加热方法为：(1)将钢包运输至精炼或浇注位；(2)打开水冷或空冷装置给线圈降温，防止后续通电时线圈过热；(3)在线圈中通入交变电流，使铁芯中产生交变磁通，其中电流大小为1～10000A，频率为1～10000Hz；(4)待精炼或浇注完成后，停止通电，关闭水冷或空冷装置，进入下一工序。

Description

一种通道式感应加热钢包装置及加热方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种通道式感应加热钢包装置及加热方法。

背景技术

作为炼钢生产的主要工具，钢包往往用于盛放钢液并进行精炼和浇注。钢包保温性能的好坏直接影响转炉出钢温度、炉外精炼和浇铸过程，并最终对钢铁产品的质量造成影响。因此，如何对钢包中钢液进行保温、减少钢液温降，引起了冶金工作者的高度重视。

目前，常见的钢包加热方法主要包括电弧加热法、化学热法、燃料燃烧加热法、电阻加热法等。

虽然电弧加热法应用较多，但是该方法对电极的性能要求太高、电弧距钢包内衬的距离太近、包衬寿命短、常压下电弧加热时钢液容易吸气等，都是电弧加热法难以解决的问题。化学热法利用氧枪向钢包中吹入氧气，与加入钢液中的铝、硅等发热剂发生氧化反应，进而产生化学热，但是发热剂的加入往往引起钢液中生成较多的夹杂物，影响钢液质量。利用矿物燃料燃烧发热作为热源加热钢包的方法称为燃料燃烧加热法。然而，燃烧的氧化性火焰、燃烧产生的大量烟气不利于炉外精炼时的还原性气氛以及真空精炼环境，而且火焰预热钢包时会使其内衬耐火材料处于氧化、还原的反复交替作用，从而使内衬寿命降低。利用石墨电阻棒作为发热元件，通以电流，靠石墨棒的电阻热加热钢液的方法称为电阻加热法。但是电阻加热法依靠辐射传热，加热效率较低，通过该方法获得有实用价值的提温速率极为困难，因此，电阻加热方法基本没有得到发展和推广。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种通道式感应加热钢包装置及加热方法。本发明的技术方案如下：

一种通道式感应加热钢包装置，包括钢包、铁芯、线圈、水冷或空冷装置；所述钢包中间沿径向开设通道；铁芯为闭合环状结构，依次穿过通道和线圈中心，线圈轴线与钢包轴线垂直，线圈与水冷或空冷装置相连。

另一种方案，所述通道沿钢包中间轴向开设，线圈轴线与钢包轴线平行。

所述钢包还包括上部盖有钢包盖，用以隔绝线圈与钢液，保护线圈，同时可对钢包钢液进行保温。

上述通道口相接的钢壳上，沿浸渍管外壳径向圆周设有一周的切缝，减少钢壳中的涡流损耗。

所述通道为圆柱形。

所述铁芯的材质为高导磁率的软磁材料，且铁芯与通道之间的空隙由耐火材料填充固定；铁芯大小依据通道的尺寸以及线圈功率制定，材质优选硅钢片。

所述线圈置于钢包的外部，与水冷或空冷装置相连接；线圈的加热功率为1～10000KW，材质为铜基合金，包括纯铜、紫铜。

一种通道式感应加热钢包加热方法，是采用上述装置，按照以下工艺步骤进行：

(1)钢包就位：将钢包运输至精炼或浇注位；

(2)冷却：打开水冷或空冷装置给线圈降温，防止后续通电时线圈过热；

(3)通电：在线圈中通入交变电流，使铁芯中产生交变磁通，其中电流大小为1～10000A，频率为1～10000Hz；

(4)下一工序：待精炼或浇注完成后，停止通电，关闭水冷或空冷装置，进入下一工序。

本发明的有益效果：

(1)根据变压器的工作原理，线圈通入交变电流在闭合的铁芯中产生交变磁通，进而在钢包钢液中产生感应电动势，钢液导电产生感应电流，在钢液中产生焦耳热加热钢液，可降低转炉出钢温度、省略炉外精炼前对钢液进行加热的环节，减少钢液温降损失，缩短生产周期，使浇注更为稳定；

(2)克服了燃料燃烧等加热方法的不足，可与VD、VOD等钢包精炼方法配合使用，保证精炼钢包内的还原性气氛，提高炉外精炼效率；

(3)加热过程可与钢包偏心底吹氩气搅拌配合使用，热量可随钢液流动传输至钢包各处钢液，使加热更为均匀、高效，加热效率可达90％；

(4)钢包四周钢壳置于交变磁场时，钢壳内易产生感应电流，且电流在导体内闭合，而本发明所涉及钢包四周钢壳中有切缝，可有效减少钢壳中的涡流损耗；

(5)不需往钢包钢液中引入铝、硅等发热剂，避免了因加铝、加硅升温而导致的夹杂物的生成，不往钢液中引入其他物质，提高钢液质量；

(6)不需在钢包顶部安装电弧、电极、氧枪等控制系统，设计较为简单、易于操作控制。

附图说明

图1为本发明的通道式感应加热钢包装置的主体结构示意图，其中通道水平穿过钢包侧壁；

图2为图1的主视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1所示装置中钢包的主视图；

图5为图1所示装置中钢包的俯视图；

图6为本发明的通道式感应加热钢包装置的主体结构示意图，其中通道垂直穿过钢包中心；

图7为图6的主视图；

图8为图6的俯视图；

图9为图6所示装置中钢包的主视图；

图10为图6所示装置中钢包的俯视图；

图11为线圈和铁芯的主体结构示意图；

图12为本发明的通道式感应加热钢包加热方法的流程示意图；

图13为电磁场模拟得到的主要涡流分布示意图，其中通道水平穿过钢包侧壁；

图14为电磁场模拟得到的主要涡流分布示意图，其中通道垂直穿过钢包中心。

图中，1为钢包，2为铁芯，3为线圈，4为水冷或空冷装置，5为耐火材料层，6为钢壳，7为通道，8为切缝，9为钢包盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明一种实施例作进一步说明。

实施例

一种通道式感应加热钢包装置及加热方法，如图1～图11所示，包括钢包1、铁芯2、线圈3、水冷或空冷装置4、耐火材料层5、钢壳6、通道7、切缝8、钢包盖9。其中，钢包1中有贯穿的通道7；铁芯2穿过通道7环绕于钢包1的一侧；线圈3缠绕在铁芯2上，位于钢包1的外侧；钢包盖9覆盖于钢包1的顶部。

所述铁芯2的材质为硅钢片，且铁芯2与通道7之间的空隙由耐火材料填充。

所述线圈3的材质为紫铜，线圈3的加热功率为500KW。

所述线圈3的轴线与铁芯2的轴线保持垂直。

所述水冷或空冷装置4是为了降低通电后线圈3的温度，保护线圈3，防止加热钢液过程中线圈3过热。

所述耐火材料层5的外侧为钢壳6。

所述通道7相对于钢包1有两种位置布置方式，通道7可水平贯穿钢包1侧壁，也可垂直穿过钢包1中心，具体视工况而定。

所述切缝8位于钢壳6中，可有效减少钢壳6中的涡流损耗。当通道7水平贯穿钢包1侧壁，切缝8水平环绕钢壳6的一周；当通道7垂直穿过钢包1中心，切缝8共有4条，从钢包1上沿至钢包1底部，且均匀分布于钢壳6的四周。

钢包中的高温钢液通过热辐射等方式可对铁芯2、线圈3进行加热，所述钢包盖9覆盖于钢包1的顶部是为了将铁芯2、线圈3与钢包1中的钢液隔离，保护铁芯2、线圈3等加热装置，同时可对钢包1中的钢液进行保温。

一种通道式感应加热钢包加热方法是采用上述装置，按照以下工艺步骤进行，其流程示意如图12所示：

(1)钢包就位：将钢包运输至精炼或浇注位；

(2)冷却：打开水冷或空冷装置给线圈降温，防止后续通电时线圈过热；

(3)通电：在线圈中通入交变电流，使铁芯中产生交变磁通，其中电流大小为1～10000A；

(4)下一工序：待精炼或浇注完成后，停止通电，关闭水冷或空冷装置，进入下一工序。

本实施例中通道式感应加热钢包装置及加热方法的原理可具体解释如下：

钢包1到达精炼或浇注位后，线圈3通入交变电流。可根据变压器的工作原理，在贯穿钢包1的闭合铁芯2中产生交变磁通，此时钢包1中的钢液在精炼或浇注中因流动可组成次级线圈。因此，钢液回路在电磁场的作用下可产生感应电动势，钢液导电产生感应电流。由于钢液存在电阻产生焦耳热即可加热钢液。热量可随钢液流动传输至钢包各处钢液，使加热更为均匀、高效。

根据法拉第电磁感应定律，当块状导体置于交变磁场或在固定磁场中运动时，导体内产生感应电流，此电流在导体内闭合，称为涡流效应。此发明装置中，位于线圈3附近钢包1的最外侧有一钢壳6，在铁芯2与线圈3产生的交变磁场的作用下，钢壳6内部可产生感应电流，即涡流效应。图12为根据电磁场模拟得到的钢壳6中的主要涡流分布示意图，图中的回流区可表示感应电流的流动方向。由图可知，当通道7水平贯穿钢包1侧壁时，钢包1的钢壳6中若无切缝8，会产生较大的感应电流，进而导致能量损耗即涡流损耗。同时，由图可知，回流区的中心与水平的通道7处于同一水平面附近，因此，在钢包1中的钢壳6的中部设置一切缝8，可有效阻隔感应电流的流动，减少涡流损耗。同理，当通道7垂直穿过钢包1中心时，根据电磁场模拟得到的钢壳6中的主要涡流分布示意图如图13所示，与通道7水平穿过钢包1侧壁时不同，此时需要设置从钢包1上沿至钢包1底部的四条切缝8，均匀分布于钢包1的四周，从而减少涡流损耗。

本发明所述的实施例仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定。除实施例中所述对钢包钢液可产生加热效果外，还有利于加速合金化进程、利于夹杂物去除等。在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种通道式感应加热钢包装置，其特征在于，包括钢包、铁芯、线圈、水冷或空冷装置；所述钢包中间沿径向开设通道；铁芯为闭合环状结构，依次穿过通道和线圈中心，线圈轴线与钢包轴线垂直，线圈与水冷或空冷装置相连。

2.权利要求1所述的一种通道式感应加热钢包装置，其特征在于，所述通道沿钢包中间轴向开设，线圈轴线与钢包轴线平行。

3.根据权利要求1或2所述通道式感应加热钢包装置，其特征在于，通道口相接的钢壳上，沿浸渍管外壳径向圆周设有一周的切缝。

4.根据权利要求1或2所述的通道式感应加热钢包，其特征在于，所述铁芯的材质为高导磁率的软磁材料，且铁芯与通道之间的空隙由耐火材料填充固定。

5.根据权利要求3所述的通道式感应加热钢包，其特征在于，所述铁芯的材质为高导磁率的软磁材料，且铁芯与通道之间的空隙由耐火材料填充固定。

6.根据权利要求1或2或5所述的通道式感应加热钢包装置，其特征在于，所述钢包还包括上部盖有钢包盖。

7.根据权利要求3所述的通道式感应加热钢包装置，其特征在于，所述钢包还包括上部盖有钢包盖。

8.根据权利要求4所述的通道式感应加热钢包装置，其特征在于，所述钢包还包括上部盖有钢包盖。

9.权利要求1-8任一所述的通道式感应加热钢包加热方法，其特征在于，按照以下工艺步骤进行：

(1)钢包就位：将钢包运输至精炼或浇注位；

(2)冷却：打开水冷或空冷装置给线圈降温，防止后续通电时线圈过热；

(3)通电：在线圈中通入交变电流，使铁芯中产生交变磁通，其中电流大小为1～10000A，频率为1～10000Hz；

(4)下一工序：待精炼或浇注完成后，停止通电，关闭水冷或空冷装置，进入下一工序。