[发明专利]减轻流体旋涡的阻旋装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体流动过程中产生的旋涡，具体来说是冶金行业钢水从一个容器转移到另一个容器的过程中，例如钢包或中间包浇铸过程产生旋涡的阻旋装置。

背景技术

众所周知，随着社会进步和科技发展，对钢材质量的要求越来越高。这就使得优质钢材的生产主要集中在减少杂质元素的含量和控制钢中夹杂物。因此，整个流程的每一个环节都要严格控制钢水质量。在现代炼钢过程中，钢水从一个容器转入另一容器时产生的旋涡卷渣长期以来一直是个难以完全解决的问题，它的存在使得钢中夹杂物难以排除，降低有益元素含量，严重限制成品钢质量及性能的进一步提高，而这些问题随着社会进步，技术提高，显得越来越突出。此外，钢水从钢包到中间包浇铸末期，钢渣卷入钢水，一方面使得二次精炼的钢水再度恶化，发生二次氧化，大量合金元素烧损，减少合金的收得率，降低有益元素含量；另一方面，钢渣进入浇铸流，易堵塞水口，中间包内钢渣聚集量大，降低包衬耐材寿命。不但增加生产成本，而且给操作人员带来大量频繁的清理工作。

为了避免大量熔渣进入水口，通常在钢水将要浇铸完毕时，强制关闭水口。其方式有人工目测和安装下渣检测装置。人工目测完全靠人为经验判断，起伏和误差都很大，已被安装下渣检测装置所取代，即在钢包底部外表面水口附近安装钢包下渣检测系统，如电磁式钢包下渣检测系统或振动式钢包下渣检测系统等，其工作原理是在线检测流动的钢水，当检测到通过水口的钢液流中含有渣液后，立即启动钢包的滑板，强制关闭水口。此时，钢包中的剩余钢水无法被利用而产生浪费。安装了钢包下渣检测系统后，可以将进入中间包的钢渣数量降到很低的程度，净化了钢液，但随之产生的问题是钢水收得率降低，因为钢包浇铸末期的下渣主要是由产生的旋涡引起的，也就是说在钢水没有完全流净之前，就会出现旋涡卷渣，这时强制关闭水口，必然有部分钢水残留在钢包内而无法被利用。例如300吨钢包利用此方法时的残钢量约9吨，约占钢水的3％。如果采用有效技术以抑制旋涡的产生，减轻旋涡卷渣，即使残钢量降低1％，也就是多浇铸3吨钢水，以年产钢300万吨计，就能多产钢3万吨，多盈利6000万，其效益是非常显著的。本发明就是在使用钢包下渣检测系统的基础上，在保证钢液纯净度的同时，最大限度的浇铸钢液，实现提高钢水纯净度和浇铸率的双重目的。

由生产实践可知，钢水产生旋涡属于自然现象，很难消除。因此，如何减轻旋涡产生所需要的能量积累，从而降低旋涡产生的高度和强度，对于提高钢铁企业的产能，降低成本，意义至关重大。

发明内容

针对上述炼钢生产现状，本发明的目的是提供一种钢包或中间包浇铸末期能够减轻或消除流体旋涡的阻旋装置以及抑制旋涡产生下渣的方法，它从本质上阻碍了形成旋涡并逐渐发展壮大的能量聚集，能有效地抑制旋涡的形成，减少出钢时的下渣量，提高合金收得率，最大限度维护炉外精炼的效果，提高钢水质量，为后续的中间包冶金及连铸生产提供有利的保证。

本发明创造是在现有浇铸技术基础上，在钢包或中间包底部水口附近按一定规律放置1块或几块由抗侵蚀耐火材料制作的台体，其截面可以为矩形或梯形或其它多边形。其理论依据为在没有人为外加场的前提下，钢液由钢包或中间包自然浇铸过程中，由于地球自转和地心引力产生地心偏向力(也叫科里奥利力)，在水口附近及水口内部，钢液以旋转的流动形式运动，形成漏斗状旋涡。根据南、北半球不同的地理位置，旋涡的方向不同。下面通过对流体流动的受力分析，得出旋涡的方向。

图1为流体分别在南半球和北半球向水口流动时的受力分析。由图可知，赤道上一流体质点M，由于地球自西向东自转，受一水平向东的力F₁。当其受到正向北的力F₂，欲向水口1运动时，其实合力为F，因此在水口1附近形成了逆时针的流动。同理，当其质点向南半球的水口2运动时，则会出现顺时针的流动。

上面是从赤道上一流体质点向不同的方向运动得出旋涡的方向。下图为从另一角度，即从地球自转的角速度出发，来分析流体的运动情况。

图2为地球自转的示意图，在地球表面和内部的一切物质都具有角速度ω，方向都沿z轴方向。在地球表面有一质点m，也具有ω的角速度，方向沿z轴。因ω是矢量，将ω沿径向和地面经线切向分解，则：

径向角速度  ω₁＝ω·sinθ

切向角速度  ω₂＝ω·cosθ