连铸保护渣新型烘烤装置研究与应用

李付勇

（山钢股份济南分公司 炼钢厂，山东济南250101）

连铸保护渣新型烘烤装置研究与应用

李付勇

（山钢股份济南分公司 炼钢厂，山东济南250101）

连铸保护渣烘烤效果对改善铸坯质量特别是表面质量及保证连铸生产的顺利进行有着非常重要的作用。通过分析影响烘烤效果的因素，提出新的改进方案，改造烘烤设备，提高烘烤效果，满足连铸生产需要。

烧烤装置；热效率；辐射；质量

济钢炼钢厂120 t转炉区域有4台板坯连铸机，包括两台中厚板坯连铸机和两台中薄板坯连铸机（见表1）。连铸保护渣传统的烘烤方式一般采用锅法加热，使用混合燃气加热简易的承载钢板。加热过程由工人凭经验控制。还有一种就是利用中包余热辐射烘烤。

通过对影响保护渣烘烤效果成因分析，研究新型烘烤技术，采取气固两相流的流化烘烤方法，可以既降低成本，消除局部过烧隐患，实现均匀烘烤，提高传热效率，又可以提高保护渣烘烤质量。

1　影响烘烤效果分析

1.1保护渣吸湿问题

保护渣在运输、储存及在铸机大量蒸汽环境使用过程中极容易出现吸湿。吸湿后由于受水汽膜的附着力的影响，在浇铸过程中保护渣的铺展性恶化，使其聚集成块的危险很大，造成对钢液覆盖不完全，导致钢液二次氧化和弯月面过早凝固。保护渣的含水量一般控制在小于0.5%，当含水量大于1.0%时就不能使用，否则容易造成钢坯的汽泡和裂纹等缺陷产生。实践操作中，这两种保护渣烘烤方式可在一定程度上减少保护渣中水分含量，但在烘烤过程中由于热量的集中导致保护渣普遍出现过烧、脱碳和结团，给生产造成严重影响。

表1　连铸机主要工艺参数

1.2烘烤方式的影响

采用热辐射烘烤或锅法烘烤这种间接加热方式便于操作，但较多依靠工人经验，烘烤范围小、烘烤效果较差。辐射式烘烤可以起到一定加热效果，但加热是局部的，无法做到均匀受热，根据目前连铸工序的生产节奏，浇注一炉钢水大约40 min，使用保护渣7～8袋，靠辐射烘烤或锅法受时间掌握、空间布局限制都不能满足现有的生产节奏。

1.3现有保护渣烘烤设备影响

根据最新专利《一种利用中间包余热烘烤保护渣的给料装置》所述，烘烤箱固定在中间包车上，利用连铸时中间包辐射热对保护渣进行烘烤［1］。由于烘烤箱是长方体机构，参照空间布局，余热辐射只能加热一个侧面，加热不均。其次烘烤装置因受空间所限，能够加热的保护渣量也很小。

2　烘烤改进方案

大量研究和实践表明，热辐射烘烤或锅法烘烤这些间接加热方式传热系数小，热效率低，且无法实现大型化。通过热空气直接流化烘烤，可以大幅改善烘烤质量，通过床层粒子的激烈运动，传热系数大幅增加，传热效率得到较大提高，并可实现均匀烘烤。

保护渣可分为粉状保护渣和颗粒状保护渣。颗粒渣成分较均匀，有较好的均匀熔化性。颗粒渣又分为空心和实心，目前以空心颗粒的使用为最佳和最广泛。具体参数见表2。

表2　保护渣参数列表

2.1流化烘烤实现条件

流态化现象是指固体颗粒在流体（气体或液体）的作用下悬浮在流体中跳动或随流体流动的现象［2］。流态化技术在工业中的应用十分广泛，根据需求可以实现气体和固体颗粒的气-固流态化、液体和固体颗粒的液固流态化以及气体与液体和固体颗粒形成的气-液-固三相流态化。其中在冶金行业气固流态化应用较多。保护渣颗粒流化烘烤就是利用受余热空气气流的作用，使其运动转变成类似流体的状态，通过均匀受热脱水以达到干燥的目的。

根据不同的颗粒粒度及气、固密度差，颗粒可分为A、B、C、D四类，根据保护渣的特性参数（如表2），保护渣属于典型的B类颗粒（100 μm＜dp＜600 μm，1 400 kg/m＜ρp＜4 000 kg/m），B类颗粒称为粗颗粒或鼓泡颗粒，其初始鼓泡速度与流化速度相等［3］。B类颗粒所形成的气-固流化床属于聚式流化态，又称为鼓泡流态化。根据这一流化原理设计流化烘烤装置见图1，利用中间包余热空气流化干燥保护渣颗粒。

图1　流化烘烤装置示意图

2.2干燥速度

保护渣水分分为吸附水和结晶水两类［4］，在此仅干燥处理吸附水。烘烤温度控制范围为75～160℃，根据实测，中间包上方及周围热空气温度在105～130℃之间，符合保护渣烘烤温度。根据干燥动力学理论，将湿物料置于恒定空气气流中进行干燥，设干燥过程中气流的温度、相对湿度及流速不变，物料表面各处的空气状况基本相同，则随着干燥时间的延续，水分被不断气化，湿物料质量减少。物料的干燥速率可由下面公式求出［5］:式中：X为物料的自由含水量；

A为干燥的表面积；

Gc为试样中绝对干燥的物料重量；

T为干燥时间。

2.3流化速度确定

起初保护渣固体颗粒静止不动，此时为固定状态，随着气体量的增加，当热空气气流速度达到某一数值时，颗粒开始松动，此时气体的速度即为起始流化速度，又称最小流化速度，通常以umf表示，即最小流化速率满足公式［3］：式中：dp为颗粒平均直径，mm；

ρp为颗粒密度，g/cm3；ρf为流体密度，g/cm3；μ为流体黏度，N·s/m。最大流化速率满足公式［3］：式中：ρs为物料颗粒密度，kg/m3；

ρg为空气密度，kg/m3；

ut为固体颗粒的带出速度，m/s。

由式（1）、（2）、（3）综合可知：若NA＞ut则需要减小风量；若umf＜NA＜ut则不要调整风量；若 NA＜umf则需要增大风量，以实现高效率流化传热。

2.4风机选型

根据位置布局宜选用高压比、小流量、小尺寸的风机。高压旋涡鼓风机又叫再生鼓风机、通道鼓风机、环形鼓风机。它是专门用于送、抽气体的增压装置，因结构简单、体积小、重量轻、噪声低、气源纯净、耗能少、价格便宜和维修量小等特点，在国内外得到了广泛的应用，特别是在要求中等压力、供气量范围为30～2 000 m3/h的使用场合，采用旋涡鼓风机十分经济［6］。

由图1滤布装置过滤分散气流，设流化滤布压差为ΔP1，则风机风压计算公式为［3］：

ΔP=Hmf［（1-εmf）ρp+εmfρf］g+ΔP1（4）式中：Hmf为初始状态的床高，m；εmf为初始状态床层孔隙率；g为重力加速度，m/s2

由风速与流量的关系可得到流量，由风压及流量等参数可以选定合适的高压漩涡风机型号。

3　经济效益分析

保护渣吸湿问题以及烘烤方式的落后给保护渣应用带来了不利影响，利用该烘烤装置能够很好地解决烘烤质量这一瓶颈问题，文中提出了实现流化的基础条件，以及基于流化速度的风量控制，在满足烘烤条件的基本条件下尽可能减小烘烤装置规模，选择合理的风机。该烘烤装置经投入使用后，过烧、结团隐患得到消除，烘烤质量明显提高，检测保护渣含水量在0.2%左右，同时漏钢、粘结报警的次数明显减少，铸坯产品质量的稳定性得到显著提高，具有良好的经济效益。

4　结语

实践证明，与间接烘烤相比，流化保护渣颗粒烘烤可使保护渣脱水效率得到显著改善。流化方式烘烤装置应用消除了局部过烧隐患，实现了均匀烘烤；提高传热效率，减少了粘结漏钢事故，保障了生产顺行，提高了铸坯质量。

［1］唐立冬，潘清红，柳彩枫，等.一种利用中间包余热烘烤保护渣的给料装置：中国，201220690615.8［P］.2012-12-14.

［2］吴占松，马润田，汪展文.流态化技术基础及应用［M］.北京:化学工业出版社，2006.

［3］金涌，祝京旭，汪展文，等.流态化工程原理［M］.北京:清华大学出版社，2006.

［4］靳星，文光华，唐萍，等.连铸结晶器保护渣物理性能测试系统的开发［J］.物理测试，2007，25（1）:35-36.

［5］龚利忠.影响烘箱烤干效果的因素分析［J］.天津化工，1998（4）：23-24.

［6］蔡兆麟，张文俊.叶轮参数对旋涡鼓风机性能的影响［J］.流体机械，2004，32（12）:22-23.

Development and Application of New Baking Device for Mold Fluxes in Continuous Casting

LI Fuyong
（Steelmaking Plant，Shandong Iron&Steel Group Jinan Branch，Jinan 250101，China）

The heating effect of mold fluxes in continuous casting plays an important role in improving the slab quality，especially the surface quality and ensuring the smooth production of continuous casting. Through analyzing the factors influencing the heating effect，a new improved scheme is put forward to improve the heating equipment and the heating effect，and meet the need of continuous casting production.

baking device；thermal efficiency；radiation；quality

TF777

B

1001-6988（2016）04-0028-03

2016-05-05

李付勇（1979—），男，工程师，主要从事冶金转炉、石灰炉等设备的管理工作.