一种连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理装置及方法与流程

本发明涉及冶金工业技术领域，具体涉及一种连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理装置及方法。

背景技术：

近年来随着连铸过程的发展和对高附加值钢材需求的加大，用户对板坯表面质量的要求愈加严格。连铸板坯火焰清理是指通过熔化金属来去除板坯表面的薄层（一般为1.5~4.5mm），进而去除其中的表面缺陷的一种加工工艺，它能够有效提高最终产品的表面质量，已经成为高质量钢种轧制过程中的必要环节。目前火焰清理过程中的最普遍问题表现在清理表面不均匀，沿着板坯纵向存在“沟谷”、“沟峰”带状分布的清理沟痕。以往的解决方案主要集中在清理机结构的优化和操作条件的改善方面，很少涉及工艺方法的改进，并且几乎没有有效的措施可以来消除这种清理沟痕的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理装置，包括水平分配器、垂直分配器、烧嘴单元和能介管路，若干烧嘴单元通过水平分配器安装到辊道上方、下方，若干烧嘴单元通过垂直分配器安装到辊道两侧，各烧嘴单元同时对连铸板坯的上表面、下表面和两个侧面进行火焰清理，相邻两个烧嘴单元定位连接，安装到辊道上方、下方的各个烧嘴单元分别与水平方向成倾斜角度，安装到辊道两侧的各个烧嘴单元分别与垂直方向成倾斜角度，使燃烧火焰向前方及侧方吹扫，各能介管路与水平分配器、垂直分配器连接，火焰清理过程中产生的高温熔渣通过水平冲渣水枪、垂直冲渣水枪冲走。

所述烧嘴单元，包括：烧嘴主体、上部块、下部块和靴块；

烧嘴主体具有平行布置的四排能介通道，包括预热氧气通道、预热燃气通道、清理氧气通道、清理燃气通道，各排能介通道的入口设置在烧嘴主体的同一表面，每排能介通道包含9个独立通道，能介通道四周设有四个通道，分别为上进水通道、上出水通道、侧进水通道、侧出水通道；

烧嘴主体与水平分配器或垂直分配器连接固定，上部块、下部块、靴块均与烧嘴主体固定，上部块、下部块与连铸板坯所成倾斜角度相同；

靴块在连铸板坯运输过程中直接与连铸板坯接触，靴块底部设置有耐高温垫片；

上部块、下部块之间形成的狭缝为清理氧气通道出口，靠近清理氧气通道出口处设置有氧气隔栅，氧气隔栅两端分别由隔栅塞密封，一排清理氧气通道中每个独立通道的氧气流经氧气隔栅后掺混在一起形成片状氧气射流，经清理氧气通道出口排出；

清理燃气通道通至下部块内部且在下部块表面形成清理燃气通道出口，靠近清理燃气通道出口处设置有燃气隔栅，燃气隔栅两端分别由隔栅塞密封，清理燃气通道中每个独立通道再被分为5个互不掺混的小通道，形成45个燃气喷嘴出口作为清理燃气通道出口；

预热氧气通道、预热燃气通道分别通至上部块内部且在上部块表面分别形成预热氧气通道出口、预热燃气通道出口，靠近预热氧气通道出口或预热燃气通道出口处设置有氧气隔栅或燃气隔栅，预热氧气通道或预热燃气通道中每个独立通道再被分为5个互不掺混的小通道，形成45个氧气喷嘴出口或燃气喷嘴出口，作为预热氧气通道出口或预热燃气通道出口。所述能介管路包括：预热氧气管路、预热燃气管路、清理氧气管路、清理燃气管路。

所述倾斜角度在5~15°之间。

所述的火焰清理装置，设置两套冷却水回路，包括上进水管和上出水管形成的第一冷却水回路、侧进水管和侧出水管形成的第二冷却水回路；

冷却水由上进水管进入水平分配器或垂直分配器，再流入每个烧嘴单元的烧嘴主体、下部块和靴块，最后由上出水管流出，形成第一冷却水回路；靴块直接与连铸板坯接触，冷却水通道贯通整个靴块，通过水塞进行密封；

冷却水由侧进水管进入水平分配器或垂直分配器，再流入每个烧嘴单元的烧嘴主体和上部块，最后由侧出水管流出，形成第二冷却水回路。

所述清理燃气通道喷嘴出口、预热燃气通道喷嘴出口、预热氧气通道喷嘴出口的喷嘴均插入可替换的芯管。

所述水平分配器、垂直分配器与烧嘴单元的连接，以及烧嘴单元的各部件之间的连接均由密封圈密封。

利用所述的火焰清理装置进行连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理方法，包括：

（A）、利用燃气与氧气燃烧产生的热量预热连铸板坯端部起始区域，直至形成初始熔池，完成连铸板坯预热；

（B）、利用高压氧气吹扫初始熔池，连铸板坯与火焰清理装置开始相对运动；

（C）高压氧气与连铸板坯发生剧烈的氧化反应使初始熔池扩散，连铸板坯的相对运动推进初始熔池覆盖整个连铸板坯表面，同时利用高压冲渣水将产生的熔渣冲走，对连铸板坯表面的缺陷进行清理去除。

所述步骤（A）包括：

（a）、利用水平分配器、垂直分配器、烧嘴单元夹紧连铸板坯完成环向定位；

（b）、水平冲渣水枪和垂直冲渣水枪对准连铸板坯边缘位置，待烧嘴单元接触到连铸板坯后抬起，呈浮动状态；

（c）、辊道反转启动，连铸板坯撤回；

（d）、用燃气和氧气形成的高温燃烧火焰加热连铸板坯端部起始区域，达到熔点后形成初始熔池。

所述步骤（C）包括：

（a）、辊道运输连铸板坯匀速穿过火焰清理装置，初始熔池扩散并覆盖整个板坯表面，同时利用高压冲渣水将产生的熔渣冲走；

（b）、连铸板坯离开火焰清理装置区域后，连铸板坯入库。

有益效果：

本发明的火焰清理装置采用侧前方吹扫方式，可以有效地改善清理后连铸板坯表面存在的“垄沟”状的清理沟痕。烧嘴单元结构的上部块和下部块向同一侧偏斜一定的角度，使燃烧火焰向前方吹扫的同时，也存在向侧向吹扫的动量与能量，使板坯表面上的能量分布更为均匀，由点状分布变为线状分布，从而在预热阶段形成深度一致的金属熔池形状，以便在清理阶段熔池推进过程中去除厚度均匀的缺陷表层，因此能够有效抑制清理连铸板坯表面经常出现的“沟谷”、“沟峰”分布现象，得到平整度较好的清理面，满足对连铸板坯表面质量要求较高的高质量钢材的轧制要求。

附图说明

图1 是本发明具体实施方式的连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理装置结构示意图；

图2 是本发明具体实施方式的烧嘴单元结构示意图；

其中，（a）是烧嘴单元整体结构示意图；

（b）是烧嘴单元的各部分零件示意图；

（c）是烧嘴单元的烧嘴本体结构示意图；

（d）是烧嘴单元的上部块结构示意图；

（e）是烧嘴单元的下部块结构示意图；

（f）是烧嘴单元的靴块结构示意图；

图3是本发明具体实施方式的用于连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理工艺过程示意图；

其中，（a）是定位阶段将连铸板坯送入火焰清理装置过程的示意图；

（b）是预热阶段利用燃烧火焰加热连铸板坯形成初始熔池过程的示意图；

（c）是清理阶段辊道运输连铸板坯移动使熔池推进去除表层缺陷过程的示意图；

（d）是复位阶段火焰清理装置等待下一次清理作业过程的示意图；

其中，1-水平分配器，2-垂直分配器，3-烧嘴单元，4-连铸板坯，5-预热氧气管路，6-预热燃气管路，7-清理氧气管路，8-清理燃气管路，9-大净化空气管路，10-小净化空气管路，11-上进水管，12-上出水管，13-侧进水管，14-侧出水管，15-自动点火装置，16-水平冲渣水枪，17-垂直冲渣水枪，18-烧嘴主体，19-上部块，20-下部块，21-靴块，22-预热氧气通道，23-预热燃气通道，24-清理氧气通道，25-清理燃气通道，26-上进水通道，27-上出水通道，28-侧进水通道，29-侧出水通道，30-定位螺栓，31-螺柱，32-螺母，33-螺栓，34-销钉，35-销孔，36-氧气隔栅，37-燃气隔栅，38-隔栅塞，39-水塞，40-芯管，41-密封圈，42-耐高温垫片，43-板坯定位器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。本发明的目的是解决火焰清理工艺中连铸板坯表面的清理沟痕问题。采用侧前方吹扫的方式，抑制射流Coanda效应对气体燃烧火焰合并、射流强度不一的影响，使预热熔池的热源分布更加均匀，形成深度一致的熔池形状，在火焰清理阶段推进熔池覆盖整个板坯表面的过程中消除清理沟痕，在连铸板坯横向实现均匀一致的去除厚度。

本实施方式中如图1所示的连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理装置为四面式，可以同时清理连铸板坯4的上、下表面和两个侧面，辊道运输连铸板坯4前进过程中利用板坯定位器43实现连铸板坯4水平定位，同时利用水平分配器1、垂直分配器2及烧嘴单元3夹紧连铸板坯4实现环向定位。这种清理工艺方法同样也适用于单面式清理和双面式清理。该火焰清理装置，包括水平分配器1、垂直分配器2、烧嘴单元3和能介管路，烧嘴单元3是产生燃烧火焰的核心部件，水平分配器1和垂直分配器2是连接能介管路和烧嘴单元3、起配气作用的重要部件。还包括辅助装置，如板坯定位器43、自动点火装置15和水平冲渣水枪16、垂直冲渣水枪17。

能介管路包括：预热氧气管路5、预热燃气管路6、清理氧气管路7、清理燃气管路8。各能介管路与水平分配器1、垂直分配器2连接，火焰清理过程中产生的高温熔渣通过水平冲渣水枪16、垂直冲渣水枪17冲走。

烧嘴单元3的宽度为200~350mm，最多可以清理对应宽度的连铸板坯4表面。若干烧嘴单元3通过水平分配器1安装到辊道上方、下方，若干烧嘴单元3通过垂直分配器2安装到辊道两侧，各烧嘴单元3同时对连铸板坯4的上表面、下表面和两个侧面进行火焰清理，相邻两个烧嘴单元3通过销孔35定位连接，安装到辊道上方、下方的各个烧嘴单元3分别与水平方向成倾斜角度，安装到辊道两侧的各个烧嘴单元3分别与垂直方向成倾斜角度，太大的倾角会导致燃烧火焰过于锋利，对清理均匀度不利，太小的倾角则会导致侧前方吹扫效果不明显，本实施方式中倾斜角度为5~15°。火焰清理装置产生的燃烧火焰能够同时向前方及侧方吹扫，从而产生向前吹扫和向侧向吹扫的动量，使板坯表面上的能量分布更为均匀，由点状分布变为线状分布，目的是在连铸板坯4横向形成深度一致的金属熔池形状，从而在火焰清理阶段推进熔池去除厚度均匀的缺陷表层。

烧嘴单元3是本装置的核心部件，实现侧前方吹扫火焰清理，烧嘴单元3如图2所示。为了降低加工难度、安装更换方便，烧嘴单元3如图2（a）所示，包括：烧嘴主体18（如图2（c）所示）、上部块19（如图2（d）所示）、下部块20（如图2（e）所示）和靴块21（如图2（f）所示）；烧嘴主体18通过定位螺栓30与水平分配器1或垂直分配器2连接固定，上部块19、下部块20均通过螺柱31和螺母32与烧嘴主体18固定，靴块21通过螺栓33与烧嘴主体18固定，烧嘴主体18与上部块19、下部块20之间通过销钉34定位连接，烧嘴单元3之间通过销孔35定位连接。

上部块19、下部块20与连铸板坯4所成倾斜角度相同。靴块21在连铸板坯4运输过程中直接与连铸板坯4接触。由于靴块21直接与板坯接触，其温度是整个侧前吹火焰清理装置中最高的，靴块21底部设置有耐高温垫片42，受损时替换方便。水平分配器1、垂直分配器1与烧嘴单元3的连接，以及烧嘴单元3的各部件之间的连接均由密封圈41密封。

如图2（a）、（b）、（c）所示，烧嘴主体18具有平行布置的四排能介通道，包括预热氧气通道22、预热燃气通道23、清理氧气通道24、清理燃气通道25，分别在预热阶段和清理阶段起主导作用，各排能介通道的入口设置在烧嘴主体18的同一表面，每排能介通道包含9个独立通道，位于四周的四个通道分别为上进水通道26、上出水通道27、侧进水通道28、侧出水通道29。

如图2（a）所示，上部块19、下部块20之间形成的狭缝为清理氧气通道24出口；如图2（b）所示，靠近清理氧气通道24出口处设置有氧气隔栅36，氧气隔栅36两端分别由隔栅塞38密封，一排清理氧气通道24中每个独立通道的氧气流经氧气隔栅36后掺混在一起形成片状氧气射流，经清理氧气通道24出口排出。

清理燃气通道25通至下部块19内部且在下部块20表面形成清理燃气通道25出口，靠近清理燃气通道25出口处设置有燃气隔栅37，燃气隔栅37两端分别由隔栅塞38密封，清理燃气通道25中每个独立通道再被分为5个互不掺混的小通道，形成45个燃气喷嘴出口作为清理燃气通道25出口。

预热氧气通道22、预热燃气通道23分别通至上部块19内部且在上部块19表面分别形成预热氧气通道22出口、预热燃气通道23出口，靠近预热氧气通道22出口或预热燃气通道23出口处设置有氧气隔栅36或燃气隔栅37，预热氧气通道22或预热燃气通道23中每个独立通道再被分为5个互不掺混的小通道，形成45个氧气喷嘴出口或燃气喷嘴出口，作为预热氧气通道22出口或预热燃气通道23出口。

上部块19和下部块20向同一侧偏斜一定的角度，使预热氧气通道22喷嘴最出口、预热燃气通道22喷嘴出口、清理燃气通道25喷嘴出口的气体射流方向与连铸板坯4横向或纵向呈一定的角度，燃烧火焰在向前吹扫的同时，也有向侧向吹扫的动量与能量，从而使预热熔池的热源分布在连铸板坯4横向更为均匀，连铸板坯4在预热阶段形成均匀的熔池形状也就保证了其在火焰清理阶段熔池推进过程中实现均匀一致的缺陷表层金属去除厚度。在火焰清理完成后，不会在连铸板坯表面形成纵向“垄沟”状的清理沟痕，而是具有高平整度的清理表面。

烧嘴单元3的预热氧气通道22出口、预热燃气通道23出口、清理燃气通道25出口的燃烧火焰向前吹扫的同时，也有向侧向吹扫的动量和能量，减轻或消除清理板坯表面的“沟谷”、“沟峰”差异，得到平整度较好的清理面。由于各喷嘴出口距离熔池很近，高温熔渣容易造成堵塞，本发明在各喷嘴出口中插入芯管40，在喷嘴出口发生堵塞时，只需要替换芯管40即可。

如图1所示的火焰清理装置还设置两套冷却水回路，用以对处在高温工作环境下的烧嘴单元3进行冷却，位于靴块的冷却水通道在加工时需钻通，其两端用水塞39进行密封，两套冷却水回路分别为上进水管11和上出水管12形成的第一冷却水回路、侧进水管13和侧出水管14形成的第二冷却水回路；

冷却水由上进水管11进入水平分配器1或垂直分配器2，再流入每个烧嘴单元3的烧嘴主体18、下部块19和靴块21，最后由上出水管12流出，形成第一冷却水回路；靴块21直接与连铸板坯4接触，冷却水通道贯通整个靴块21，通过水塞39进行密封；

冷却水由侧进水管13进入水平分配器1或垂直分配器2，再流入每个烧嘴单元3的烧嘴主体18和上部块19，最后由侧出水管14流出，形成第二冷却水回路。

整套火焰清理装置在工作状态下呈闭合状，连铸板坯4利用辊道运输穿过其中，得以去除连铸板坯4的上、下两面及两个侧面的表面缺陷。上、下两个水平分配器1最多可安装八个烧嘴单元3，左右两个的垂直分配器2最多可安装一个烧嘴单元3。能介管路将气体和冷却水通入上、下两个水平分配器1和左、右两个垂直分配器2中，再输送到各个烧嘴单元3中。

火焰清理装置主要工作介质包括：氧气、燃气、净化空气、循环冷却水和高压冲渣水。预热氧气管路5和预热燃气管路6将气体输送到烧嘴单元3的上部块19中，在出口形成燃烧火焰，主要用于加热连铸板坯4形成初始熔池。清理氧气管路7，清理燃气管路8将燃烧气体输送到烧嘴单元3的下部块20中，主要用于吹扫熔池推进覆盖整个连铸板坯4表面，同时利用高压冲渣水来冲掉熔渣，从而实现连铸板坯4表面缺陷的去除。由于喷嘴单元3的喷嘴出口直径非常小，需要利用大净化空气管路9和小净化空气管路10在火焰清理装置复位阶段等待作业时通入净化空气，保持管道通畅，防止烧嘴单元3的各出口堵塞。由于工作环境温度较高，上进水管11、上出水管12、侧进水管13、侧出水管14用于输送循环冷却水，实现烧嘴单元3的冷却。

火焰清理装置的辅助装置包括：自动点火装置15、水平冲渣水枪16、垂直冲渣水枪17，以及板坯定位器43。自动点火装置15用于预热阶段开始前的火焰清理装置的点火，由火花塞产生电火花点燃混合气。水平冲渣水枪16和垂直冲渣水枪17用于将清理过程中产生的高温熔渣冲向渣池中，板坯定位器43用于在连铸板坯4输送过程中夹紧连铸板坯4两侧实现连铸板坯4水平定位。

利用火焰清理装置进行连铸板坯侧前方吹扫的火焰清理方法，包括：

（A）、利用燃气与氧气燃烧产生的热量预热连铸板坯端部起始区域，直至形成初始熔池，完成连铸板坯预热；

（B）、利用高压氧气吹扫初始熔池，连铸板坯与火焰清理装置开始相对运动；

（C）高压氧气与连铸板坯发生剧烈的氧化反应使初始熔池扩散，连铸板坯的相对运动推进初始熔池覆盖整个连铸板坯表面，同时利用高压冲渣水将产生的熔渣冲走，对连铸板坯表面的缺陷进行清理去除。

所述步骤（A）包括：

（a）、利用水平分配器1、垂直分配器2、烧嘴单元3夹紧连铸板坯4完成环向定位；

利用辊道将连铸板坯4运输到火焰清理装置主体区域，启动板坯定位器43夹紧连铸板坯4两侧实现水平定位，运输连铸板坯4进入固定位，上下两个水平分配器1、左右两个垂直分配器2及烧嘴单元3夹紧连铸板坯4完成环向定位；

（b）、水平冲渣水枪16和垂直冲渣水枪17对准连铸板坯4边缘位置，待烧嘴单元3接触到连铸板坯4后抬起25mm，呈浮动状态；

（c）、辊道反转启动，连铸板坯4撤回至预热位；

（d）、自动点火装置15启动，大净化空气管路9和小净化空气管路10关闭，预热氧气管路5、预热燃气管路6、清理氧气管路7、清理燃气管路8打开，用燃气和氧气形成的高温燃烧火焰加热连铸板坯4端部起始区域，达到熔点后形成初始熔池。

所述步骤（C）包括：

（a）、再次启动辊道，辊道运输连铸板坯4匀速穿过火焰清理装置，初始熔池扩散并覆盖整个板坯表面，同时利用高压冲渣水将产生的熔渣冲走；

（b）、连铸板坯4离开火焰清理装置区域后，预热氧气管路5、预热燃气管路6、清理氧气管路7、清理燃气管路8关闭，大净化空气管路9、小净化空气管路10打开，高压冲渣水枪阀门关闭，清理结束，连铸板坯4入库。火焰清理装置复位，等待下一次清理作业，在整个工作过程中，两套冷却水回路始终开启，对水平分配器1、垂直分配器2及烧嘴单元（4）进行冷却降温。在各能介管路关闭时，大净化空气管路9、小净化空气管路10始终开启，保持预热氧气通道22、预热燃气通道23、清理氧气通道24、清理燃气通道25通畅，防止喷嘴出口堵塞。

上述连铸板坯火焰清理过程如图3（a）~（d）所示。首先，在定位阶段将连铸板坯送入火焰清理装置校准位置，如图3（a）所示。其次，在预热阶段利用燃烧火焰加热板坯形成初始熔池，如图3（b）所示。再次，辊道输送板坯移动使熔池推进去除钢坯表层缺陷，如图3（c）所示。最后，进入复位阶段火焰清理装置等待下一次清理作业，如图3（d）所示。