钢的浇注与凝固9

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1、中间包冶金 江江 西西 理理 工工 大大 学学2022年6月1日21中间包冶金发展的概况2中间包冶金技术3中间包结构物理模拟方法4中间包吹氩气体净化技术31 1中间包冶金发展的概况中间包冶金发展的概况中间包冶金是一项特殊的炉外精炼技术，是从钢的熔炼和精炼到制成固态连铸坯这个生产流程中保证获得优良钢质量的关键一环。在连铸过程中起到重要的作用。已经成为高效连铸必不可少的重要技术。它对扩大连铸品种增大连铸比提高铸机作业率掌握浇铸过程的中间包钢水温度的变化规律优化生产作业顺利进行多炉连浇改善钢坯质量等均起到重要作用。4中间包的作用中间包的作用 减小钢水静压力，使中间包的注流稳定稳流作用；在多流连铸机中

2、，起到分配器的作用分流作用；在多炉连浇中，保证换包时不至于停浇连浇作用。中间包还是一个半连续的钢水精炼容器，具有以下的精炼功能：防止钢水二次氧化和吸气；改善钢水流动状态，防止卷渣，促进夹杂物上浮；钢水成分微调；夹杂物形态控制；精确控制钢水过热度。52中间包冶金技术中间包冶金技术1.长水口 Ar 封2.密封盖 3.内衬耐火材料4.挡墙和坝 5.过滤器6.Ar 气吹洗装置7.覆盖剂 8.钢包下渣监测系统 9.加热装置10.塞棒吹氩61 ）防止钢水再污染技术）防止钢水再污染技术钢包到中间包水口保护浇注防止钢包到中间包卷渣技术防止钢水与内衬耐火材料反应中间包加盖密封技术72） 促进夹杂物去除技术促进夹

3、杂物去除技术增大中间包容量中间包内的控流装置中间包气体吹洗吹氩技术中间包使用合适的覆盖剂 83 ）相关技术的发展）相关技术的发展中间包喂丝技术中间包加热技术连续测温技术9中间包控流装置演变的历史可划分为 4 个时期：(1) 20 世纪 70 年代，开始在中间包内安置堰和坝；(2) 20 世纪 80 年代，中间包开始使用导流隔墙、过滤器；(3) 20 世纪 90 年代中期，中间包开始使用湍流控制器；(4) 近年来，在中间包内开始研究和应用气幕隔墙技术。 10为了有效地去除中间包钢水中的非金属夹杂物，中间包内的钢水流动应具有以下的流动特征： 大的最小停留时间； 小的死区体积； 大的活塞流体积与死区

4、体积之比和较大的活塞流体积与混合流体积之比； 有指向表面的流动； 平静的渣层； 有限的混合区。112.1大容量中间包大容量中间包中间包容量影响到中间包液面高度和中间包钢水在包内的停留时间。大容量中间包可以保证换钢包时中间包钢水处于相对稳定状态，防止卷渣，为了不发生卷渣，中间包钢水必须在最小深度以上操作。北美 20 世纪 80 年代以后投产使用的中间包容量均为 45t 以上，其中最大的中间包容量为 70t。日本的中间包容量均在 60t 以上，最大的中间包容量达 84t。12中间包容量对钢水清洁度的影响中间包容量对钢水清洁度的影响 132.2 中间包采用堰和坝中间包采用堰和坝在中间包中安置堰和坝，

5、可以有效改变钢液流向，延长钢水停留时间，有利于夹杂物的上浮。中间包采用典型的堰、坝结构如图。 14堰，又称挡渣堰或上挡墙。横跨整个中间包宽度，从钢液面上部延伸至距中间包底部一定距离，钢水可从其下方流过。其在中间包的作用是： 1）可以控制钢包注流冲击区的大小，控制钢包注流对中间包钢水的搅拌强度，促进夹杂物碰撞和粘结成大颗粒上浮去除。 2）可以将随钢包注流进入中间包的炉渣挡在注流冲击区内，减少钢水因钢包卷渣造成的二次污染。 3）可以将大包注流冲击引起的中间包钢水表面波动限制在堰的上游，稳定堰的下游中间包钢水液面，减少因表面卷渣、二次氧化和机械冲刷所产生的夹杂量。15坝，又称导流坝或下挡墙。横跨整个

6、中间包宽度，从中间包底部向上延伸至距钢液面之下一定距离，钢水从其上流过。它具有以下的作用：1）可以防止中间包短路流的形成，延长钢水在中间包内的流动距离，增加钢水在中间包的停留时间。2）可以将钢包注流的冲击限制在冲击区内，降低钢水的水平流动速度。3）使流过坝的钢水产生指向钢液表面的流动，缩短夹杂物的上浮距离，有利于夹杂物上浮去除和顶渣捕获夹杂物。在中间包中，坝和堰常常是一起使用， 以获得理想的中间包钢水的流动和冶金效果。162.3 中间包采用导流隔墙及过滤器中间包采用导流隔墙及过滤器 导流隔墙是在中间包将上下游完全隔开的挡墙，并在上面设置若干个不同尺寸和倾角的导流孔。钢液根据需要的方向流过导流孔

7、，其通过导流隔墙后的流速和方向由孔的大小和倾角决定。导流隔墙的作用是，当钢水通过导流隔墙时，将中间包的湍动流动限制在一定的范围内，可产生指向钢液表面的流动，以促进夹杂物与顶渣接触的机会，有利于去除夹杂。导流隔墙在中间包中可以起到堰坝组合相同的或优于堰坝组合的作用。17 过滤器为带有微孔结构材料的隔墙，它横跨整个中间包宽度，从钢液面上方一直延伸到中间包底部，钢水从微孔流过。其作用有，在中间包的钢水中，直径大于 50m 的大颗粒夹杂物可以采取简便的净化措施将它们与钢水分离从而使它们上浮排除。过滤器就是用来捕捉这些小颗粒夹杂物，以净化钢水。但过滤器因微孔容易堵塞，钢水通过过滤器的流量小和成本高，在应

8、用上受到限制。 18导流隔墙和过滤器导流隔墙和过滤器 1920导流隔墙的结构（孔的大小、数目、分布和倾角）以及安放位置对中间包的流动特性都有重要的影响。导流隔墙还可以和直通孔过滤器相结合使用，过滤器安装在导流孔处，钢液从过滤孔洞中流过，于是过滤器不仅有吸附夹杂物的作用，而且也成为一种有效的流动控制装置。212.4 2.4 中间包湍流控制器中间包湍流控制器湍流控制器位于钢包注流下方。钢水从钢包长水口高速流出，进入到湍流控制器中，受到湍流控制器的限制，再从湍流控制器的上口反向流出。湍流控制器的作用：1）对钢包注流的冲击起缓冲和限制作用。2）改善中间包钢水的流动特性，延长停留时间，有利于钢水中的夹杂

9、物上浮分离。3）减轻大包开浇和更换时大包注流冲击中间包钢水造成的钢水飞溅，减少中间包衬的侵蚀。4）增加中间包钢水流动的活塞流体积，降低死区体积。22湍流控制器结构湍流控制器结构23湍流控器结构简图湍流控器结构简图 242.4 中间包吹氩中间包吹氩在中间包一定的位置吹入微小的氩气泡，在该位置上形成气幕隔墙，既可以改善中间包流体的流动特性，气幕又可以对夹杂物起到隔离作用，阻止夹杂物流到中间包水口侧。与小气泡碰撞的大、小夹杂物，将被气泡带到钢液面上，进入到覆盖渣中，有利于钢水中的夹杂物上浮分离，提高中间包的夹杂物去除能力。在密闭的中间包中吹氩，可以使中间包内的气氛在开浇和浇注过程中处于惰性气氛中，可

10、以防止钢水的二次氧化和从大气中吸气。2526 （a）无流动控制装置 (b)挡墙和坝 (c) 多孔挡板 中间包内各种流动 形态 控制装置 27加入湍流控制器的双挡墙中间包内的流动状态加入湍流控制器的双挡墙中间包内的流动状态 28有气幕隔墙的中间包流体流动状态有气幕隔墙的中间包流体流动状态29湍流控制器的钢流控制模型湍流控制器的钢流控制模型 303 3中间包结构物理模拟方法中间包结构物理模拟方法物理模拟实验要保持发生在模型和原型的流动过程相似，则必须保证模型与原型之间的几何相似和动力相似。几何相似要求模型的几何尺寸与原型的对应的几何尺寸具有固定的相似比，而动力相似要求在模型与原型中作用在流体微元上

11、的力相同且由这些力组成的相似准数应相等。要求原型中间包的湍流 Reynolds 准数Ret, 和 Froulde 准数Frp 和模型中间包的湍流 Reynolds 准数Ret 和 Froulde 准数 Frm相等。31中间包水模试验装置中间包水模试验装置3233水和钢液的物理性能水和钢液的物理性能343.4 中间包物理模拟实验方法中间包物理模拟实验方法3.4.1 停留时间分布曲线测定从实验测定得到的停留时间分布曲线RTD(Residence Time Distribution)，可以直接得到从加入示踪剂到示踪剂流至中间包水口时的最小停留时间 tmin(又称响应时间)和示踪剂浓度达到最大时的峰值