[發明專利]一種提高中間包在非穩態狀態下鋼水潔凈度的系統及方法

在審

• 申請號: 201711282843.5
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107983943A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 芮其宣;范鼎東;李娜;李杰
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: B22D41/58
• 分類號: B22D41/58
• 代理公司: 安徽知問律師事務所34134
• 代理人: 平靜,胡鋒鋒

本發明公開了一種提高中間包在非穩態狀態下鋼水潔凈度的系統及方法，屬于鋼鐵冶金技術領域。本發明長水口的特征在于改變中間部位形狀，在長水口中間形成貯流區，同時在貯流區設置一圈吹氬孔，本發明的長水口可同時實現鋼液密封防止吸氮和吹氬攪拌脫氣，實現了密封功能有效防止鋼水吸氣，還可利用長水口管徑突變引起的鋼水散流與氬氣充分接觸，以達到脫除鋼中氣體目的；鋼水液位測量儀用于測量鋼水的液面位置，控流盤口用于控制鋼水的流動，凹形塞棒用于控制匯流漩渦的產生，自動升降機構用于控制凹形塞棒的位置可有效地防止回流漩渦的形成，提高了鋼液的潔凈度。

技術領域

本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，更具體地說，涉及一種提高中間包在非穩態狀態下鋼水潔凈度的系統及方法。

背景技術

在連鑄過程中，中間包有開澆、換鋼包前后、澆鑄結束等非穩態過程。非穩態過程時中間包內鋼水液面波動較大、拉速變化頻繁以及不同鋼種混澆等澆鑄狀態。由于此狀態鋼水溫度變化、二次氧化及湍流卷渣相比穩態時嚴重，因而對鑄坯質量有著顯著的影響。有研究表明在非穩態條件下鋼液中T[O]明顯高于穩定澆注，夾雜物大小和數量明顯上升，從而使鑄坯質量普遍下降，由于連鑄非穩態過程中顯著地影響到鋼水的潔凈度，因此加強對非穩態澆鑄的控制是提高鋼水潔凈度的關鍵點之一。分析表明在非穩態澆鑄期間：開澆、換鋼包和澆鑄結束，由于二次氧化卷渣等原因，使鋼水的潔凈度指標惡化嚴重。

非穩態澆注中下渣、卷渣的發生主要是由于中間包液面下降而在浸入式水口處產生匯流漩渦導致的。匯流旋渦是在容器排流過程中，當液面下降到一定高度(一般稱為臨界高度或旋渦高度)時發生的。對于煉鋼生產而言，這種匯流旋渦卷渣危害在于：(1)匯流漩渦在液位較高時出現，達到臨界高度就會發生；(2)熔渣處于漩渦中心，難以鑒別；(3)它能強烈地促進渣鋼乳化。對于非穩態中下渣、卷渣的防止目前冶金工作者主要集中在最低澆注液面的研究，而對于中間包水口處改進以控制水口產生匯流漩渦研究較少。

另一方面，隨著社會經濟與科技的發展，對鋼材的性能要求日益提高。如何有效防止和最大程度去除夾雜物以提高鋼水潔凈度是目前研究的主要方向。可從兩個方面對鑄坯的潔凈度進行控制，一方面是盡可能通過各種方式去除鋼水中的夾雜物，另一方面是減少冶煉和澆注過程中夾雜物的進入和產生，特別是鋼水吸氣問題，鋼水吸氣可帶來兩個危害，一個危害是鋼水二次氧化，即鋼水中的酸溶鋁等元素被氧化成氧化物，另一個危害是導致鋼水中氮元素含量的增加。隨著精煉技術水平的提高，去除鋼水中夾雜物已經達到較高的水平，目前，防止澆注過程中的鋼水吸氣變得越來越重要。

氮元素在鋼中是固溶強化元素，會導致時效和藍脆等現象，還能與鈦、鋁等生成較為尖銳的夾雜物；鋼中的氮會降低鋼材的韌性、塑性、焊接性能等等。鋼水中的氮含量在煉鋼終點時含量最低，鋼水中的氮元素增高主要是之后的精煉和澆注過程中吸氣導致的。因此，為了防止澆注過程中的吸氣，需要采取保護澆注來防止鋼水吸氮。

鋼水中脫氧多采用鋁進行脫氧，為了獲得較低的溶解氧，一般控制酸溶鋁含量在0.025-0.045％之間，而一些高鋁鋼如38CrMoAl酸溶鋁含量更是高達0.7-1.1％。如果在澆注過程中鋼水吸氣，鋼水中的酸溶鋁就會與空氣中的氧生成氧化鋁夾雜物，從而在澆注時引起水口堵塞、蓄流等一系列問題。

為了防止鋼包轉運和澆注過程中的吸氣提高鋼水純凈度，目前在連鑄生產過程中，普遍采用大包水口與大包長水口吹氬密封來實現大包保護澆注。但二者之間的接縫處容易因為澆注的鋼流引起的負壓而吸入空氣，從而導致鋼水中氮含量和氧含量的增加。使用透氣環式吹氬密封方式主要存在后期效果差和溢鋼時容易堵塞等缺點，而密封墊圈則存在易損壞和密封效果不穩定等缺點。