[发明专利]一种提高中间包在非稳态状态下钢水洁净度的系统及方法

说明书

本发明公开了一种提高中间包在非稳态状态下钢水洁净度的系统及方法，属于钢铁冶金技术领域。本发明长水口的特征在于改变中间部位形状，在长水口中间形成贮流区，同时在贮流区设置一圈吹氩孔，本发明的长水口可同时实现钢液密封防止吸氮和吹氩搅拌脱气，实现了密封功能有效防止钢水吸气，还可利用长水口管径突变引起的钢水散流与氩气充分接触，以达到脱除钢中气体目的；钢水液位测量仪用于测量钢水的液面位置，控流盘口用于控制钢水的流动，凹形塞棒用于控制汇流漩涡的产生，自动升降机构用于控制凹形塞棒的位置可有效地防止回流漩涡的形成，提高了钢液的洁净度。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种提高中间包在非稳态状态下钢水洁净度的系统及方法。

背景技术

在连铸过程中，中间包有开浇、换钢包前后、浇铸结束等非稳态过程。非稳态过程时中间包内钢水液面波动较大、拉速变化频繁以及不同钢种混浇等浇铸状态。由于此状态钢水温度变化、二次氧化及湍流卷渣相比稳态时严重，因而对铸坯质量有着显著的影响。有研究表明在非稳态条件下钢液中T[O]明显高于稳定浇注，夹杂物大小和数量明显上升，从而使铸坯质量普遍下降，由于连铸非稳态过程中显著地影响到钢水的洁净度，因此加强对非稳态浇铸的控制是提高钢水洁净度的关键点之一。分析表明在非稳态浇铸期间：开浇、换钢包和浇铸结束，由于二次氧化卷渣等原因，使钢水的洁净度指标恶化严重。

非稳态浇注中下渣、卷渣的发生主要是由于中间包液面下降而在浸入式水口处产生汇流漩涡导致的。汇流旋涡是在容器排流过程中，当液面下降到一定高度(一般称为临界高度或旋涡高度)时发生的。对于炼钢生产而言，这种汇流旋涡卷渣危害在于：(1)汇流漩涡在液位较高时出现，达到临界高度就会发生；(2)熔渣处于漩涡中心，难以鉴别；(3)它能强烈地促进渣钢乳化。对于非稳态中下渣、卷渣的防止目前冶金工作者主要集中在最低浇注液面的研究，而对于中间包水口处改进以控制水口产生汇流漩涡研究较少。

另一方面，随着社会经济与科技的发展，对钢材的性能要求日益提高。如何有效防止和最大程度去除夹杂物以提高钢水洁净度是目前研究的主要方向。可从两个方面对铸坯的洁净度进行控制，一方面是尽可能通过各种方式去除钢水中的夹杂物，另一方面是减少冶炼和浇注过程中夹杂物的进入和产生，特别是钢水吸气问题，钢水吸气可带来两个危害，一个危害是钢水二次氧化，即钢水中的酸溶铝等元素被氧化成氧化物，另一个危害是导致钢水中氮元素含量的增加。随着精炼技术水平的提高，去除钢水中夹杂物已经达到较高的水平，目前，防止浇注过程中的钢水吸气变得越来越重要。

氮元素在钢中是固溶强化元素，会导致时效和蓝脆等现象，还能与钛、铝等生成较为尖锐的夹杂物；钢中的氮会降低钢材的韧性、塑性、焊接性能等等。钢水中的氮含量在炼钢终点时含量最低，钢水中的氮元素增高主要是之后的精炼和浇注过程中吸气导致的。因此，为了防止浇注过程中的吸气，需要采取保护浇注来防止钢水吸氮。

钢水中脱氧多采用铝进行脱氧，为了获得较低的溶解氧，一般控制酸溶铝含量在0.025-0.045％之间，而一些高铝钢如38CrMoAl酸溶铝含量更是高达0.7-1.1％。如果在浇注过程中钢水吸气，钢水中的酸溶铝就会与空气中的氧生成氧化铝夹杂物，从而在浇注时引起水口堵塞、蓄流等一系列问题。

为了防止钢包转运和浇注过程中的吸气提高钢水纯净度，目前在连铸生产过程中，普遍采用大包水口与大包长水口吹氩密封来实现大包保护浇注。但二者之间的接缝处容易因为浇注的钢流引起的负压而吸入空气，从而导致钢水中氮含量和氧含量的增加。使用透气环式吹氩密封方式主要存在后期效果差和溢钢时容易堵塞等缺点，而密封垫圈则存在易损坏和密封效果不稳定等缺点。