高效连铸的相关技术——中间包冶金

连铸中间包在最后净化钢水和稳定连铸的操作中起重要作用。改进中间包结构,采用坝、堰等控流装置、吹气搅拌、覆盖剂、喂丝、过滤器、加热等冶金技术,可以有效提高钢水清洁度和铸坯质量。     

中间包冶金技术

自70年代中期起，连铸生产获得迅速发展，至1992年世界连铸比已达75％左右，并且还在不断增长。在以连铸为主的产钢国家连铸比已超过95％。连铸的关键设备中间包已不只是钢水的分配器，而且日益显示出其他重要的冶金功gB：（1）在多炉连浇期间，可保留足够的钢水，供交换钢包时使用，以便能连续进行浇铸而不显著降低铸速和不使钢水面降到熔池最低高度之下。（2）在相当长的浇铸时间内保持良好的保温作用，从而使钢水温度基本不变。（3）通过对夹杂物的捕集分离来减少钢中微观和宏观夹杂物，即提高钢水清洁度。（4）防止钢水和空气接触，避…     

中间包电磁感应加热技术研究及应用进展

中间包是炼钢流程从间歇操作转向连续操作的重要衔接点,对于促进钢液的分流、净化、减轻铸坯宏观偏析、提高等轴晶率以及铸坯质量有着十分重要的作用。随着对连铸坯质量和钢水洁净度要求的不断提高,新型中间包冶金技术层出不穷。这其中,中间包电磁感应加热因同时具备高效稳定的中间包温度和夹杂物去除功能,有利于实现钢水低过热度恒温浇铸,逐步在连铸生产中得到应用。此技术的应用、研究现状及未来发展趋势进行了详细探讨。     

薄板坯连铸中间包吹氩行为的物理模拟

中间包吹氩是适应洁净钢冶炼的新技术、新方法。依据相似原理,在实验室建立了一定相似比的薄板坯连铸中间包物理模型。比较了传统堰坝组合,吹氩气幕挡墙分别代替堰、坝对中间包流体流动特征的影响,并尝试在中间包内采用双气幕挡墙的控流方式。结果表明,气幕挡墙分别代替堰、坝,中间包停留时间和死区体积与堰坝组合十分相近;双气幕挡墙代替堰坝组合,除死区体积较大外,停留时间接近堰坝组合。上述结论为气幕挡墙技术的进一步应用提供了参考依据。     

中间包气幕挡墙试验研究

通过RTD试验和工业试验,研究了中间包气幕挡墙对中间包流场和去除钢水夹杂物行为的影响。RTD试验表明:中间包气幕挡墙可以改善中间包流场,不同的试验参数对中间包流体特征值的改变程度不一样。工业试验结果表明:气幕挡墙可以去除中间包大型夹杂,尤其是尺寸小于300μm的夹杂物。     

中间包钢流控制与净化新技术

中间包内钢水的流动特性对钢水的净化有重要作用,介绍了中间包流场控制新技术,如湍流控制器、气幕挡墙、中间包吹气技术和离心式中间包技术等,合理的中间包结构设计可以改善内部流场,降低湍动能,延长钢液停留时间,有利于夹杂物的去除和钢水成分、温度的均匀.     

气幕挡墙对中间包流场和夹杂物去除的影响

为了减轻高钛含量下钢水连铸过程夹杂物产生的不利影响,建立了中间包流场、夹杂物运动及去除模型,考虑了气泡对夹杂物的吸附,重点研究了气幕挡墙及其安装位置对流场和夹杂物的影响。结果表明,小粒径颗粒在钢水带动下跟随性好,且自身浮力小,在无吹气情况下,1～10μm粒径的夹杂物去除率较低。当吹气流量为5 L/min时,Al₂O₃和TiN夹杂物的去除率均明显提高,在粒径范围1～10μm内,Al₂O₃的去除率为21.7%～34.6%,TiN的去除率为22.7%～33.14%。当气幕挡墙位于湍流抑制器和上挡墙之间时,由于钢液形成的回流速度大,夹杂物和气泡碰撞的概率增加,进而被气泡捕获的概率增加,更有利于夹杂物的去除。本研究为高钛钢连铸过程夹杂物去除提供了理论指导。     

中间包钢水流动控制的冶金效果

连铸中间包钢液流动能促进非金属夹杂物上浮,使进入结晶器的钢水进一步净化.结合在钢厂不同容量的中间包安装控流装置(挡墙、坝)进行的生产试验表明,钢水中总氧量、微观夹杂物和大颗粒夹杂都有明显的降低,为提高中间包钢水洁净度、改善铸坯质量创造了条件.     

中间包气幕挡墙的夹杂物行为研究

介绍了中间包气幕挡墙的工作机理,分析了气幕挡墙对中间包内钢水流场和夹杂物的影响,气幕挡墙的位置和吹气量等对其冶金效果会产生显著的影响,认为设计合理的气幕挡墙可以改善中间包内钢水的流场,延长钢水停留时间利于夹杂物的上浮。另外,通过微气泡的吸附作用50μm以下的夹杂物去除概率明显增加。     

气幕挡墙及挡坝结构对中间包流场的影响

针对某钢厂中间包使用原挡坝时死区较大,流经挡坝钢液向上运动趋势不明显,流场不利于夹杂物上浮去除等问题,采用中间包水模型试验,对挡坝结构进行了优化,设置了气幕档墙.结果表明,提高挡坝高度,开向上角度通钢孔,并设置气幕挡墙,可有效消除浇注区及挡坝后死区,死区体积比降低46％;钢液向液面运动趋势增大,滞止时间提高23％,峰值时间提高16％.工业试验表明,中间包采用优化后的控流装置,夹杂物总量从14.4 mg/10 kg降为6.64 mg/10 kg,中间包钢液内大型夹杂物得到有效去除.     

中间包流场控制技术的进展

合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。     

不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟

针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m3,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m3时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。     

高等级汽车板中间包冶金技术

高端汽车外板在后续轧制或冲压过程中发生夹杂缺陷的比例较高,为了进一步提高中间包冶金的效果,研究了中间包开孔挡墙对正常浇铸过程中夹杂物去除的影响。为了保证钢液洁净度一致,在中间包内一侧采用了不带孔的挡墙,另一侧采用了开孔型挡墙,浇铸过程中同时取中间包钢水及铸坯试样,并采用Aspex夹杂物自动扫描电镜进行分析。结果表明,正常浇铸时无孔挡坝有利于夹杂物在中间包内的上浮去除,有孔挡坝中间包内钢液流场存在短路流,钢液在中间包内停留时间短,夹杂物来不及上浮,随钢液进入到结晶器和铸坯中。因此,采用无孔挡坝中间包浇铸的钢液洁净度优于开孔挡坝中间包浇铸的钢液。     

四流H型感应加热中间包控流装置设计

针对国内某特钢厂新上的四流H型双通道感应加热中间包,为改善中间包内流体流动状态,设计了倒八字型与V型两种控流装置。应用数值模拟的方法对两种不同控流装置下的中间包流场、RTD曲线、温度场进行了模拟。结果表明,倒八字型控流装置平均停留时间1 469.6 s,死区体积比5.83%,边部水口与中间水口的最大温差3 K;与V型控流装置相比,平均停留时间延长了41.9 s,死区体积相应降低了4.09%,边部水口与中间水口的最大温差减少了2 ℃。湍流抑制器+倒八字型控流装置设计能更好改善四流大方坯H型双通道感应加热中间包流体流动性。     

多流中间包流场模拟研究及优化

为了减少多流中间包的卷渣概率、提高对夹杂物的去除能力,采用物理模拟及数值模拟的方法对某钢厂六流中间包内部流场特性进行分析和优化。研究表明,导流孔仰角对中间包内流场及温度场有较大影响。改进后的挡墙使用25°仰角导流孔使各流最大温差由5.2 ℃降至2.4 ℃。较小的导流孔仰角对夹杂物去除有利,25°的仰角各流均匀性较好。提高挡坝高度亦有利于夹杂物上浮,推荐的挡坝高度为650 mm。另外建议现场浇注高度保持在100 mm以上以消除卷渣现象的不利影响。     

包晶钢中间包快换板坯接痕漏钢原因分析

为了研究包晶钢中间包快换过程中板坯接痕处漏钢的问题,对现场调查发生规律持续进行跟踪,采用扫描电镜对接痕处漏钢机理进行分析。结果表明,中间包快换过程中漏钢与坯壳收缩和接痕处非金属夹杂物聚集有关,非金属夹杂物成分为保护渣。通过优化中间包快换过程坯壳冷却补缩程序、优化钢水过热度、增加连接件、优化清理保护渣渣条、改进开浇等措施,包晶钢中间包快换过程板坯接痕漏钢事故得到有效抑制,发生率由1.08%降至0。     

小方坯连铸中间包流场数值模拟与分析

为了研究不同形状湍流抑制器及不同种类开孔挡墙对中间包流场流动特性及温度分布均一性的影响,以10流小方坯连铸对称双中间包为研究对象,通过Fluent软件对单边5流中间包流场进行数值模拟分析。研究结果表明,湍流抑制器可有效降低注流区湍流的产生,且中间包挡墙的形状和开孔的调整对浇注区各流出口流场及温度场的变化具有较为明显的影响作用。根据数值模拟结果,通过计算云图及指标对比得出了适用于本中间包尺寸及外形条件下的优选控流元件,并由现场实际温度的测量进行了验证。     

30 t对称四流小圆坯中间包结构优化

为了优化某钢厂30 t对称四流小圆坯中间包的冶金效果,以该钢厂当前使用中间包为原型,根据相似原理,利用水模型模拟对其内部控流装置进行优化,测量不同情况下中间包的RTD曲线,进而计算出中间包内钢水的峰值时间、死区比例等指标。结果表明,原型中间包的中间包冶金效果不佳,根据优化方案,导流板每面开双孔时,较优方案为方案3,此时中间包死区比例为10.96%;导流板每面开单孔时,较优方案为方案18,此时中间包内死区比例为8.74%,但此中间包冶炼结束时,中间包内留钢量较大,经济成本较高。综合来看,使用双孔较优方案最佳。