中間包流動(dòng)控制形態(tài)的分析

【摘要】隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，中間包已由原來(lái)的簡(jiǎn)單盛鋼容器轉(zhuǎn)變成具有冶金功能的反應(yīng)器。而且，隨著鋼鐵技術(shù)的發(fā)展，它的這種功能變得越來(lái)越強(qiáng)，其作用不僅僅是降壓、穩(wěn)壓，保持連鑄工藝穩(wěn)定，把鋼水均勻分配到各結(jié)晶器和實(shí)現(xiàn)多爐連澆的中間容器；而且還具有均勻鋼水溫度、成分，防止鋼水二次氧化、減少鋼中夾雜，改變夾雜物形態(tài)的重要冶金作用。中間包內(nèi)鋼液的流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)延長(zhǎng)鋼水在中間包內(nèi)的停留時(shí)間，減少卷渣和改善夾雜物上浮條件有重要作用，直接影響著鑄坯的質(zhì)量。因此有必要控制中間包內(nèi)鋼液的流動(dòng)狀況以便選擇合理的流動(dòng)模式和鋼水在中間包內(nèi)的停留時(shí)間以充分發(fā)揮中間包的冶金功能。

【關(guān)鍵詞】連鑄；中間包；流動(dòng)；冶金

一、中間包冶金技術(shù)概述

連鑄中間包不僅用作鋼液的存儲(chǔ)器和分配器，實(shí)現(xiàn)多爐連澆以及穩(wěn)定鋼液流動(dòng)、減小鋼液靜壓力，而且還具有調(diào)整鋼液成份、合金化、對(duì)低溫鋼液加熱升溫、合理改變流場(chǎng)、促使非金屬夾雜物上浮、均勻鋼液溫度等功能。

中間包是煉鋼生產(chǎn)流程的中間環(huán)節(jié)，它是提高鋼產(chǎn)量和質(zhì)量的重要一環(huán)。因此，隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，中間包的冶金作用受到越來(lái)越多的注意。

二、中間包流動(dòng)形態(tài)控制

中間包對(duì)鋼液清潔度、熱均勻性及澆鑄穩(wěn)定操作起重要作用，中間包內(nèi)合理的鋼液流動(dòng)是穩(wěn)定澆鑄的先決條件，并有利于提高鋼液清潔度及熱均勻性。因此，對(duì)中間包內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行研究有很重要的意義。

1、擋渣堰、導(dǎo)流壩和導(dǎo)流擋板

目前，在中間包內(nèi)設(shè)置擋渣堰和導(dǎo)流壩是應(yīng)用最為普遍的技術(shù)措施。通過(guò)在中間包設(shè)置擋渣堰和導(dǎo)流壩可以增加鋼液在中間包內(nèi)停留時(shí)間，促進(jìn)夾雜物上浮，形成合理的溫度場(chǎng)分布。

從圖1可以看出，無(wú)控流裝置的中間包中死區(qū)以及到水口的短路流是很明顯的，這說(shuō)明中間包的體積沒(méi)有得到有效地利用。如圖2所示，加擋渣堰、導(dǎo)流壩能明顯改善中間包內(nèi)鋼掖流動(dòng)方式。通過(guò)擋渣堰迫使流體向下流動(dòng)，而導(dǎo)流壩則迫使流體向上流向渣金界面，從而阻止了短路流。

導(dǎo)流隔墻[1]是在上下游完全隔開(kāi)的耐火材料上設(shè)置若干個(gè)不同尺寸和傾角的孔洞制成的。鋼液根據(jù)需要的方向流過(guò)孔洞，其通過(guò)導(dǎo)流隔墻后的流速和方向由孔的大小和方向決定。

圖3[2]所示為中間包內(nèi)無(wú)控流裝置、設(shè)置擋渣堰和導(dǎo)流壩以及設(shè)置多孔擋渣堰時(shí)的流動(dòng)形態(tài)示意圖。

2、湍流控制技術(shù)

湍流控制器（Turbulence Inhibiting Pouring Pad）相關(guān)研究工作始于1994年。如圖4所示的沖擊墊可將長(zhǎng)水口直瀉而下的鋼流折返而沖向自己，鋼流從沖擊墊出來(lái)時(shí)又和下來(lái)的鋼流相撞使沖擊墊的湍流能量通過(guò)重復(fù)循環(huán)和逆向環(huán)狀流而消散，上升鋼流的速度因此大為降低，防止沖開(kāi)長(zhǎng)水口周圍的渣層。另外，防湍流沖擊墊的入口處的環(huán)型流能降低大包注流的速度，最后流體慢慢地流回鋼液表面，大大降低其湍動(dòng)能。

張立、鐘良才等人通過(guò)對(duì)采用湍流控制器的中間包進(jìn)行水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)研究，得到以下結(jié)論：

（1） 中間包采用合理的湍流控制器，可以改善中間包流體流動(dòng)特性。最小停留時(shí)間可增加30%～50%，峰值時(shí)間可增加40%～70%，從而提高了中間包活塞流體積分率。流體在中間包內(nèi)的平均停留時(shí)間得到延長(zhǎng)，死區(qū)體積下降；

（2） 在采用湍流控制器的中間包中，兩塊擋渣堰的中心距和導(dǎo)流壩底孔適當(dāng)減小，有利于改善中間包的流動(dòng)特性?？商岣呋钊黧w積分率，消除中間包短路流現(xiàn)象；

（3） 采用湍流控制器的中間包，在兩塊擋渣堰之間的液面上，流體液面的流動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)小而急的旋渦流動(dòng)產(chǎn)生。因此，可以避免卷渣現(xiàn)象。

3、氣幕擋墻的形成及其作用

中間包水口、塞棒吹氬技術(shù)作為防止鋼液氧化，防止水口堵塞的密封澆注技術(shù)在我國(guó)各大鋼廠己經(jīng)被成熟應(yīng)用。中間包底部吹氬作為一項(xiàng)重要的中間包冶金技術(shù)，在國(guó)外己成功用于工業(yè)實(shí)踐，并受到了國(guó)內(nèi)知名鋼鐵企業(yè)的重視。

迄今為止，國(guó)外采用中間包氣體凈化除去夾雜物的方式主要有兩種：一是在中間包內(nèi)埋設(shè)透氣管；二是安裝透氣梁。

（1）埋設(shè)透氣管 埋沒(méi)透氣管的方式有2種：一是在震搗的耐火混凝土中引入合成纖維，透氣管埋設(shè)在永久層內(nèi)；二是采用多孔噴料，透氣管安置在永久層和工作層之間。兩種結(jié)構(gòu)均能滿足細(xì)小氣泡穿過(guò)中間包襯的要求。

（2）安裝透氣梁 德國(guó)Neue Maxhütte Stahlwerke GmbH公司在90年代初期，進(jìn)行了中間包安裝透氣梁，氣體凈化除去夾雜物的使用試驗(yàn)。結(jié)果表明，大尺寸夾雜全部去除，小尺寸夾雜物降低50%，微小夾雜物的去除效果不明顯。

當(dāng)氣流形成氣幕后可產(chǎn)生以下作用：

（1）改變中間包流場(chǎng)，阻礙大顆粒夾雜物由中間包的注流區(qū)向塞棒區(qū)移動(dòng)；（2）氬氣泡在上浮過(guò)程中帶動(dòng)夾雜物上浮，起到真空泵作用，進(jìn)行脫氣；（3）增加鋼中夾雜物相互接觸和碰撞的機(jī)會(huì)，促使夾雜物長(zhǎng)大、上浮，從而使夾雜物被中間包渣吸收；（4）可改變中間包塞棒區(qū)的流場(chǎng)，減小塞棒區(qū)上部鋼液向下的流速?gòu)亩鴾p少夾雜物被卷入結(jié)晶器的幾率。

三、結(jié)論

通過(guò)在中間包內(nèi)設(shè)置擋渣堰、導(dǎo)流壩、湍流控制器、多孔擋渣堰，以及中間包底吹氬等方式來(lái)改善中間包流場(chǎng)，延長(zhǎng)鋼液在中間包內(nèi)停留時(shí)間，促進(jìn)夾雜物上浮去除，提高鋼液潔凈度。