[发明专利]一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高浇注过程中钢水洁净度的控流装置及方法，属于钢水浇注设备及方法技术领域。

背景技术

钢材中的夹杂物含量和尺寸对钢材的表面及内部缺陷、表面性能以及疲劳性能有较大影响，因此需要减少钢中夹杂物，提高钢材的洁净度。目前在生产过程中主要通过铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、保护浇铸等技术措施来控制钢液中的夹杂物，改善钢液的流场，从而达到提高钢材洁净度的目的。

在钢水浇注过程中，钢水不可避免地要同空气接触，产生二次氧化，从而增加了钢中的氧、氮含量，影响了钢质的纯度。因此，在保护浇注工序中采用保护浇铸措施防止钢水同空气接触产生二次氧化是一项必不可少的技术。目前钢包至中间包通常采用长水口保护管保护浇铸。即用一个长的耐火套管作为钢水流经的中间结构，长水口上口与钢包滑动水口的下水口连接，在连接处通氩气，防止空气吸入，长水口的下部浸入到中间包内的钢液中，使钢包到中间包的铸流全密封在保护气氛中，可有效地防止二次氧化。

钢水要想由钢包流经长水口进入中间包，首先必须保证钢包滑动水口打开，钢包滑动水口由安装在钢包底部的两块中间留有出钢孔的上、下滑板组成，滑板材料为耐火材料，通过外部的驱动力移动下滑板，控制上、下滑板出钢孔的重合度，从而起到控制钢流的作用。在滑动水口结构中，从滑板闭合处到钢包底部通常有400～600mm出钢通道，为了防止钢液在该通道渗出和提高钢包开浇率，整个通道都要加入具有一定烧结性能的颗粒状耐火材料引流砂，它是与滑动水口相互配合不可缺少的耐火材料。

实际生产中，操作人员在长水口上口和钢包滑动水口连接好后，将钢包滑动水口的滑板以液压驱动的形式拉到最大开度，钢液会随着引流砂的下落而自动流出（通常称为自动开浇），完成钢包开浇环节。但当钢水不能从钢包自动流出时，操作人员必须先将长水口取下，之后从钢包滑动水口的下水口插入烧氧管进行人工烧氧辅助引流，待钢流从水口流出后，再将滑板关死，接上长水口，重新拉开钢包滑板进行浇铸。这种钢包开浇方法是一种被迫的开浇法，直接影响铸坯的质量，不能完全发挥保护浇铸的作用。在操作人员人工烧氧辅助引流的过程中，首先钢流会与空气接触再次氧化，形成非金属杂质；其次烧氧引流的钢水不通过长水口，直接洒在中间包内的浮渣层上，将部分浮渣带进钢水中，并被卷入结晶器形成夹杂物。此外，钢包如果不能自行开浇，不仅增加了操作人员的劳动强度，给操作人员带来安全隐患，而且不能自动开浇时，铸机就必须降速以维持连铸工序的连续性，拉速的波动对铸坯表面质量会有很大影响，若钢包长时间不能开浇就会造成连铸断浇生产事故，给企业带来重大的经济损失。所以钢包能否自动开浇不但影响到铸坯的质量，还会影响到整个连铸生产线的效率和企业的经济效益。生产统计曾发现，连铸钢包引流开浇比自动开浇平均耽误时间为5min左右，特别是由于中间包液面低或钢水温度降低过大，甚至造成连铸机非计划停机，有时还会发生整包钢水送回钢包冶炼装置再加热或者冻包生产事故。正因如此，钢包开浇越来越受到人们的重视。

在炼钢生产过程中，影响和实现钢包自动开浇的机制是：在准备钢包时，将引流砂灌入上水口内部和座砖顶部，形成一个小馒头状砂丘，钢水注入钢包的初期，填入水口上表面的引流砂迅速烧结，成为高粘度的液相层，阻碍了熔融钢水向引流砂内部的渗透。高粘度液相层下面是烧结层，烧结层下面是松散的引流砂。烧结层能够在下部物料的支撑下承受钢水的静压力而不被破坏。由于引流砂材料的特点，传热相对较慢，引流砂的烧结速度也会变慢，烧结层保持在一定厚度，随着水口内钢水温度下降，钢水在包底引流砂上面形成冷钢层。在连铸钢包滑动水口打开，开浇时下部的未烧结物料因自重作用下落，烧结层失去支撑，致使烧结层在钢水的重力作用下而破碎，实现开浇。因此要想提高钢包自开率，必须设法降低烧结层或冻结层的极限强度，减小“薄壳”的厚度。目前一般采取的措施有：现场通过使钢水冲击点应远离引流砂填充部位的中心距离；根据使用条件相应调整引流砂的组成，促使表层快速烧结、防止引流砂上浮的同时避免过度烧结等措施减少烧结层的厚度等，但随着钢水放置时间的增加，烧结层及冷钢层厚度增加，以上措施均不能达到满意的效果。