[发明专利]中间包短距射流长水口结构及吹氩冶炼方法

说明书

本发明涉及一种中间包短距射流长水口结构，包括上管段和下管段，上管段和下管段内部为空心管孔且同轴，下管段的管孔内径大于上管段的管孔内径。上管段的下端部分区段凸伸到下管段的内部但不超过下管段的下端面；上管段的凸伸部分通过数根耐火材料梁与下管道烧结连接，在耐火材料梁之间形成连接外部空间的气道。上管段的下端面所在的水平面、中间包钢液液面、及下管段的管孔三者限定出一个自由注流区。本发明将上管段的下端的一部分凸伸到下管段内，利用短距自由注流将氩气卷吸进入钢液内实现微气泡吹氩。该结构不仅提高了长水口上管段和下管段的连接强度，还可在液面波动和渣层增厚的情况下防止中间包渣堵塞气道或进入自由注流区。

技术领域

本发明涉及钢铁冶金领域，特别是涉及一种应用于洁净钢冶炼的连铸中间包短距射流长水口结构以及使用该长水口结构的吹氩冶炼方法。

背景技术

在金属冶炼过程中，最大限度地减少钢中夹杂物的尺寸和数量，实现高效低成本洁净钢的冶炼，是提高产品质量、增加钢铁企业盈利的重要途径。作为钢水凝固前所接触的最后一个耐火材料容器，中间包因其提供了充足钢液停留时间和稳定的动力学条件，被视为夹杂物去除的理想场所。采用常规控流装置的组合优化中间包流场，仅能有效地去除钢中尺寸在50μm以上的大颗粒夹杂物，但是对尺寸在50μm以下的夹杂物去除效果不佳。而采用吹氩技术，可通过气泡表面的吸附效应及尾流的捕捉效应促进小颗粒夹杂物上浮至中间包表面，进而被渣层吸附去除。因此，吹氩技术作为一种深度净化钢液的有效方法受到人们的广泛关注。

长水口(或称保护管)是一种用于钢包与中间包之间的钢水管道，保护钢水不受二次氧化，防止钢流飞溅。现有技术关于长水口的改进，基本集中在减少对中间包的冲击、防止开浇喷溅、提高开浇安全性等方面、较少从提高钢液洁净度方面来设计；而吹氩冶炼的过程需要不断向钢液提供具有一定压力的氩气源，由于吹氩气孔易被钢液堵塞，难以保证吹氩操作的稳定性，此外，附加的吹氩部件还将产生较高能耗和维护费用。

为了解决该技术问题，本发明人在先前提出一项改进方案，参见中国专利申请CN111299566A(2020年6月19日公开)公开一种中间包短距射流长水口结构，其包括较细的上管段和扩径的下管段，该下管段中央具有连接孔，该上管段的下端位于该连接孔并相互烧结固定，下管段的顶端面设有3个吸气孔。其工作原理为：下管段的下端插入中间包的钢液中，下管段的上端高出液面一定距离，使在下管段内部形成一个与周围钢液相隔离的自由注流区，钢液从上管段出来突然进入下管段内，使钢液瞬间失去管壁束缚形成自由注流，自由注流冲击注流区液面形成强烈湍流运动，将下管段外部充填的氩气(中间包上盖内的氩气)自动通过吸气孔吸入到自由注流区内的钢液中并在钢液冲击下形成大量小氩气气泡，以去除钢液中的小尺寸夹杂物。然而，在实际的应用过程中该方案仍存在一些问题。由于下管段表面的进气口距离钢液液面距离较近，在中间包连续操作过程中，钢液表面渣层的厚度会逐渐增加，加之在钢液液面波动较大的情况下，渣层容易会没过/覆盖下管段的顶端面，堵塞住吸气孔或导致部分中间包渣通过气孔进入自由注流区内，影响钢液的净化效果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种中间包短距射流长水口结构和使用该长水口结构的吹氩冶炼方法，该中间包短距射流长水口结构的上管段的一部分凸出到下管段内，进一步缩短钢液的自由注流距离，以生成更小尺寸的气泡，同时避免钢液液面波动较大导致的渣层堵塞吸气孔或进入自由注流区内的问题。

本发明不仅可实现微气泡吹氩以去除钢液中的小尺寸夹杂物，同时本发明的方法不需要压缩机及任何通气管道向钢液提供氩气，可节省充氩能耗，也不会产生钢液凝固堵塞透气砖的问题，设备简单易于维护。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一方面，本发明提供一种中间包短距射流长水口结构，其包括：