中间包湍流控制器

中间包湍流控制器

孙会菊

一重集团铸锻钢事业部炼钢分厂助理工程师，黑龙江省齐齐哈尔富拉尔基161042

摘要：在中间包内使用优化后的湍流控制器，可以改善中间包流场，降低钢中夹杂物的含量。

关键词：夹杂物、湍流器

一、前言

随着科学技术的不断发展，各相关行业对优质钢的需求量在逐年增加。近年来，各国在连铸中间包内相继采用各种控流装置以降低钢种非金属夹杂物含量，取得了一定的效果。从中间包内控流装置的发展，可划分为三个阶段：20世纪70～80年代期间，主要研究应用上挡渣堰和下导流坝的中间包控流装置；80～90年代期间主要研究应用附有导流孔的隔墙以及过滤器的中间包控流装置；20世纪90年代后期国外一些钢厂开始研究中间包内的新型控流装置—湍流控制器，并在少数国外钢铁企业开始使用。

中间包是钢水进入结晶器的最后一道冶金工序。如果钢水中的夹杂物在此工序内不被去除，那么就将进入钢坯中而成为钢中杂质、进而影响钢材的质量和性能。中间包内夹杂物去除主要是靠钢包水口注流冲击区内夹杂物相互碰撞合并长大上浮。研究表明，在中间包内设置湍流控制器可以有效地控制钢水在中间包内的流动状态，为夹杂物碰撞和上浮去除创造了良好的条件。

与其他耐火材料相比，镁质耐火材料具有向钢液中传氧少，有利于钢水脱硫和可以控制钢水回硫以及减少钢中夹杂等一系列优点。因此，选用镁质耐火材料作为中间包用湍流控制器是非常合适的。

本项目分为中间包流场优化和湍流控制器生产和使用几部分。

二、中间包流场优化研究

利用水模试验进行中间包流场优化研究，主要是确定湍流控制器的尺寸大小、在中间包内的摆放位置以及与挡墙和挡坝的配合等。

1、物理模型建立

利用相似原理，主要考虑几何相似和动力相似。试验采用有机玻璃制做中间包、长水口、挡渣堰和导流坝等，采用水模拟钢液。

试验装置如图1所示。

进水

记录仪

电导仪

中间包

水口

电极

导流坝

挡渣堰

示踪剂

钢包

透气砖

湍流控制器

图1 水模试验示意图

2、中间包湍流控制的作用

物理模拟试验表明，中间包采用湍流控制器后可以获得如下显著效果。 （1）可以显著改善中间包内的流体流动特征以及流体流动轨迹

中间包内夹杂物去除主要是靠水口注流冲击区内夹杂物相互碰撞合并长大而上浮的。水模试验表明，在没有湍流控制器时，水口注流冲击到包底的冲击砖后，沿着中间包包底铺散开，自由地向四周流动，包括沿着中间包底流动越过上挡渣堰下部直接流向下导流坝以及溢孔处。而在有湍流控制器时，水口注流冲击在包底的湍流控制器内，注流的湍流能不仅受到约束，而且向中间包表面缓慢流动，然后沿着液体表面流向上挡渣堰。由于注流流入湍流控制器内混合以及向下和向上两方向的流动，为夹杂物碰撞创造了良好机遇，并且从湍流控制器内转向液体表面流动，为夹杂物上浮又创造了良好的条件。因此，通过在中间包内设置湍流控制器，不仅消除了流体短路流现象，而且使流体流动路线延长，为夹杂物上浮创造了非常有利条件。 （2）减少钢包长水口注流的喷溅

从模型试验可知，当水口注流开浇注入中间包内时，在没有湍流控制器时，注流冲击到中间包底部的冲击砖后被溅起飞向四周。而采用湍流控制器时，由于湍流控制器是具有一定几何尺寸和形状的槽形容器，当注流注入中间包时，湍流控制器在中间包底部接收注流，减少其冲击喷溅。

三、中间包湍流控制器的几何尺寸和位置

1、湍流控制器尺寸大小的优化结果

图2为国内某钢厂优化后的湍流控制器的形状和尺寸大小。

图2 优化后的湍流控制器的大小和形状

2、中间包内各控流元件位置的优化结果

水口

透气砖

图3 优化的中间罐内坝、堰、透气砖溢流孔尺寸及位置

坝

坝

水口

堰

湍流控制器

堰

四、镁质湍流控制器的性能和使用效果

1、镁质湍流控制的性能

表1示出了镁质湍流控制器的理化指标。

表1 镁质中间包湍流控制器理化指标化学成分

成分MgO Al

2O

3

其它

含量（％）≥70 ≥18 余量

物理性能

体积密度耐压强度抗折强度线变化率（％）

110℃×24h ≥3.0g/cm3110℃×24h

≥30Mpa

1550℃×3h

≥40Mpa

110℃×24h

≥8Mpa

1550℃×3h

≥10Mpa

0～＋0.5

其在中间包内的放置位置以及与坝、偃等的配合如下图所示。

长水口

挡渣墙

湍流控制器

挡渣坝

渣层

图4 湍流控制器的安装位置

图5 湍流控制器的实际安装情况

2、使用效果

图6示出了使用镁质湍流控制器前后钢中的夹杂物含量变化。

夹 杂 物 个 数 （个）

夹杂物尺寸 （ μm ）

图6 使用镁质湍流控制器前后钢中的夹杂物含量变化

五、结论

通过在中间包内使用优化后的湍流控制器，可以显著改善中间包流场，降低钢中夹杂物含量。

204060801001201405

10

20

30

40

50

60

70优化前

优化后