中间包夹杂物的去除与控制新技术

途的方法之一，但由于其位于钢包与中间包之间 且钢液只能处理一次因此其可调范围小。 ２．３．５电磁过滤
电磁过滤原理是根据非金属夹杂物与熔体导 电性的差异，在电磁场作用Ｆ非金属夹杂物‘ｊ熔 体的运动规律不同，使用非金属夹杂物与熔体分 离。分析得出，采用电磁过滤法可有效去除粒径 小于１０“ｍ的非金属夹杂物，比普通过滤方法可 更有效去除钢液中小于１０ ｐ．ｍ的非金属夹杂 物‘１１Ｊ。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｄｉｓｈ；ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ；ｒｅｍｏｖａｌ
２００３年我国钢产量已达到２．７亿ｔ，但一些 高品质钢材仍需进口，已经成为我国钢铁工业发 展的障碍，同时也影响到我国钢铁产品走向世界， 因此提高钢质量、增强国内钢铁企业的竞争力十 分重要。提高钢的质量重点是提高钢的洁净度、 对钢中夹杂物进行严格控制。中间包是炼钢流程 中的最后一个冶金反应器，对钢坯的质量起着至 关重要的作用，文中对近年来发展起来的中间包 冶金新工艺新技术及其作用进行了总结概括。
Ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｕｎｄｉｓｈ ＬＩＵ Ｊｉｎ ｇａｎ９１”，ＬＩＵ Ｌｉｕ２，ＷＡＮＧ Ｘｉｎ－ｈｕａｌ
（１．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）２．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ
Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｂｅｒｉｎｇ，Ｂｅｒｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ａｌｌ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｄｉｓｈ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｈａｓ ｔｏ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ａｎｄ ｅｎｔｒａｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｌａｇ ａｎｄ ａｉｒ ｂｅ ｐｒｅｖｅｎｔｅｄ ａｇａｉｎｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｄｉｓｈ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ａｌｌ ｓｔｅｐｓ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅａｎｔｉｍｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｌｏｗ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｕｐ ｄａｍｓ ａｎｄ ｗｅｉｒｓ。ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ａｎｄ ｖｏｒｔｅｘ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｈａｖｅ ｔｏ ｂｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ａ ｄｅｓｉｒａｂｌｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ）ａｎｄ ｆｉｎｅ ｂｕｂｂｌｅｓ Ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｎｄ，ｇａｓ ｃｕｒｔａｉｎ（ｗａｌｌ）ａｎｄ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｆｌｏｗ ｏｃｃｕｒ— ｒｉｎｇ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｈａｖｅ ｔｏ ｂｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｍｏｖｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｕｎｄｉｓｈ．Ｉｔ７Ｓ ｃｌａｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ａｌｔｈｏｕｇｈ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｖａｃｕｕｍ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｎｓ ｆｏｒ ｄｅｇａｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｉｎ ｓｔｅｅｌ，ｙｅｔ ｉｆｓ ｈａｒｄ ｔｏ ｍａｋｅ ａｎｙ ａｄｊｕｓｔ— ｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｉｓ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ａｎ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｍｅａｎｓ ｔｏ ｒｅｍｏｖｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｉｎ ｓｔｅｅｌ．
中间包吹氩用小气泡有利于去除夹杂物，而 一般在钢包长水口吹气得到的气泡个数较少，直 径较大，如图１（ａ）所示。钢铁研究总院通过对小 气泡去除夹杂物的水模拟研究得到小气泡可以通 过钢包注流的剪切和冲击破碎作用获得，通过控 制吹气量和吹气位置可以得到极细密的气泡如图 １（ｂ）所示，其大部分直径均不大于１ ｍｍ。这种 气泡对夹杂物的去除有很好的作用。
距板坯表曲距爵／珊 图４离心旋转对全氧含量影响
２．３．４中间包连续真空处理 １３．Ｐ．克里莫夫［”ｊ在连铸过程中对钢水进
行连续真空处理，利用如图５的装置进行脱气和 去除夹杂物。
１钢包；２移动托槊：３一冥空量：４披盐☆【： ５ ＳＥＮ：６中『ＨＪ包；７一结晶器
图５连续真空处理装置结构示意图
经试验该装置对镇静钢、半镇静钢和沸腾钢 均有良好的效果，对０８ＡＩ镇静钢进行真空处理 后使连铸坯废品率减少到原来的１／４～１／２，脱氢 ５０％～６０％，氮的质量分数量不大于０．００４０％， 各类型央杂物均有不同程度减少，且大于４０“ｍ 的夹杂物由未真空处理的２．３８个／ｃｍ２降为真空 处 万理后方的数１据．１９个／ｃｍ２，因此这种方法是有发展前
表１钢液二次氧化与卷渣形成夹杂原因与防止措施
２中间包内夹杂物去除与控制
２．１ 中间包结构对夹杂物去除与控制
中间包的控流元件（如上下挡墙、湍流抑制器 等）的设置对包内非金属夹杂物的上浮及均匀钢 水温度、成分起着至关重要的作用。国内外许多 冶金工作者口一为强化中间包的冶金作用建立了许 多中间包流场模型，但其对于满足当前生产高质 量钢种要求是否具有实际意义尚无定论，因此本 研究在对湍流抑制器的作用进行了深入研究的同 时，采用中间包刺激响应曲线、中间包去除夹杂实 验、流场观测实验对比不同中间包结构对流体流 动特性的影响Ｈ１得到：
３结论
（１）对钢包到中间包、中间包钢液面和中间包 到结晶器处必须进行全程保护浇注，同时在钢包 到中间包和中间包到结晶器间要防止吸气和汇流 旋涡卷渣。
表２汇流旋涡抑制器抑制效果对比
项目
旋涡高度／ｍｍ
旋涡产 生高度
开始卷 渣高度
旋涡全 通高度
由表２可知采用汇流旋涡抑制器可使现在普
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炼钢
第２２卷
通使用的具有上、下挡墙的中间包中旋涡的各特 征高度减小一倍以上，这样既增大了钢水的收得 率，又提高了钢液质量。 ２．３ 去除夹杂物的工艺技术 ２．３．１ 中间包吹气
中间包“气幕”挡墙是通过垂直于沿包底流动 的液流布置的排列成列的吹氩孔口，向中间包内 吹氩，吹人的氩气泡在中间包内钢液中产生一道 “气幕”…。
气幕使中间包内死区体积分率显著减少，使 活塞流体积显著增大，如图２所示。有研究证明 将实际生产中使用气幕挡墙和原有渣堰的效果进 行对比分析得到使用气幕挡墙后可使大颗粒非金 属夹杂物的数量明显减少口，同时由于气幕挡墙 本身对钢液的污染少因此该技术在生产洁净钢时 有很大的应用潜力。
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２００６年４月 第２２卷第２期
炼钢 Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ
Ａｐｒ．２００６ Ｖ０１．２２ Ｎｏ．２
中间包夹杂物的去除与控制新技术
刘金刚“２，刘测２，王新华１
（１．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３；２．钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京１０００８１）
摘要：通过对中间包中不同去除夹杂物的手段进行综合分析，得到各环节中间包均应保护浇注和防 止卷渣卷气，中间包应具有合理的控流装置（上下挡墙、湍流抑制器、旋涡抑制器）以得到理想的流场；利 用钢包注流生成的小气泡、中间包气幕挡墙和电磁搅拌离心流动可以有效去陈中间包内钢水中夹杂物； 连续真空处理对脱气和去除夹杂物有良好效果但其可调性差，电磁过滤可作为辅助方法去除夹杂物。 关键谰：中间包；夹杂物Ｉ去除 中图分类号：ＴＦ７６９．２文献标识码：Ａ文章编号：１００２－１（）４３（２００６）０２—００３０－０４
（４）上、下挡墙距离加大与湍流抑制器组合使 万方数据
用为最佳中间包结构。 ２．２ 中间包内钢液卷渣及其控制
在开浇、换包和异钢种连浇等非稳态浇注下 的中间包来说钢液卷渣仍然是一个影响钢液质量 的严重问题，因此必须对其加以抑制一“，影响中间 包钢液卷渣及主要控制措施如表１所示。在卷渣 中对钢液质量构成直接危害的是中间包出口汇流 旋涡所造成的卷渣影响“］，钢铁研究总院通过水 模拟研究得到减小中间包水口直径、使用塞棒和 适当减小拉速等对中间包的结构参数和操作工艺 参数进行优化可以在一定程度上减轻汇流旋涡的 影响，同时研制成功了汇流旋涡抑制器，在全无控 流条件中间包中和某钢厂现行条件中间包（具有 上、下挡墙与塞棒）中其抑制汇流旋涡效果如表２ 所示（其中各高度值为原型的１／４）。其中旋涡产 生高度、开始卷渣高度和旋涡全通高度分别为在 中间包中产生旋涡、旋涡开始贯通和旋涡全部贯 通时对应的中间包临界液面深度。
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图１所得气泡大小对比
万方数据
电 隔二！：：玎 电砒搅拌 图３离心流动中间包示意图
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刘金刚，等．中间包夹杂物的去除与控制新技术
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离心流动中间包分为圆筒形旋转室和矩形室 （如图３所示），钢水由钢包长水口进入旋转室，在 旋转区内受电磁力驱动进行离心流动，然后从旋 转区底部出口进入矩形室进行浇铸。换包期间有 无离心旋转对板坯中全氧含量影响如图４所示， 可知进行电磁离心搅拌后全氧的质量分数由 （２０～４０）ｘ １０。６降到（８～１５）ｘ １０１－－…。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
同时通过研究在中间包的注流冲击区进行底 吹气也可以使吹人的大气泡冲击破碎为小气泡， 但比在上述情况下得到的气泡直径大。
（３）中间包吹氩的另一作用是防止长水口结 瘤堵塞，为此要把氩气直接吹人中间包水口，氩气 随钢液进人结晶器后上浮逸出。另外，氩气泡会 带走一些热量，因此吹氩处理后，浇注温度降低， 这样可以阻止柱状晶的发展，从而可以提高连铸 钢坯的内部及表面质量。 ２．３．２中间包气幕挡墙
过精炼后更要注意中间包内钢水的二次氧化， 这是因为，（１）钢液经过精炼后，其ＥＯ］、ＥＮ３含
上，占据了较多的活性位置。二次氧化的另一 个重要氧源是渣中的易还原氧化物ＦｅＯ和
量比和空气中的０２、Ｎ２的平衡值低得多，这个 差值越大，二次氧化反应的驱动力越大。反应速
ＭｎＯ。钢液二次氧化与卷渣形成夹杂原因与防 止措施如表１所示。
作者简介：刘金Ｎ１］（１９７６一），男（汉族），河北衡水人，北京科技大学冶金与生态工程学院钢铁冶金系，博士研究生
万方数据
第２期
刘金刚，等：中间包夹杂物的去除与控制新技术
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１．２保护浇注
率一般都较快。（２）钢中的［（）］、Ｅｓ３等都是强
二次氧化是污染钢液的重要原因。钢液经 表面活性元素，表面活性元素吸附在钢液表面
１ 中间包防止钢水二次氯化
１．１ 无氧化烘烤与电磁感应加热 为降低中间包耐火材料损耗，改进钢质量，国
外有些钢厂已采用热中间包交换技术。采用陶瓷 蓄热体换热器，向中间包喷人加热至１ ５００℃的 氮气流，即使经过很长时间，中间包温度仍保持高 温。结果表明：与使用密封气体等待较长时间的 情况相比，降低了总氧量，提高了钢水的清洁 度［２］，同时中间包加热有利于防止浸入水口堵塞。
中问包吹氩是用氩气泡清洗钢液增强搅拌。 中间包吹氩的主要方式是在中间包底部某个位置 通过多孔砖或多孔氲管吹入微小气泡。在包底吹 氩有３个作用：
（１）氩气泡的浮力产生气泡泵现象，促使局部 的湍动能耗散率显著增大，有利于夹杂物碰撞长 大而排除。
（２）Ｊ：浮的气泡可以捕获夹杂物，并携带着它 一同上浮，这样就使微细夹杂物上浮速度增大到 气泡上浮的速度。
（１）无控流条件下和单独使用湍流抑制器均 不是理想的流场，应进行流场控制。
（２）控流方式对夹杂物去除影响较大，无控流 方式及湍流抑制器去除夹杂物效果较差，上、下挡 墙对去除夹杂物效果显著，较无控流方式及仅使 用湍流抑制器改善达４６１％～４０８％。
（３）湍流抑制器与上、下挡墙组合使用时，流 场中活跃区体积分数与滞流区体积分数之比及去 除夹杂物能力和单独使用湍流抑制器相比效果均 提高２００％～３００％，与单独使用上、下挡墙效果 接近，但对浇注区流场控制较单独使用上、下挡墙 有益，是比较理想的结构。