冶金行业连铸连轧-中间包冶金讲义课件(PPT 38页)_10308

对中间包的要求
满足纯净钢生产的要求：中间包是钢液凝固之前所经过的最后一 个耐火材料容器，对钢的质量有着重要的影响。应该尽可能排除 掉钢水中非金属夹杂物；防止钢液吸收空气以及耐火材料中的氧， 避免二次氧化，以满足纯净钢的品质要求。
满足连续生产的要求：转炉溅渣护炉技术的推广应用后，转炉寿 命大幅度增加，中间包寿命成为连续生产的关键环节。要求提高 中间包耐火材料寿命，以及在线快速更换易损毁元件等。
1.3 中间包种类
中间包的形状类型很多，包括矩形、三角形、椭圆形、 v形、Y形、H形等，可根据车间情况及铸机尺寸等选 用，以矩形中间包应用较多。
如果按其结构分类，大体上可分为板坯连铸用中间包 和小方坯连铸用中间包。板坯连铸用中间包用于大型 板坯连铸，板带类产品对清洁度要求最为严格，所以 国内外关于矩形板坯连铸中间包的研究最多。
1.4中间包冶金的研究内容
炉外精炼使钢液纯净度提高，钢液和环境(大气、耐 火材料等)间杂质浓度差别(或化学位差别)增大，重新 污染的可能性和速率都将增大。
炉外精炼后，钢液温度是均匀的，而当钢液流过中间 包时其温度又会再次改变为不稳定状态。
所以，钢液通过中间包的过程中，发生某些物理和化 学的变化是不可避免的。
1.1 中间包的作用
(1)分流作用。对于多流浇铸，由多水口中间包进行分流。 (2)连浇作用。在多炉连浇时，中间包存储的钢液在换钢
包时起到衔接的作用。 (3)减压作用。盛钢捅内液面高度有5—6m，冲击力很大。
在浇铸过程中变化幅度也很大。中间包液面高度比钢包低， 变化幅度也小得多，因此可用来稳定钢液浇铸过程，减小 钢流对结晶器凝固坯壳的冲刷。 (4)保护作用。通过中间包液面的覆盖剂，长水口以及其 他保护装置，减少中间也中的钢液受外界的污染。
物理模拟： 主要是用水模型的方法来研究中间包流场特征， 如速度场，控制元件对流动特征的影响，夹杂物去除的影响 等。
数学模拟： 用计算流体力学方法求解中间包流场。
2 中间包物理模拟
中间包内基本的物理现象是钢液的流动，各种冶金过程都是在流动的 钢液中进行的，所以研究中间包内的流动现象是中间包冶金的基础。
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1. 前言 1.1 中间包的作用
中间包是炼钢生产流程的中间环节，而且是由 间歇操作转向连续操作的衔接点。中间包作为 冶金反应器是提高钢产量和质量的重要一环。 无论对于连铸操作的顺利进行，还是对于保证 钢液品质符合需要，中间包的作用是不可忽视 的。
常用的中间包物理模拟方法：
同时考虑Fr数和Re数相等； 只考虑Fr数相等，Re数处于同一自模化区（即Re都处于大
于第二临界值时，湍流程度和流速不受Re的影响）； 同时考虑Fr数和We数相等：考虑中间包覆盖剂的卷入间题
时，需要考虑液体表面张力的作用。要求模型为原型的0.6 倍。
非等温流动的模拟。
“中间包冶金”的概念是在20世纪80年代初期提出的，研究成果已 为工程时间所应用和检验。研究内容主要为：
(1)清除钢液再次污染的来源，即防止二次氧化、减轻耐火材料侵 蚀、减少钢包渣的卷入以及渣中不稳定氧化物的危害。
(2)改善钢液流动条件，最大可能去除钢中非金属夹杂物；亦即防 止短路流，减小死区，改进流线方向，增加钢液的停留时间。
(3)选择合适的包衬耐火材料和覆盖剂，既减轻热损失又有利于吸 收分离和上浮的夹杂物。
(4) 控制好钢液温度，必要时增加加热措施，使钢液过热度保持稳 定。
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1.5 中间包冶金的研究方法
作为一种连续操作的反应器，它与转炉、电炉及钢包 等间歇操作反应器的概念是不同的。反应工程学的原 理得到更多更深入的运用。主要研究方法有：
研究证明，用水模型来研究钢包、中间包、结晶器等内部的钢液流动 不仅是可行的，而且能够正确反映实际钢液流动的数值和规律。
直接测量高温下的钢液的流速，不仅在测量技术方面有难度，而且研 究费用也很高。在开发新工艺以及改进现有工艺时，模型研究是一种 成本低、见效快的可靠工具。
物理模拟的目的
第一个目的是寻求有利的操作参数：例如利于钢液 中夹杂物的上浮，设置控流元件，元件位置、尺寸 等参数可以通过流场测量、刺激响应技术、夹杂物 模拟等实验确定。
第二个目的是找出过程的某些主要参数的函数关系， 而这些关系也可应用于实际冶金过程。
2.1物理模拟方法
中间包中钢液的流动，是钢液在重力作用下从盛钢捅水口 流人中间包，然后从中间包水口流出，在这种情况下．一 般可视为粘性不可压缩稳态流动，忽略化学反应的影响。
系统只要满足几何相似，运动相似和动力学相似即可，而 运动是动力所驱动的，所以中间包钢液流动的物理模拟， 需要满足模型和原型几何相似和动力学相似。
影响流动状态的作用力主要有惯性力、重力、粘性力和表 面张力。
在中间包冶金过程的物理模拟中，常用水来模拟钢液， 考虑等温流动时，水模型中的流动和中间包中钢液流动相 似的条件为Re数和Fr数保持不变，即：
Fr数相等时有： Re数相等时有：
当模型与原型为1：1时，可以同时保证Fr数和Re数相等，二者相 似最为理想。但选用1：1模型成本较高，而且试验场地受到限制。
2.2 停留时间分布的测定
中间包是连续反应器。钢包注流的冲击，水口处对钢液的抽吸以 及中间包内部结构和形状，使中间包内钢液流动状态很复杂。
进入中间包中各流体分子或流体微团从流入到流出这段过程中， 实际经历的路径长短小一，它们的流速分布也不同，从而在中间 包内的停留时间也就各不相同。
流体分子(或微闭)在中间包内停留时间的长短及分布，对中间包的 各种冶金功能有非常重要的影响，因此测定中间包内流体的停留 时间分布，并用来分析中间包内钢液的流动状态及对其冶金功能 的影响。
1.2 中间包结构
中间包一般由包体、包盖、水口和控流装置组成。 中间包容量一般取钢包容量的20％~40％，小容量钢
包取大值，大容量钢包小值。 为了保证多炉连浇时的铸坯质量，其储存的钢液，应
大于换包所需的时间。钢液在中间包内的停留时间和 中间包容量及铸速有关，为使钢液在中间包内有必要 的停留时间，应根据铸速来核算中间包的容量。停留 时间缩短，对排除非金属夹杂物不利。