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中间包钢水过滤净化技术

时间:2019-03-04 13:08   作者: 点击:

  近年来,随着炉外精炼和连铸技术的发展,连铸比不断提高,中间包己由单一的钢水存储器、分配器,发展为具有去除夹杂物、调整钢水温度,微调成分等功能的综合精炼反应器,功能相当扩大了。中间包钢水过滤净化技术作为传统精炼工艺的有力补充,受到国内外研究者的普遍关注。

  1中间包钢水净化技术的现状从提高产品品质水平的观点来看,在连续流动钢水的容器一中间包内,积极地使钢水中的夹杂物上浮、分离,是非常重要的课题。目前,在中间包内提高钢水纯净度的方法,大致可分为三类:a)优化中间包钢水流态;(2)应用陶瓷过滤器;(3)中间包吹惰性气体。

  1.1设置中间包挡墙根据中间包的流场情况,在中间包内设置若干挡墙或坝,改变钢水的流向和流态,延长钢水流到水口的时间,可有效地促进夹杂物上浮分离,均匀钢水成分和温度。为设置墙坝后,钢液流股状态示意图。

  改善墙坝的形状和位置,可促进钢水流态的最佳化,在日本的实验得到了降低全氧5X10的效果1,在我国迄今己投产的连铸机中间包上,大都采用了该技术。此项技术的优点是简单易行,对去除大型夹杂(>50m)效果明显,但对去除中小型夹杂美国的DApelian等人在真空下进行钢液过滤试验,结果列于表1.由表1可知,采用深床过滤(即泡沫过滤器),效果比平板过滤(即直孔式过滤器)的更佳。

  中间包墙坝对流股状态的影晌表1用陶瓷过滤器过滤钢液的实验结果炉号类型氧化铝过滤器钢水在孔内流速/(cra/s)使用情况总含氧量x1-6过滤效率/%平板平扳平板深床d:过滤器孔径,F过滤,NF不过滤,L:过滤厚度,n=(过滤前总-过滤后。y过滤前总1.2陶瓷过滤器的应用陶瓷过滤器在冶金工业上己普遍使用,而在钢铁冶炼上的应用,还处在探索、研究阶段。陶瓷过滤器的结构,主要有3种型式,即泡沫式、环状叠加式和直孔式。陶瓷过滤器通过以下几种机理去除夹杂2:机械拦截(阻):大于过滤器孔径的夹杂物被机械拦截而不能通过;停留:合金熔体被过滤器分割成许多细小的束流,进入层流边界层的夹杂物,移动速度极慢,由于速度差异(非  目前,美国研制陶瓷过滤器的技术处于领先地位,几种陶瓷过滤器的材质及性能指标见表2.表2陶瓷过滤器的材质和性能过滤前过滤后日本钢铁研究实验室与Kobe(神户)钢厂131合作,在连铸中间包上,采用环状叠加式过滤器,对铝镇静钢进行过滤,结果见过滤器寿命为2h(浇注钢水近180t)由可知,陶瓷过滤器不仅可减少钢中大、中型夹杂物,而且也能去除一定数量的微型夹杂物。

  不锈钢,可经受2.5~ 3h的钢水冲刷与浸蚀,连铸钢水可达200t,脱氧效率40%~80%从80年代后期开始,我国也有部分高等院校和研究院所致力于陶瓷过滤器的研究开发,哈尔滨工业大学铸造教研室用Al2O3材质,Na3PO4为粘结剂,研制了泡沫陶瓷过滤器;西北工业大学和南方动力机械公司用莫来石为材质联合研制了泡沫陶瓷过滤器;钢铁研究总院研制出以氧化钙为主要材质的直孔陶瓷过滤器,在广西柳州钢厂100t连铸中间包进行了过滤试验,取得了初步成功;北京科技大学材料系粉末教研室,研制了氧化锆泡沫陶瓷过滤器,在马钢钢研所中间工厂进行了试验。

  尽管目前过滤器种类不少,但绝大部分是用于有色或高温合金的,而在钢水连铸生产中取得成功的较少,其主要原因是:(1)钢水温度较高,浇注时间较长,对过滤器的冲刷和浸蚀较严重;(2)过滤器的比表面积有限,难以满足钢水连续过滤的要求;(3)陶瓷过滤器制造工艺较复杂,生产成本较高。

  除了使用过滤器和优化钢液流态以外,在中间包内鼓入气体也是一个提高钢水纯净度的有效方班10名夹杂物尺寸/tun围2过滤前后钢液夹杂物含量的变化(神户N04CC中间包)1990年新日铁研制了一种旋转喷嘴,借助耐火材料制的旋转叶轮,使吹入中间包的气泡分裂成微细气泡,分散在钢水中,促进捕捉夹杂物上浮。这种方式与传统的中间包设置挡墙法相比,低碳铝镇静钢液中,小于50m的夹杂物明显减少。为使用的旋转喷嘴示意图,为旋转喷嘴去除夹杂物的效果。

  旋转喷嘴法虽然具有相当好的促进夹杂物分离的效果,但是在处理高温钢水的过程中,旋转机构的稳定性和持久作业性还存在一些问题,尚未达到广泛应用的程度。

  1991年日锹取、英宏等人开发了另一种吹气技术通过喷嘴向中间包内的钢水吹入340上的惰性气体,并使惰性气体与设置在离喷嘴顶端一定距离的固体壁冲撞、溅散,这种冲撞、溅散的微细气泡就会积极地捕捉钢水中的夹杂物,为了既能保持喷嘴寿命,又能保持气泡的弥散度,规定气体的吹入速度v在340Nm/以上,喷嘴顶端和固体壁的间隔L和气体吹入喷嘴直径d之比(L/d)必须小于8.根据报道,该技术分散、捕捉钢水中夹杂的效果好,能够生产纯净度极高的钢。

  法国C.R.M公司14和奥钢联开发了一种长条状透气砖,安装在中间包底部适当位置,通过释放大量微型的氩气泡,形成一堵“气墙”来过滤钢水。据奥钢联在1993年北京国际连铸展览会上介绍,在新马克斯钢厂,这种技术应用于板坯连铸中间包,生产船板钢和深冲钢,小于50ym的夹杂去除率大于40%,而透气单元的寿命可达到9h以上,与中间包寿命同步。

  法国C.R.M公司,在方坯连铸机中间包上进行了试验,氩气流量3Nm3/h,生产高碳管用钢480t,浇注时间为10h,试验结果见、由、看出,中间包钢水采用“气墙”过滤器后,氢含量和夹杂物含量均明显降低。

  采用在中间包底部设置透气砖的方法时,为了得到微细气泡,必须限制气体吹入流量。若气体流量过大,则气泡直径变大,招致近邻气泡合并成一体不仅捕捉夹杂物的效果降低,而且极易导致钢水面的沸腾而使上浮夹杂物及保护渣的再卷入,使钢水纯净度劣化。另外,为了均匀地大钢水中微细气泡的分布密度,必须考虑透气砖的合适透气率和分布面积。

  2中间包钢水过滤技术的展望中间包钢水过滤净化技术提供了一个去除夹杂物、生产清洁钢的新途径。陶瓷过滤器己应用于少数特殊钢的生产,对于普通钢,还必须解决因过滤器比表面积有限、孔眼易堵塞、不能长时间稳定操作等问题15.而中间包底部埋设透气砖,通过“气墙”过滤钢水,是一种较经济、灵活的钢水纯化方法,它能用在中间包各个不同的部位,在板坯和方坯连铸上,己获得良好的效果,是很有吸引力的,当然,随着顶渣优化,中间包的覆盖密封及气泡的形成控制,效果将会更好。另外,通过吹氩鼓泡和挡墙的组合,将会更进一步地纯化钢水。

  中间包钢水过滤净化技术,是随着连铸、炉外精炼技术的发展而新兴起来的一门综合性技术,曰、美、法、德等国起步较早,己初具规模。我国与世界先进水平的差距较大,少数企业刚开始尝试,尚未形成理论,但我国完全具备中间包冶金技术发展的条件和基础。

  80年代以来,马钢连铸比迅速提高,但产品的实物质量与国际先进水平相比,相差甚远,因此为提高钢水的纯净度,保证铸坯质量,有必要在中间包内进一步做工作,研究开发具有马钢特色的钢水过滤净化技术作出积极努力。

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