[发明专利]气体漩流净化中间包钢液的方法及钢液净化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种中间包冶金工艺及其装置，特别是涉及一种利用惰性气体搅拌中间包钢液的净化工艺及装置，应用于纯净钢铸造技术领域。

背景技术

连铸技术因其在连续性生产方面的巨大优势在全球范围得到迅速发展，连铸机的连续生产以及连铸坯的质量问题受到越来越广泛的关注。钢液的质量尤其是钢液中非金属夹杂物的含量，因其对连续性生产以及对连铸坯质量的影响，已经成为大家所关心的重要指标。作为钢液进入结晶器进行浇铸之前的最后一个耐火材料容器，中间包的外形、结构等参数会对钢液成分、温度的混均效果以及钢液中非金属夹杂的去除效果产生较大的影响，因此中间包的冶金作用引起了人们的重视。

    在20世纪80年代初，多伦多大学教授A. McLean提出“中间包冶金学”的概念，国内外对中间包冶金的研究已经逐渐成为热门论题，研究结果指出，从冶炼设备流出钢液经钢包和中间包，如不加以保护，则连铸钢液中将有约70%的夹杂来自于中间包，包括内在夹杂和外来夹杂。这些夹杂在中间包内如不加以分离，将对铸坯质量和冶金工艺产生严重危害。为减少中间包钢液夹杂，为结晶器提供洁净的钢水，国内外一些钢厂已采取了相当多的措施，如设置堰、坝、多孔挡墙，安装石灰质过滤器，来改善中间包钢液流动状态，使钢液夹杂有充分时间上浮；从中间包底部向钢液内吹氩形成气幕以促进夹杂上浮；使用碱性包衬、高碱度中间包覆盖渣来减少污染、吸收夹杂；采用长水口、中包密封技术减少中间包钢水二次氧化；加热中间包钢液特别是采用感应加热，分离夹杂物等等，虽然都取得了一定效果，但是面对用户对钢材质量的更高要求以及钢液二次精炼成本的上升，上述技术仍然无法满足高效率净化钢液的要求。

近年来，有研究者为提高中间包钢液中夹杂物去除效率提出了离心中间包技术，该技术的基本原理是利用旋转磁场驱动中间包圆形腔中的钢液产生旋转运动，由于非金属夹杂物与钢液存在很大的密度差异，促使夹杂物往旋转中心迁移，进而碰撞长大上浮被渣层吸附而去除，该技术对大尺寸夹杂物有较好的去除效果。然而，离心中间包技术中，钢液的转动全部由电磁场提供，需要消耗很高的电能；此外，中间包圆形腔底比较容易被钢包水口冲击流所侵蚀。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种气体漩流净化中间包钢液的方法，利用吹入惰性气体低能耗驱动偏心钢包水口流入中间包的钢液旋转，不仅促使非金属夹杂物及钢液中气体的上浮排除，极大地提高了钢液的净化效果，并且降低了钢包水口对中间包底的冲击损坏程度，本发明工艺简单易行，生产设备投资费用低。

为达到上述发明创造目的，本发明构思如下：

对现有炼钢连铸用中间包做了改进，在中间包内设计一圆形漩流室，将钢包的水口偏心移置在漩流室边部，然后在漩流室内钢包水口出口处设置一有排气孔的透气砖，透气砖与外置供气系统相连，吹气口方向沿其在漩流室内所在圆的切线方向。当中间包漩流室内钢液浸没透气砖后，开启惰性气体供气系统，开始吹入惰性气体驱动钢液在漩流室内旋转，由于旋转运动产生的离心力对于密度不同的钢液和非金属夹杂产生不同的效果，密度较小的非金属夹杂物被排挤到旋转中心聚集，使旋转中心的夹杂物浓度显著增加，从而促进夹杂物碰撞聚合长大，使夹杂物更快地上浮，进入渣层而与钢液分离。与此同时，吹入钢液的大量惰性气体小气泡可以吸附较小尺寸的夹杂物，促进夹杂物的上浮和钢液中气体的排除。偏心钢包水口流入中间包钢液的冲击力也会被惰性气体气泡的浮力大大降低，可以有效的保护中间包底不被钢液侵蚀。通过漩流室充分净化后的钢液从挡墙下部与分配室相连的斜向通道进入分配室，在分配室中挡坝的阻碍作用下产生指向表面的流动，并在分配室上方形成较大的水平环流，从而延长了钢液的平均停留时间，钢液在分配室内得到进一步的净化后经中包水口进入结晶器。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种气体漩流净化中间包钢液的方法，包括如下步骤：

a. 通过向中间包圆形腔中吹入惰性气体，并使向中间包圆形腔中吹入惰性气体的吹气方向接近钢液旋流的水平切向，驱动中间包圆形腔内的钢液产生接近水平的旋转运动，利用钢液旋转运动产生的离心力，使中间包圆形腔中钢液内的夹杂物向旋转中心区域迁移聚集，进而使夹杂物相互碰撞长大并上浮到钢液表面，从而被渣层吸附去除，同时使钢液中溶解的气体从钢液内部析出并上浮排除；

b. 在中间包圆形腔中经过净化的钢液进入钢液分配室中，通过控制开启钢液分配室底部的水口使钢液分配室中的钢液注入铸造容器中进行凝固成形。