【摘要】 在中间包内设置直通孔过滤器,通过改变中间包内钢水的流场、流速有效地去除非金属夹杂。经过试验证明直通孔过滤器的使用既简化了操作,又能减少进入钢中的夹杂物,因此成功地应用于本钢板坯连铸生产。
【关键词】 连铸板坯 中间包 直通孔过滤器 钢中夹杂物
1 前 言
随着连铸坯质量的不断提高,中间包冶金技术越来越受到重视。如何在现有的包型条件下,使中间包内的流场分布合理,有效地使中间包内钢水中的夹杂物上浮去除,使最终产品质量在不增加额外成本的情况下得到进一步提高,一直是连铸工作者关心的问题[1]。
通过对中间包流场的各种分析,认为提高钢水在中间包内的平均停留时间及减少钢水在中间包底的径流可大大增加钢水内夹杂物的上浮机率已成为连铸工作者的共识。据此,在中间包内设置了多种多样的挡墙及挡坝。
本钢连铸机是1998年从奥钢联引进的双机双流大板坯连铸机,浇铸断面为210/230/250mm×800~1600mm,采用矩形中间包,公称容量45t,中间包钢液面高度1100mm,流间距为6000mm。自投产以来,本钢连铸中间包一直采用单墙加单坝的形式,该设置存在以下缺点。
(1)这种形式虽可以改变中间包内的流场,但中间包内的平均钢流速度仍较快,无法较好地增加钢水在中间包内的停留时间。
(2)由于钢水在挡墙及挡坝表面流速较快。容易造成挡墙及挡坝的耐材熔损,尤其是挡墙的熔损严重。其熔损后不但无法起到原有作用,并且熔损耐材进入钢中,会增加钢水内的夹杂物含量。
一个解决的方法是采用中间包直通孔过滤器[2],利用直通孔过滤器代替挡墙及挡坝,既可简化安装操作,又能更好地改变中间包内钢水流动的途径,更有利于去除钢水内夹杂物。本钢的试验实践证明了这一点,目前直流孔过滤器已在本钢正常的连铸生产中应用。
2 直通孔过滤器的工作原理及要求
2.1 工作原理
直通孔过滤器是在将中间包内钢水上下游完全隔开的整体挡墙上设置若干不同尺寸和倾角的孔洞,使钢液根据需要的方向流过孔洞。直通孔过滤器上的孔洞大小和倾角应用数学物理模拟方法设计,钢液通过孔洞后的流速和方向由孔的大小和方向决定,可以达到需要的值[1]。
由于直通孔过滤器具有的“导流”作用,在直通孔过滤器的上游区域,钢水流动的湍动能增加,促使夹杂物碰撞长大、上浮。经过直通孔过滤器孔洞后,钢液趋于平稳,减少了液面波动,有利于夹杂物的上浮排除[2]。
2.2 对直通孔过滤器的要求
由于目前本钢连铸生产规模大,浇铸时间长,因此直通孔过滤器必须满足下列工艺要求。
(1)耐高温,能承受钢水的热机械冲击应力和热应力。
(2)浇铸过程中,能抵抗钢水侵蚀。
(3)既要有效地去除夹杂物,又要对钢水的阻力不大,以保证较高的生产率。
(4)保持温度的稳定性,避免钢液通过孔洞后温度过度下降。
(5)兼具挡渣堰的作用,并且能保证浇次结束后,中间包内残钢量较小。
(6)安装使用方便,成本较低。
直通孔过滤器为镁质,氧化镁具有良好的高温强度和抗侵蚀能力,同时不污染钢水。直通孔过滤器的理化指标见表1。
3 直通孔过滤器的设计
直通孔过滤器的设计主要考虑以下方面的问题。
(1)直通孔过滤器通过改变中间包流场,阻碍大颗粒夹杂物由钢包冲击区向流区移动。
(2)直通孔过滤器要使从长水口流出的钢水形成的激烈紊流区限制在隔墙的上游。这可增加钢中夹杂物相互碰撞和增大机会,加快上浮速度。
(3)直通孔过滤器设计时,应考虑挡渣和降低中间包残钢的作用,考虑最低一排孔洞距底部130mm。这样,原使用的挡墙和挡坝可同时取消。另外, 130mm距离的作用消除了钢水在中间包内的底部流股,使下游钢流更稳定。
(4)钢水经直通孔过滤器孔洞流向塞棒区时,需考虑孔洞的倾角向上,这样流过孔洞的钢水有向上的趋势。并且由于底部钢水不能直接向塞棒区流动,使水口区域的钢流平稳。减少了流区上部钢液中的夹杂物被卷入结晶器的机率。
(5)直通孔过滤器应具有一定的厚度,能承受钢水的冲击。根据本钢的实际条件及生产经验,最终确定直通孔过滤器的厚度为85mm。综合以上观点,本钢直通孔过滤器的设计尺寸见图1。
4 应用效果
4.1 直通孔过滤器的本体使用情况在本钢现有的中间包上进行了十个浇次的试验使用,使用过程中中间包按正常计划进行浇钢,最高连铸炉数为14炉,每流过钢量约000t。使用后,对残样进行留样观察。结果显示,该直通孔过滤器在使用后保持完整,无一块出现碎裂或严重侵蚀现象,使用效果超过原挡渣堰。使用后直通孔孔径无扩张,孔形保持完好。完全满足使用要求。
4.2 对铸坯内夹杂物的改善效果
为分析中间包直通孔过滤器对钢水夹杂物的影响,试验采用对比方法,即在同一浇次的中间包内1流侧使用直通孔过滤器, 2流侧使用原挡渣堰。在同一炉的两流同时取硫印样,在硫印坯的内、外弧的四分之一处取电镜样进行对比分析。试验共取两个浇次的对比样进行分析。具体的分析结果见表2。
从表2的检测结果可以看出,使用直通孔过滤器可以有效的减少铸坯内的夹杂物,尤其是30μm以上的夹杂物,去除率在70%以上,对10~30μm的夹杂物也有较大的去除效果,去除率在50%左右。
4.3 耐材成本的影响
由于原挡渣堰的挡墙及挡坝之间有重合,因此使用直通孔过滤器可减少耐材重量。试验使用的直通孔过滤器的实际重量为297kg,原挡渣堰一套的单重为340kg。两种材料的单价相同,因此通过计算可得出使用直通孔过滤器可使成本在原有基础上下降12.6%。
4.4 对工艺操作的影响
(1)中间包准备工作
直通孔过滤器在中间包内的安装与目前挡渣堰的安装位置一致。由于其具有坝的作用,正在使用的坝可以取消。安装工作量比单墙加单坝形式减少近二分之一。
(2)对过程温度的影响
在试验过程中不定时地对两个流区同时进行测温,随机取其中两炉的温度对比结果列于图2。
从图2的温度对比数据可看出,使用直通孔过滤器后,中间包两流侧的温度差在1℃之内。基本对中间包温度没有影响。
(3)中包烘烤及浇钢操作
按中间包的正常工序进行养生及烘烤,开浇操作时间及终浇残钢量控制情况见表3。
从表3中数据可看出,安装直通孔过滤器后,对开浇时间、挡渣效果及中间包残钢量等工艺参数没有影响。
5 结 论
(1)直通孔过滤器可稳定地在本钢正常连铸生产中应用。
(2)采用直通孔过滤器后成品坯夹杂物含量降低50%以上。
(3)采用直通孔过滤器对中包温度及中包过程温降没有影响。
(4)采用直通孔过滤器对原浇钢工艺没有影响,且可使安装工作量减少。
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