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      中間包鋼水過濾凈化技術
      作者:管理員    發布于:2016-12-10 11:10:47    文字:【】【】【

        近年來,隨著爐外精煉和連鑄技術的發展,連鑄比不斷提高,中間包己由單一的鋼水存儲器、分配器,發展為具有去除夾雜物、調整鋼水溫度,微調成分等功能的綜合精煉反應器,功能相當擴大了。中間包鋼水過濾凈化技術作為傳統精煉工藝的有力補充,受到國內外研究者的普遍關注。

        1中間包鋼水凈化技術的現狀從提高產品品質水平的觀點來看,在連續流動鋼水的容器一中間包內,積極地使鋼水中的夾雜物上浮、分離,是非常重要的課題。目前,在中間包內提高鋼水純凈度的方法,大致可分為三類:a)優化中間包鋼水流態;(2)應用陶瓷過濾器;(3)中間包吹惰性氣體。

        1.1設置中間包擋墻根據中間包的流場情況,在中間包內設置若干擋墻或壩,改變鋼水的流向和流態,延長鋼水流到水口的時間,可有效地促進夾雜物上浮分離,均勻鋼水成分和溫度。為設置墻壩后,鋼液流股狀態示意圖。

        改善墻壩的形狀和位置,可促進鋼水流態的佳化,在日本的實驗得到了降低全氧5X10的效果1,在我國迄今己投產的連鑄機中間包上,大都采用了該技術。此項技術的優點是簡單易行,對去除大型夾雜(>50m)效果明顯,但對去除中小型夾雜美國的DApelian等人在真空下進行鋼液過濾試驗,結果列于表1.由表1可知,采用深床過濾(即泡沫過濾器),效果比平板過濾(即直孔式過濾器)的更佳。

        中間包墻壩對流股狀態的影晌表1用陶瓷過濾器過濾鋼液的實驗結果爐號類型氧化鋁過濾器鋼水在孔內流速/(cra/s)使用情況總含氧量x1-6過濾效率/平板平扳平板深床d:過濾器孔徑,F過濾,NF不過濾,L:過濾厚度,n=(過濾前總-過濾后。y過濾前總1.2陶瓷過濾器的應用陶瓷過濾器在冶金工業上己普遍使用,而在鋼鐵冶煉上的應用,還處在探索、研究階段。陶瓷過濾器的結構,主要有3種型式,即泡沫式、環狀疊加式和直孔式。陶瓷過濾器通過以下幾種機理去除夾雜2:機械攔截(阻):大于過濾器孔徑的夾雜物被機械攔截而不能通過;停留:合金熔體被過濾器分割成許多細小的束流,進入層流邊界層的夾雜物,移動速度極慢,由于速度差異(非  目前,美國研制陶瓷過濾器的技術處于先進地位,幾種陶瓷過濾器的材質及性能指標見表2.表2陶瓷過濾器的材質和性能過濾前過濾后日本鋼鐵研究實驗室與Kobe(神戶)鋼廠131合作,在連鑄中間包上,采用環狀疊加式過濾器,對鋁鎮靜鋼進行過濾,結果見過濾器壽命為2h(澆注鋼水近180t)由可知,陶瓷過濾器不僅可減少鋼中大、中型夾雜物,而且也能去除一定數量的微型夾雜物。

        不銹鋼,可經受2.5~ 3h的鋼水沖刷與浸蝕,連鑄鋼水可達200t,脫氧效率40~80從80年代后期開始,我國也有部分高等院校和研究院所致力于陶瓷過濾器的研究開發,哈爾濱工業大學鑄造教研室用Al2O3材質,Na3PO4為粘結劑,研制了泡沫陶瓷過濾器;西北工業大學和南方動力機械公司用莫來石為材質聯合研制了泡沫陶瓷過濾器;鋼鐵研究總院研制出以氧化鈣為主要材質的直孔陶瓷過濾器,在廣西柳州鋼廠100t連鑄中間包進行了過濾試驗,取得了初步成功;北京科技大學材料系粉末教研室,研制了氧化鋯泡沫陶瓷過濾器,在馬鋼鋼研所中間工廠進行了試驗。

        盡管目前過濾器種類不少,但絕大部分是用于有色或高溫合金的,而在鋼水連鑄生產中取得成功的較少,其主要原因是:(1)鋼水溫度較高,澆注時間較長,對過濾器的沖刷和浸蝕較嚴重;(2)過濾器的比表面積有限,難以滿足鋼水連續過濾的要求;(3)陶瓷過濾器制造工藝較復雜,生產成本較高。

        除了使用過濾器和優化鋼液流態以外,在中間包內鼓入氣體也是一個提高鋼水純凈度的有效方班10名夾雜物尺寸/tun圍2過濾前后鋼液夾雜物含量的變化(神戶N04CC中間包)1990年新日鐵研制了一種旋轉噴嘴,借助耐火材料制的旋轉葉輪,使吹入中間包的氣泡分裂成微細氣泡,分散在鋼水中,促進捕捉夾雜物上浮。這種方式與傳統的中間包設置擋墻法相比,低碳鋁鎮靜鋼液中,小于50m的夾雜物明顯減少。為使用的旋轉噴嘴示意圖,為旋轉噴嘴去除夾雜物的效果。

        旋轉噴嘴法雖然具有相當好的促進夾雜物分離的效果,但是在處理高溫鋼水的過程中,旋轉機構的穩定性和持久作業性還存在一些問題,尚未達到廣泛應用的程度。

        1991年日鍬取、英宏等人開發了另一種吹氣技術通過噴嘴向中間包內的鋼水吹入340上的惰性氣體,并使惰性氣體與設置在離噴嘴頂端一定距離的固體壁沖撞、濺散,這種沖撞、濺散的微細氣泡就會積極地捕捉鋼水中的夾雜物,為了既能保持噴嘴壽命,又能保持氣泡的彌散度,規定氣體的吹入速度v在340Nm/以上,噴嘴頂端和固體壁的間隔L和氣體吹入噴嘴直徑d之比(L/d)必須小于8.根據報道,該技術分散、捕捉鋼水中夾雜的效果好,能夠生產純凈度極高的鋼。

        法國C.R.M公司14和奧鋼聯開發了一種長條狀透氣磚,安裝在中間包底部適當位置,通過釋放大量微型的氬氣泡,形成一堵“氣墻”來過濾鋼水。據奧鋼聯在1993年北京國際連鑄展覽會上介紹,在新馬克斯鋼廠,這種技術應用于板坯連鑄中間包,生產船板鋼和深沖鋼,小于50ym的夾雜去除率大于40,而透氣單元的壽命可達到9h以上,與中間包壽命同步。

        法國C.R.M公司,在方坯連鑄機中間包上進行了試驗,氬氣流量3Nm3/h,生產高碳管用鋼480t,澆注時間為10h,試驗結果見、由、看出,中間包鋼水采用“氣墻”過濾器后,氫含量和夾雜物含量均明顯降低。

        采用在中間包底部設置透氣磚的方法時,為了得到微細氣泡,必須限制氣體吹入流量。若氣體流量過大,則氣泡直徑變大,招致近鄰氣泡合并成一體不僅捕捉夾雜物的效果降低,而且極易導致鋼水面的沸騰而使上浮夾雜物及保護渣的再卷入,使鋼水純凈度劣化。另外,為了均勻地大鋼水中微細氣泡的分布密度,必須考慮透氣磚的合適透氣率和分布面積。

        2中間包鋼水過濾技術的展望中間包鋼水過濾凈化技術提供了一個去除夾雜物、生產清潔鋼的新途徑。陶瓷過濾器己應用于少數特殊鋼的生產,對于普通鋼,還必須解決因過濾器比表面積有限、孔眼易堵塞、不能長時間穩定操作等問題15.而中間包底部埋設透氣磚,通過“氣墻”過濾鋼水,是一種較經濟、靈活的鋼水純化方法,它能用在中間包各個不同的部位,在板坯和方坯連鑄上,己獲得良好的效果,是很有吸引力的,當然,隨著頂渣優化,中間包的覆蓋密封及氣泡的形成控制,效果將會更好。另外,通過吹氬鼓泡和擋墻的組合,將會更進一步地純化鋼水。

        中間包鋼水過濾凈化技術,是隨著連鑄、爐外精煉技術的發展而新興起來的一門綜合性技術,曰、美、法、德等國起步較早,己初具規模。我國與世界先進水平的差距較大,少數企業剛開始嘗試,尚未形成理論,但我國完全具備中間包冶金技術發展的條件和基礎。

        80年代以來,馬鋼連鑄比迅速提高,但產品的實物質量與國際先進水平相比,相差甚遠,因此為提高鋼水的純凈度,保證鑄坯質量,有必要在中間包內進一步做工作,研究開發具有馬鋼特色的鋼水過濾凈化技術作出積極努力。

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