一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置及方法与流程

本发明涉及连续铸造技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置及方法。

背景技术：

在连铸工艺中，中间包是钢铁生产过程中的最后一个反应器，是连接转运钢包和连铸结晶器的一个中间设备，随着连铸技术的发展，中间包在钢水精炼中的地位与作用日益得到重视。中间包除了实施钢水分配、稳定注流和保护浇注的基本功能以外，还可以作为钢水的精炼容器。通过中间包冶金，可以防止钢水二次氧化和吸气、改善钢水流动状态、防止卷渣和促进夹杂物上浮、微调钢水成分、控制夹杂物形态和精确控制钢水过热度。

根据不同钢种和质量要求在原有钢液成分中添加必要的合金元素，微量合金元素如铌、钒、钛、硼以及稀土元素的加入不仅可以促进有益微量元素的强韧化作用，在充分发挥其自身强韧化作用的同时，还能去除有害杂质元素的不利作用；夹杂物改性处理使高熔点夹杂物转变成低熔点液态夹杂物的同时改变夹杂物的形状，促进夹杂物的上浮去除，有效提高钢液的洁净度。

在钢液中添加铌合金后会产生细晶组织，使钢材的强度提高，韧性也有改善；德国研究者发现在0.18％C、1.5％Mn的钢种添加0.1％V可使钢材的屈服强度超过390MPa，钢材屈服强度的提高应归功于VC、VN对晶粒的细化作用；钢液中的钛元素通过沉淀强化来提高钢材的强度。

在钢液中添加特定的合金元素能够改善夹杂物的形状和分布，可以有效的减轻其不利作用，如稀土元素的加入能够使多角形氧化物和条形硫化物变成球状稀土硫氧化物，提高钢的韧性。

在现阶段通过喂丝技术来完成中间包内钢液成分的微调和夹杂物改性处理，通过向中间包内喂入Ca-Si或Ca-Si-Ba包芯线来改善中间包水口堵塞的问题，铁合金粉末中添加适量的Si可以显著提高合金的熔化速度，因此，加入Si对于中间包准确并高效的微调钢水成分是十分有利的。中间包喂Ca丝使Ca与Al2O3夹杂物反应生成12CaO·7Al2O3，从而降低夹杂物的熔点和密度，有利于夹杂物的上浮分离；当中间包中钢水的温度开始下降时，喂入的Ca丝有助于保持钢水的流动性,从而避免了高熔点夹杂物阻塞水口的现象。

中间包还可以喂合金线，种类有钛线，硼线、钛硼合金线、硅线、硫线等。喂合金线技术通过连续加入合金线以达到调整钢液成分的目的，成分控制准确，还可以对要求达到某一特定化学成分的少量钢水进行成分微调。

钙具有高活性、低熔沸点、高蒸气压等特点，且钙在钢液中的溶解度较低，在通过喂丝的方式加入合金元素时往往会造成合金元素收得率和利用率不高等问题，由于中间包容积较大且动力学条件差而使合金元素在中间包钢液内分布集中，造成钢液成分的不均匀性。

基于现有的中间包冶金的技术，有必要提出一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的方法，以达到便于中间包钢液成分微调和夹杂物改性处理的效果，提高合金元素收得率和利用率。

技术实现要素：

根据上述提出中间包钢液调控过程中存在的洁净度差、钢韧性不佳、钢液成分不均匀等的技术问题，而提供一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置及方法。本发明的设备主要由中间包矩形室和中间包旋流室组成，利用中间包旋流室侧壁上均匀布置的吹气孔吹气，将气体作为载体携带合金粉末进入中间包旋流室，完成中间包钢液成分微调和夹杂物改性处理，从而达到提高合金元素收得率和利用率的效果。

本发明采用的技术手段如下：

一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置，主要由中间包矩形室和中间包旋流室组成，其特征在于，所述中间包旋流室，位于中间包一侧，具有独立的反应腔室且与所述中间包矩形室固定构成所述装置的主体结构，其中，所述中间包旋流室上部侧壁处设有钢液出口，在距所述中间包旋流室底部一定高度处的侧壁上沿圆周方向布置若干吹气孔。

进一步地，所述中间包矩形室具有独立的上部敞开式矩形腔室结构，内部设有至少一组控流隔板，底部设有用于钢液流出的中间包出口。

进一步地，所述吹气孔具有一定倾斜角度，所述角度是指吹气孔的中心线与所述中间包矩形室长度方向的夹角，所述吹气孔在所述中间包旋流室侧壁上沿圆周方向均匀布置，布置位置在所述中间包旋流室底部上方100～200mm处。

进一步地，所述中间包旋流室上部侧壁处的钢液出口的尺寸在满足正常出钢要求的前提下，确保钢液流出时不发生偏流。

进一步地，所述中间包旋流室的腔室容积占所述中间包矩形室的腔室容积的1/3～1/2。

本发明还公开了一种采用上述装置用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的方法，其特征在于，通过吹气孔吹入氩气或者氦气作为载气，将合金粉末吹入所述中间包旋流室内，所述中间包旋流室作为独立于中间包矩形室的反应器，在其内部初步完成中间包内钢液成分微调和夹杂物改性处理，随后钢液流进所述中间包矩形室。

进一步地，所述合金粉末的种类以及加入量应根据实际生产的钢种和质量要求进行合理调整，其中，合金粉末的粒径均小于50μm且处于流化状态，进入所述中间包旋流室之后迅速与钢液混合，随后由所述中间包旋流室侧壁上的钢液出口流进所述中间包矩形室。

进一步地，所述中间包旋流室侧壁上沿圆周方向均匀布置的若干倾斜吹气孔，其在所述中间包旋流室侧壁上的布置位置、沿圆周方向的分布数量、吹气孔的孔径、吹气时氩气的压力以及吹气孔的中心线与所述中间包矩形室长度方向的夹角视实际生产情况而定。

进一步地，所述中间包旋流室侧壁上沿圆周均匀布置的若干倾斜吹气孔中吹入的氩气或者氦气的压力在0.3～0.5MPa之间。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明所述的中间包矩形室和中间包旋流室独立分开，中间包旋流室作为独立的反应器，在内部初步完成钢液成分微调和夹杂物改性处理后流进中间包矩形室。

(2)与传统的中间包喂丝和喷吹合金粉末相比，中间包容积较大，但喂丝和喷吹合金粉末的位置较集中，合金元素在中间包钢液内分布不均匀；而本发明中所述的中间包旋流室作为独立反应器，通过氩气或者氦气携带进入中间包旋流室内的合金粉末首先在小容积的独立中间包旋流室内与钢液充分混合，随后进入中间包矩形室，钢液中合金元素分布均匀。所述中间包旋流室作为合金粉末与钢液相互作用的小型反应器，其高度和直径应满足生产需要。

(3)通过中间包旋流室侧壁上沿圆周均匀布置的倾斜吹气孔吹入氩气或者氦气，在气体的驱动作用下使钢液旋转流动，延长钢液在中间包旋流室内的运动路径，促进吹入的合金粉末与钢液充分混合，钢液中合金元素分布均匀。

(4)通过中间包旋流室侧壁上沿圆周均匀布置的倾斜吹气孔吹入氩气或者氦气，吹入位置保证了合金元素的加入深度，延长合金元素在钢液中的停留时间，减少气化，提高合金元素的利用率和收得率。

基于上述理由本发明可在连续铸造等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置的结构示意图一。

图2为本发明提供的一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置的结构示意图二。

图3为本发明提供的一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置的俯视图。

图4为本发明提供的一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置的侧视剖面图。

图中：1、中间包矩形室；2、中间包旋流室；3、钢液出口；4、吹气孔；5、钢包长水口；6、中间包出口。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-2所示，本发明提供了一种用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的装置，主要由中间包矩形室1和中间包旋流室2组成，所述中间包旋流室2，位于中间包一侧，中间包旋流室2的高度和直径应在合理的范围内，具有独立的反应腔室且与所述中间包矩形室1固定构成所述装置的主体结构，其中，所述中间包旋流室2上部侧壁处设有钢液出口3，在距所述中间包旋流室2底部一定高度处的侧壁上沿圆周方向布置若干吹气孔4。

所述吹气孔4具有一定倾斜角度，所述角度是指吹气孔4的中心线与所述中间包矩形室1长度方向的夹角，所述吹气孔4在所述中间包旋流室侧壁上沿圆周方向均匀布置，布置位置在所述中间包旋流室2底部上方100～200mm处。

具体地，所述的中间包旋流室2作为合金粉末与钢液相互作用的小型反应器，其高度和直径应满足生产需要。

所述中间包矩形室1具有独立的上部敞开式矩形腔室结构，内部设有至少一组控流隔板，底部设有用于钢液流出的中间包出口6。

所述中间包旋流室2上部侧壁处的钢液出口3的尺寸在满足正常出钢要求的前提下，确保钢液流出时不发生偏流。

所述中间包旋流室2的腔室容积占所述中间包矩形室1的腔室容积的1/3～1/2。

本发明还公开了一种采用上述装置用于连铸中间包钢液成分微调和夹杂物改性的方法，通过吹气孔4吹入氩气或者氦气作为载气，将合金粉末吹入所述中间包旋流室2内，所述中间包旋流室2作为独立于中间包矩形室1的反应器，在其内部初步完成中间包内钢液成分微调和夹杂物改性处理，随后钢液流进所述中间包矩形室1。

所述合金粉末的种类以及加入量应根据实际生产的钢种和质量要求进行合理调整，其中，合金粉末的粒径均小于50μm且处于流化状态，进入所述中间包旋流室2之后迅速与钢液混合，随后由所述中间包旋流室2侧壁上的钢液出口3流进所述中间包矩形室1。

所述中间包旋流室侧壁上沿圆周方向均匀布置的若干倾斜吹气孔4，其在所述中间包旋流室2侧壁上的布置位置、沿圆周方向的分布数量、吹气孔4的孔径、吹气时氩气的压力以及吹气孔4的中心线与所述中间包矩形室1长度方向的夹角视实际生产情况而定。

所述中间包旋流室侧壁上沿圆周均匀布置的若干倾斜吹气孔中吹入的氩气或者氦气的压力在0.3～0.5MPa之间。

实施例1

本发明涉及一种用于中间包钢液成分微调和夹杂物改性处理的装置，以图3、图4所示的尺寸参数为例。

具体方法为：钢液由位于中间包旋流室2正中心的钢包长水口5进入中间包旋流室2，与此同时利用中间包旋流室2侧壁上沿圆周均匀布置的倾斜的吹气孔4吹氩气，选用氩气作为载体将合金粉末吹入中间包旋流室2，钢液与合金粉末在中间包旋流室2内充分混合均匀，初步完成钢液成分微调和夹杂物改性处理，随后从钢液出口3流进中间包矩形室1，最后从中间包出口6流进结晶器。

其中，中间包矩形室1的长度L1＝2163mm，L2＝2480mm，L3＝1030mm，中间包顶部总长度L4＝3030mm，底部总长度L5＝2930mm，中间包宽度S1＝1100mm，高度H1＝1000mm；

中间包旋流室2的内径Φ1＝900mm，外径Φ2＝1100mm，高度H2＝800mm(不包含耐火材料部分)；钢液出口3的宽度S＝200mm，高度H＝200mm；

中间包旋流室2侧壁上沿圆周放向均匀布置的若干倾斜吹气孔4的孔径Φ3＝20mm，吹气孔4中心线与中间包矩形室1长度方向的夹角θ＝45°，吹气孔4中心线到中间包旋流室2底部的垂直距离H3＝150mm，吹气孔4的数量为2个；钢包长水口5的内径Φ4＝100mm，外径Φ5＝200mm，水口插入深度H4＝600mm。

合金粉末为稀土粉，用于中间包内钢液成分微调，合金粉末粒径小于50μm，吨钢加入量为85kg，氩气压力为0.45MPa，氩气流量为180L/min，钢液质量有所提高，钢材综合性能有显著改善。

实施例2

本实施例中所涉及的中间包矩形室1和中间包旋流室2的几何形状以及尺寸参数与实施例1相同，不同之处在于喷吹合金粉末种类以及喷吹参数。

合金粉末为钙合金粉，用于中间包内夹杂物改性处理，合金粉末粒径小于50μm，吨钢加入量为90kg，氩气压力为0.5MPa，氩气流量为200L/min，钢液中夹杂物含量降低，夹杂物去除率升高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。