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冶金过程中连铸钢包和中间包之间Ar气是如何密封的?——冶金吊安全监控管理系统

来源:恺德尔起重机安全监控管理系统专家 发表日期: 2019-04-10 10:40:00

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我们在钢的连续浇铸过程中,作为连铸钢包和中间包的功能性耐火材料水口,在大多数情况下或是使用长水口,或是使用浸入式水口。常使用的是长水口,它具有密封性好的特点,但缺点是在中间包内钢水容易发生紊流,大夹杂物容易卷入结晶器内,且在更换钢包时钢包渣容易流入中间包内。为解决这些问题,控制中间包内钢水的流动,连铸技术人员做了许多努力,如在中间包内加挡渣墙等。


对三种浸入式水口结构进行了实验比较。A型水口为Ar气从浸入式水口上部吹入,B型水口为通过浸入式水口内的管子将Ar气直接吹入水口内的钢水面,C型水口为在浸入式水口的耐火材料中开一道缝隙,把Ar气从水口壁吹入钢水面。由于C型水口能在水口壁的任意位置上开一个Ar气吹入口,因此进行实验时,将其分为把Ar气吹入口浸渍在钢水中的浸入式水口和没有将水口浸渍在钢水中而直接将Ar气吹入口置于钢水面上方的非浸入式水口。


不论采用哪种浸入式水口,都对浸入式水口内的保护气氛进行了取样。这是因为Ar气吹入位置会因浸入式水口的不同而不同,取样的目的是要根据规定位置中的气体组成结果进行评价。


对在正常条件下浇铸的板坯中间部分和更换钢包时中间包内和结晶器内的钢水进行了取样,对[N]进行化学分析,对总[O]进行仪器分析,由此分别求出各自的值。另外,与钢水取样一样,采用真空泵对浸入式水口内的保护气氛进行了取样,然后用气体色层分析法求出气体组成。

从与钢水取样相同的部位对板坯进行取样,并从板坯取样的1/2宽度位置中的夹杂物集聚部进行取样,采用电解阳极泥萃取法对钢水的清洁度进行了评价。


为评价稳定浇铸时浸入式水口内Ar气的密封效果,因此根据保护气氛分析结果求出了各种类型浸入式水口内的N2分压PN2(以下简称PN2)Ar气流量(以下称QAr)的关系。由此可知,不论采用何种浸入式水口,随着QAr的增大,PN2会减小,但采用C型浸入式水口时,PN2的减小与QAr减小无关,能确保良好的密封性。另外,对相同Ar气流量时浸入式水口Ar气吹入口的位置进行比较可知,从浸入式水口的吹入口到气体取样位置距离短时,PN2大。之所以尽管Ar气浓度高,吹入口靠近钢水面,但PN2仍然大,这是由于浸入式水口内Ar气和空气混合所致。也就是说,不论在何种情况下,浸入式水口内的空气一部分会被卷入浇铸的钢水流中,与被吹入浸入式水口内的Ar气一起被带入中间包内,但大部分会从设置在浸入式水口上端的中间环形孔和钢包缝隙排出浸入式水口。使用A型水口时,由于Ar气从浸入式水口上部吹入浇铸钢水流的周围,因此被吹入的Ar气受浇铸钢水流的作用使向下流的速度增大,在浸入式水口内的空气和Ar气充分搅拌混合后,空气就变得不容易排出。


另一方面,使用C型水口时,由于Ar气从浸入式水口内的钢水面附近被吹入,因此Ar气和空气不易受浇铸钢水流的影响而搅拌混合,使空气能更加有效地从浸入式水口排出。另外,使用B型水口时,其状况介于A型水口和C型水口之间。


根据更换钢包时浸入式水口内的保护气氛组成分析结果,对Ar气密封效果进行了评价。在更换钢包过程中,由于浸入式水口的上端面是开放的,因此会发生空气被卷入水口内。另外,钢水面会因浇铸流的停止而下降。


在对浸入式水口使用密封方法的情况下,浇铸流冲击到钢水面时产生的钢水飞溅会粘附在水口内壁。随着浇铸时间的增加,这种粘附的飞溅金属会增厚,基于铸坯质量的考虑,有时是限制浇铸速度,有时是进行小断面尺寸铸坯的浇铸等,但随着浇铸时间的增加,水口粘附飞溅金属是阻碍多炉连铸的主要原因。另外,由于浇铸后粘附的金属难以清除,即使水口耐火材料还很好,但在大部分情况下无法重复使用,是影响耐火材料成本的主要原因之一。


A型浸入式水口和C(浸入式)水口粘附金属的状况进行了调查。结果可知,与A型水口相比,C型水口粘附金属的厚度可减少大约三分之二。另外,不论是A型浸入式水口还是C型浸入式水口,金属粘附物都是从水口内钢水面的正上方开始粘附。由于水口内钢水面的温度下降,飞溅的金属便开始粘附,并随浇铸流产生的飞溅而增大。在使用C型的浸入式水口情况下,Ar气是从钢水中吹入的,因此它能对水口内钢水容易停滞流动和温度下降的水口壁附近的钢水进行搅拌,而把Ar气吹到钢水面上则能够抑制浇铸流产生的钢水飞溅粘附在水口壁,由此可以减少飞溅金属的粘附。


另外,在浇铸后清除粘附金属的操作中,由于粘附的金属会因热收缩而变小,容易从水口壁表面剥落,由此可大幅度减轻清除工作量,同时Ar气吹入口的堵塞和熔损等问题也没有了,水口完全能重复使用。


为优化连接钢包和中间包的浸入式水口内Ar气的密封性能,在实机上对各种浸入式水口进行了实验,得出如下结论:


第一项是在稳定浇铸条件下浸入式水口内的Ar气密封性能可以用TAr进行调整,Ar气吹入位置和浸入式水口内钢水面之间的距离越小,则TAr越小。结果可知,通过减小TAr,即使在QAr小的条件下也能获得充分的密封效果。


第二项是更换钢包时浸入式水口内的PN2可以由(4)式求出,能采用同一指标对不同的浸入式水口进行评价。


第三项是使用在浸入式水口内耐火材料中开一条缝隙,从浸渍部的内壁面吹入Ar气的C(浸入式)水口时,板坯中120靘以上的大夹杂物的数量在稳定浇铸部位的可减少大约50%,在更换钢包浇铸部位的可减少40%


第四项是使用C型浸入式水口时,阻碍多炉连铸和飞溅金属粘附在水口壁面影响浸入式水口寿命的情况比使用普通方式的A型水口减少大约三分之二,水口完全能够重复使用。