中间包冶金
中间包冶金
为了将钢水从浇注钢包转移到连铸机模具中，使用了称为中间包的中间容器。中间包是一个长方形大端向上，内衬耐火材料的容器，顶部可能有一个内衬耐火材料的盖子。中间包底部有一个或多个带有滑动门或塞棒的喷嘴口，用于控制钢水的流动。中间包通常分为两个部分，即 (i) 入口部分，通常有一个浇注箱，钢水从浇注钢包中加入，以及 (ii) 出口部分，钢水从这里加入连铸机器模具。可以沿着中间包的长度布置各种流动控制装置，例如坝、堰、带孔的挡板等。优选更长的路径以延长钢水的停留时间以促进宏观夹杂物的上浮。一个中间包重要的中间包冶金要素如图1所示。
图1 中间包重要的中间包冶金元素
连铸中间包起到缓冲作用，将钢包中二次炼钢的不连续过程与结晶器中的连铸过程联系起来。它在钢包更换期间充当一个容器，并在停止进料钢水时继续向模具供应钢水，从而使多个钢包的连续浇注成为可能。钢水夹杂物形成和污染的主要原因包括钢水被空气再氧化并携带氧化的钢包渣，中间包和钢包渣的夹带，以及这些渣乳化到钢水中。这些夹杂物必须在钢水流过中间包的过程中从钢水中浮出，然后再注入模具。
过去，当钢包冶金（如钢包炉，LF）尚未完全发展时，预计中间包将用作从夹杂物未完全去除的钢包转移的脱氧钢水的精炼机。未经LF处理的脱氧钢水在钢水转移过程中存在宏观夹杂物和大量本土来源的微观夹杂物，这些夹杂物可以团聚形成宏观夹杂物。中间包能够减少钢水中的一些宏观夹杂物，调整化学成分，并将钢水温度控制在适当的水平以供入模具。随着 LF 和/或脱气机的使用，多年来钢水的清洁度显着提高，以满足日益严格的客户要求，而中间包现在更多地被视为污染物而不是精炼机。明显的污染通常发生在连续浇注的瞬态（或非稳态）期间，即钢包打开期间、两炉过渡（或钢包更换）和钢包排空期间。
在瞬态期间，进入的钢水流和任何液态金属飞溅物会被环境空气和随钢水带入中间包的氧化钢包渣重度再氧化。钢水流撞击并剧烈乳化漂浮在钢水表面的钢包渣和中间包渣，最终被夹带到钢水中。再氧化和夹渣都会产生有害的大氧化物夹杂物。铝脱氧钢水，即使在LF中去除大颗粒脱氧产物后，仍含有大量悬浮细氧化铝颗粒。发现这些颗粒在钢水从钢包通过中间包到结晶器的过程中被湍流钢水团聚，形成大的氧化铝簇。
已知宏观夹杂物和大氧化铝簇是导致下游加工问题和铸坯及其最终产品中出现缺陷的主要原因。钢厂客户通常要求更清洁的钢，其宏观夹杂物和团簇的尺寸较小，以获得更好的钢材性能。因此，中间包的设计和操作必须旨在最大限度地减少宏观夹杂物和氧化铝簇的形成，并在它们形成后将其去除。否则，在 LF 和其他工艺步骤中为清洁熔体所做的所有努力都将毫无价值。
在其最初的发展阶段，中间包被认为只不过是一个储存足够钢水的容器，以在结晶器上方提供恒定的压头，并允许在不中断顺序浇注的情况下进行钢包更换。随着对优质钢质量的持续重视，现在越来越清楚的是，连铸中间包作为连续反应器的功能比最初设想的要重要得多。中间包作为连铸优质钢过程中的重要耦合器，现已真正成为公认的关键冶金反应器。因此，它是一个容器，其中发生了一系列需要化学、热和物理控制的操作。
已经实施了多种技术，例如长喷嘴或惰性气体罩管，以减少空气再氧化和炉渣乳化。类似地，熔体流动控制装置已被用于增强工艺过程中形成的夹杂物的漂浮。中间包钢水温度主动控制的实施也有助于清洁钢的铸造。至少在稳态中间包操作期间，这些措施已被证明是相当成功的，但对于非稳态操作可能还不够。非稳态操作是长连续铸造的一个组成部分，以获得更好的金属产量。尽管希望铸出高质量的钢，但在任何中间包操作中总是要在质量和成本之间取得折衷。
从中间包输送到结晶器的钢水质量很大程度上取决于熔渣、气体和耐火相与钢水相互作用的程度和控制。现代中间包的设计旨在为进行各种冶金操作提供最大的机会，例如夹杂物分离、浮选、合金化、钙处理夹杂物改性、过热控制、热和成分均匀化，从而发展出一个单独的二次炼钢领域钢，称为中间包冶金。
连铸中间包具有多种作用，包括 (i) 炼钢质量链中的关键环节，(ii) 连续精炼机和 (iii) 冶金信号的发送器。该过程的关键仍然是不受控制的中间包变成了污染物而不是精炼机。不可否认，中间包与之前的钢包和之后的模具一样，都是清洁钢实践的一部分。如果初级和次级炼钢操作中钢的质量在中间包中丢失，则生产满足预期应用的优质产品的能力完全取决于模具中的回收率。这是一项艰巨的任务，考虑到钢在模具中停留的时间有限，这提供了在完全凝固之前的最后阶段清洁钢的有限能力。
许多钢铁厂经营者已经研究了他们的中间包，以最大限度地利用停留时间的好处，以使反应产物从液态钢浮选和同化到渣相中。这些可以是脱氧、再氧化、沉淀、乳化和/或将耐火成分夹带到钢水中的产物，因此包括固有夹杂物和外生夹杂物。在合理选择中间包设计的基础上，中间包的运行需要注意以下几点。
- 通过最大限度地延长停留时间来促进夹杂物上浮
- 确保被俘获且无腐蚀性的炉渣同化夹杂物
- 减少钢水的热损失和化学损失
- 尽量减少短路和死区
- 为操作员提供质量和产量的最佳设计。
消除空气和/或耐火材料造成的污染以及支持清洁钢铁实践的技术是可靠中间包操作的重要组成部分。设计标准、建模、中间包流量控制、熔渣、温度控制和清洁度改进以及非稳态操作都是中间包冶金的重要方面。一旦针对特定应用完成了中间包设计，当中间包被视为连续精炼机并进行操作时，操作员就可以最大限度地提高质量。运营商需要认识到，偏离已建立的清洁钢做法可能会带来灾难性的后果。
随着铸造速度的提高、机器可用性的提高和产品产量的提高，人们越来越重视更高的生产率，更大、更深的中间包已成为行业的常态。这对钢的清洁度产生了有益的影响，因为在更高和更大体积的中间包容器中通常有利于夹杂物的分离，尤其是在注意不要将夹杂物物理夹带到不必要的深度时。
追求更大的中间包操作深度不仅增加了金属停留时间，而且还提供了额外的好处，即减少中间包渣涡流的可能性，特别是在诸如钢包更换等瞬态条件下。这与使用的中间包到模具计量装置的类型无关，这些装置可以是简单的计量孔、塞棒控制、多板滑动浇口机构或最近推出的精密控制阀。为了将中间包用作精炼容器，必须满足以下条件：
- 消除钢水污染源，例如耐火材料侵蚀、再氧化、钢包夹渣和中间包渣乳化。
- 通过流动调节装置 (FMD)、过滤器和工程渣促进夹杂物从钢水中浮选和分离。
- 在模具中引入热控制、无渣转移和优化的金属输送系统等技术。
现将中间包在连铸过程中的作用和作用及其在生产洁净铸钢件中的意义总结如下。
- 中间包将钢包与连铸机的结晶器连接起来。它从钢包中接受液态钢，然后以所需的流量和温度将其均匀地输送到污染最少的连铸模具中。
- 中间包是一种内衬耐火材料的容器，由入口和出口部分以及沿其长度方向的水坝和堰或带孔的挡板等流量控制装置组成。中间包可能有一个内衬耐火材料的盖子，并有底部端口，这些端口与滑动门或塞棒组装在一起，熔体通过这些端口注入模具中。
- 使用浸入中间包钢水中的长喷嘴或带有氩气流的带罩管来防止进入的钢水流的空气再氧化。
- 长喷嘴和带罩管还有助于减少熔渣乳化进入钢水。
- 中间包中的流量控制装置增加了钢水的停留时间，并有助于减少由空气再氧化和炉渣乳化产生的宏观夹杂物。同时，由于这些夹杂物的浮选，聚集的氧化铝夹杂物簇会减少。
制造工艺