一种提高钢水纯净度和收得率的中间包及浇铸方法与流程

本发明属于钢铁生产连铸，特别涉及一种提高钢水纯净度和收得率的中间包及浇铸方法。

背景技术：

1、在钢铁生产流程的连铸生产过程中，钢中的夹杂物控制是至关重要的，是保证钢水纯净度和后序轧材质量的关键。中间包作为连铸生产中的关键装置，是钢中夹杂物去除的重要“利器”之一。

2、中间包是位于钢包与结晶器之间的一个过渡容器，起着承上启下的关键作用。它的主要功能为：一是将钢包中的钢水稳定、均匀地分配到多个结晶器中，并降低钢水自钢包中流出的冲击功，保持液面稳定，避免卷渣的发生；二是起到储存钢水的作用。在多炉连浇生产中，当更换钢包时，中间包内存储的大量钢水能够为连浇提供缓冲时间、保证生产不间断的供应，是实现多炉连浇的关键所在；三是促进夹杂物去除。中间包能够存储大量的钢水，为钢水提供了连续的、较长的停留时间，通过中间包内结构的合理设计，为钢水创造了有利的流动条件，使夹杂物有足够的时间上浮到覆盖剂中被吸附去除，这是中间包最核心的功能之一。

3、因此，中间包不仅是一个简单的容器，更是一个精炼反应器，通过高效控制其内部钢水的流动可有效去除钢中夹杂物，是提升钢材质量、增加生产稳定性的重要保障。然而，在连铸生产过程中，通常开始浇铸阶段由于钢水对耐火材料的冲刷、钢水与空气接触发生的二次氧化以及各种物料的加入污染等均会对钢水的洁净度造成很大的影响，而且除了开浇阶段外的正常浇铸过程中，如果中间包内的流场控制不好，也会对钢中夹杂物的去除不利。另外，连铸生产中为了提高金属收得率，在浇铸结束后原则上要求中间包中剩余的钢水量越少越好，但为了保证尾坯质量，通常中间包中需留有一定量的钢水。中间包内底面为平面时，为了避免钢水上部的熔渣或含有夹杂物较多的上部钢水进入到结晶器中，在浇铸结束后中间包内需要留有更多的钢水，造成金属收得率较低。目前，为了提高金属收得率，通常在中间包中的挡坝下面留有残钢孔，在浇铸末期钢水液面低于挡坝高度时钢水从残钢孔流出。但该方式对于开始浇铸时的头块铸坯质量不利。在开始浇铸阶段，中间包底部的钢水通常混有被钢水冲刷下的耐火材料、钢水二次氧化产生的夹杂物等杂质，这些“较脏”的钢水会通过残钢孔流入到出口再到结晶器中，形成浇铸头坯。

4、cn219274471u专利公开了一种带有狭缝气幕挡墙，所述气幕挡墙的顶部开设有若干狭缝，若干狭缝呈线型均匀分布，气幕挡墙的内部开设有一个气室，气幕挡墙的一侧设置有一个通气管，气幕挡墙的内部开设有一个圆槽，圆槽的内部转动连接有一个调节柱，调节柱的外表面开设有若干通槽，若干通槽呈线性均匀分布，调节柱的外表面开设有若干透气孔，透气孔呈均匀对称分布。该实用新型的优点在于：狭缝可以增加工作面与空气的接触面积，进而通过狭缝增大透气量，增大透气量后的工作面就能够有效促使钢水中杂质充分上浮，对提高钢水的洁净度起到积极的作用。但该气幕挡墙结构复杂，成本高，工艺控制难度较大。

5、cn117680664a专利公开了一种具有除夹杂物作用的旋流自封闭气幕连铸中间包装置，属于冶金技术领域。装置包括异型钢包长水口、异型湍流控制器、气幕挡墙气体喷嘴和中间包壳体。钢包长水口是有旋流空腔的通孔长水口；异型湍流控制器的侧壁均布导流孔；气幕挡墙气体喷嘴均布在湍流控制器外侧；钢包长水口、湍流控制器和气幕挡墙气体喷嘴的中心轴线重合。方法为：钢液经过钢包长水口后，钢液借助旋流空腔做加速旋转运动；进入湍流控制器后采用旋转运动形式从湍流控制器侧壁导流孔和湍流控制器上口流出，并带动湍流控制器附近的钢液做旋转运动；旋转流动的钢液驱动气体喷嘴喷出的气泡做旋转运动，形成旋转的自封闭气幕挡墙；钢液携带的夹杂物在穿过气幕挡墙过程中，被气幕挡墙的气泡吸附，跟随气泡上浮到渣层而被去除。该发明钢液旋流驱动中间包内气泡进行旋转运动，形成自封闭气幕挡墙，可以减少钢液中夹杂物数量，提高钢坯质量。但该方法会造成中间包中的钢水异常活跃，易造成卷渣。同时，旋转的流场对中间包耐火材料的冲刷更加严重，冲刷掉的耐火材料如果没有完全上浮到渣中，会造成钢中外来夹杂物增多，反而影响铸坯质量。

6、cn121380500a公开了一种钢液净化装置与方法，包括：中间包；至少一组气幕挡墙，设置于中间包底部，被配置为产生气泡柱，以携带中间包内钢液中的夹杂物上浮；电极板，设置在气幕挡墙的上方；其中，每组气幕挡墙对应两个电极板，且两个电极板之间的水平间距在中间包底部的正投影覆盖气泡柱在中间包底部的正投影；覆盖剂，铺设在钢液的表面，被配置为吸附夹杂物；脉冲电源，分别与气幕挡墙和两个电极板电连接，被配置为将气幕挡墙设置为第一电极，以及将两个电极板设置为与第一电极相反的第二电极。该方法所提供的钢液净化装置，提高了细小夹杂物的去除效率，提升了中间包钢液的洁净度水平。但该方法装置比较复杂，精准控制难度较大，而且控制范围有限，对整个中间包内的钢水处理较困难，控制成本也较高。

7、研究设计一种既有利于钢中夹杂物去除，提高铸坯洁净度（尤其是不影响头、尾铸坯质量），又能够提高金属收得率的中间包具有重要的意义，可极大地提高铸坯的内部质量，提升最终产品的品质，同时降低金属损失率，降低生产成本、能源消耗和减少环境污染，对于钢质洁净度要求较高的纯净钢和超纯净钢的生产意义更大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种提高钢水纯净度和收得率的中间包及浇铸方法，在钢水连铸生产过程中通过中间包内钢水流场的控制实现钢水的洁净化，同时实现提高钢水收得率的目的。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种提高钢水纯净度和收得率的中间包，包括中间包本体，中间包本体的底面从长水口的受钢侧向出钢口的出钢侧倾斜设置，在靠近中间包出钢口的位置设置有挡坝，挡坝的底部带有开口，所述开口采用钢板封闭，在挡坝与出钢口之间，与挡坝平行设置有一排透气砖。

4、所述中间包本体的底面的倾斜角度5°≤α≤30°。

5、所述挡坝与出钢口中心距离l1满足：300mm≤l1≤500mm。

6、所述开口的形状为弧形或矩形，开口数量≥1个，开口的宽度d满足：50mm≤d≤1000mm，开口的高度h满足：50mm≤h≤250mm。

7、所述挡坝的高度h满足：h≥中间包开浇液位高度+（100～120mm）。

8、所述钢板材质为普通碳钢或与所生产钢种成分一致的钢材，钢板的厚度m满足：8mm≤m≤50mm。

9、所述透气砖与挡坝之间的距离l2满足：50mm≤l2≤200mm；相邻两块透气砖之间的距离l3满足：0mm≤l3≤50mm。

10、中间包的浇铸方法，包括以下步骤：

11、1）开浇前准备：在钢水注入中间包之前，预先向透气砖通入氩气，预吹扫时间≥15分钟，氩气流量为50～120l/min；

12、2）开浇前覆盖剂预处理：以挡坝为界限，在受钢侧的中间包底部预先铺设覆盖剂，加入量为连铸过程中覆盖剂总加入量的1/4～1/3；

13、3）开浇后气幕挡墙吹扫：自钢水开浇时刻起至浇铸结束，始终保持向透气砖通入氩气，流量为50～150l/min；

14、4）开浇后覆盖剂补加：在钢水开浇后，当出钢侧的钢水液位达到挡坝底部开口的高度时，向出钢侧区域加入覆盖剂，加入量为连铸过程中该位置覆盖剂加入量的1/2。

15、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

16、1.通过倾斜底部与挡坝及底部开口的配合，优化了中间包内钢水流场，消除了流动死区，促进夹杂物上浮。配合挡坝后侧底部的一排透气砖在浇铸全程吹氩，形成致密且稳定的气幕挡墙，不仅能物理拦截大颗粒夹杂，还能通过气泡粘附作用去除细小夹杂物。

17、2.在开浇前进行长时间大流量氩气预吹扫，充分排除包内空气，确保开浇初期钢水处于惰性气体保护之下。同时，在受钢侧提前加入部分覆盖剂并使其提前熔化，能在钢水注入瞬间即刻形成液渣层覆盖，避免钢水与空气直接接触，从而大幅减少开浇阶段钢中氧、氮的增量。

18、3.采用分区域、分时段的覆盖剂加入策略。在出钢侧延迟加入覆盖剂，有效避免了初期剧烈翻腾的钢水将未熔覆盖剂卷入内部形成夹杂物。同时，由于挡坝底部的封闭钢板设计，确保了该侧钢水在达到一定高度前不会被覆盖剂污染，保证了进入结晶器钢水的初始纯净度，减少了因夹杂物导致的回炉或报废，从而提高了金属收得率。