冶金行业连铸连轧中间包冶金讲义课件.ppt

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1、中间包冶金主讲教师：闵义2007.11连铸理论及工艺1.前言1.1中间包的作用中间包是炼钢生产流程的中间环节，而且是由间歇操作转向连续操作的衔接点。中间包作为冶金反应器是提高钢产量和质量的重要一环。无论对于连铸操作的顺利进行，还是对于保证钢液品质符合需要，中间包的作用是不可忽视的。1.1中间包的作用(1)分流作用。对于多流浇铸，由多水口中间包进行分流。(2)连浇作用。在多炉连浇时，中间包存储的钢液在换钢包时起到衔接的作用。(3)减压作用。盛钢捅内液面高度有5—6m，冲击力很大。在浇铸过程中变化幅度也很大。中间包液面高度比钢包低，变

2、化幅度也小得多，因此可用来稳定钢液浇铸过程，减小钢流对结晶器凝固坯壳的冲刷。(4)保护作用。通过中间包液面的覆盖剂，长水口以及其他保护装置，减少中间也中的钢液受外界的污染。对中间包的要求满足纯净钢生产的要求：中间包是钢液凝固之前所经过的最后一个耐火材料容器，对钢的质量有着重要的影响。应该尽可能排除掉钢水中非金属夹杂物；防止钢液吸收空气以及耐火材料中的氧，避免二次氧化，以满足纯净钢的品质要求。满足连续生产的要求：转炉溅渣护炉技术的推广应用后，转炉寿命大幅度增加，中间包寿命成为连续生产的关键环节。要求提高中间包耐火材料寿命，以及在线快速

3、更换易损毁元件等。1.2中间包结构中间包一般由包体、包盖、水口和控流装置组成。中间包容量一般取钢包容量的20％~40％，小容量钢包取大值，大容量钢包小值。为了保证多炉连浇时的铸坯质量，其储存的钢液，应大于换包所需的时间。钢液在中间包内的停留时间和中间包容量及铸速有关，为使钢液在中间包内有必要的停留时间，应根据铸速来核算中间包的容量。停留时间缩短，对排除非金属夹杂物不利。1.3中间包种类中间包的形状类型很多，包括矩形、三角形、椭圆形、v形、Y形、H形等，可根据车间情况及铸机尺寸等选用，以矩形中间包应用较多。如果按其结构分类，大体上可分

4、为板坯连铸用中间包和小方坯连铸用中间包。板坯连铸用中间包用于大型板坯连铸，板带类产品对清洁度要求最为严格，所以国内外关于矩形板坯连铸中间包的研究最多。1.4中间包冶金的研究内容炉外精炼使钢液纯净度提高，钢液和环境(大气、耐火材料等)间杂质浓度差别(或化学位差别)增大，重新污染的可能性和速率都将增大。炉外精炼后，钢液温度是均匀的，而当钢液流过中间包时其温度又会再次改变为不稳定状态。所以，钢液通过中间包的过程中，发生某些物理和化学的变化是不可避免的。“中间包冶金”的概念是在20世纪80年代初期提出的，研究成果已为工程时间所应用和检验。研

5、究内容主要为：(1)清除钢液再次污染的来源，即防止二次氧化、减轻耐火材料侵蚀、减少钢包渣的卷入以及渣中不稳定氧化物的危害。(2)改善钢液流动条件，最大可能去除钢中非金属夹杂物；亦即防止短路流，减小死区，改进流线方向，增加钢液的停留时间。(3)选择合适的包衬耐火材料和覆盖剂，既减轻热损失又有利于吸收分离和上浮的夹杂物。(4)控制好钢液温度，必要时增加加热措施，使钢液过热度保持稳定。1.5中间包冶金的研究方法作为一种连续操作的反应器，它与转炉、电炉及钢包等间歇操作反应器的概念是不同的。反应工程学的原理得到更多更深入的运用。主要研究方法有

6、：物理模拟：主要是用水模型的方法来研究中间包流场特征，如速度场，控制元件对流动特征的影响，夹杂物去除的影响等。数学模拟：用计算流体力学方法求解中间包流场。2中间包物理模拟中间包内基本的物理现象是钢液的流动，各种冶金过程都是在流动的钢液中进行的，所以研究中间包内的流动现象是中间包冶金的基础。研究证明，用水模型来研究钢包、中间包、结晶器等内部的钢液流动不仅是可行的，而且能够正确反映实际钢液流动的数值和规律。直接测量高温下的钢液的流速，不仅在测量技术方面有难度，而且研究费用也很高。在开发新工艺以及改进现有工艺时，模型研究是一种成本低、见效

7、快的可靠工具。物理模拟的目的第一个目的是寻求有利的操作参数：例如利于钢液中夹杂物的上浮，设置控流元件，元件位置、尺寸等参数可以通过流场测量、刺激响应技术、夹杂物模拟等实验确定。第二个目的是找出过程的某些主要参数的函数关系，而这些关系也可应用于实际冶金过程。2.1物理模拟方法中间包中钢液的流动，是钢液在重力作用下从盛钢捅水口流人中间包，然后从中间包水口流出，在这种情况下．一般可视为粘性不可压缩稳态流动，忽略化学反应的影响。系统只要满足几何相似，运动相似和动力学相似即可，而运动是动力所驱动的，所以中间包钢液流动的物理模拟，需要满足模型和

8、原型几何相似和动力学相似。影响流动状态的作用力主要有惯性力、重力、粘性力和表面张力。在中间包冶金过程的物理模拟中，常用水来模拟钢液，考虑等温流动时，水模型中的流动和中间包中钢液流动相似的条件为Re数和Fr数保持不变，即：Fr数相等时有