一种连浇过程钢包尾期钢水净化方法

摘要

本发明公开了一种连浇过程钢包尾期钢水净化方法，该方法通过液位速升缓降的方式，利用中间包渣层捕捉尾钢中的夹杂物，同时增加夹杂物运动性，增加小夹杂物聚合，促进夹杂物上浮，从而实现尾期钢水的净化。本发明可有效净化大包尾钢中的夹杂物，从而避免了连铸过程金属的损失。

说明书

技术领域

本发明属于钢铁冶金连铸工艺技术领域，具体涉及一种连浇过程钢包尾期钢水净化方法。

背景技术

随着用户对钢材质量要求的不断提高，冶炼含夹杂物尺寸较小，分布均匀，且对钢材性能没有危害的洁净钢已经成为炼钢科学技术研究的重点。连铸中间包是钢包和结晶器之间的过渡容器，具有稳定钢流，促进钢中非金属夹杂物上浮和实现多炉连浇的作用。

中间包连浇是指前一炉钢水结束浇注，更换钢包后连续浇铸的过程。由于洁净钢对钢中夹杂物含量有严格要求，而在钢包浇注即将结束(钢包中剩余钢水量在3-5t)，钢包液位低于“涡流”产生液位时，极易产生“涡流”卷渣的情况，导致钢水裹挟着钢渣进入中间包钢水中，对中包钢水造成严重污染。

为了满足洁净钢的生产要求，对于连浇时钢包内的尾钢，通常的处理方式有两种：

(1)严防尾钢进入中间包：钢包浇注尾期，在发生卷渣之前，包底尾钢当做废钢，连同钢渣一起进入渣罐；

(2)允许尾钢进入中间包，但期间生产的铸坯需要降级处理，不作为正品使用。

现有方法存在以下问题：

方法(1)中，完全避免尾钢进入中间包，尾钢当作废钢处理，会造成钢水的浪费，影响金属收得率；

方法(2)中，允许尾钢进入中间包，会导致尾钢及钢渣污染中间包内钢水，期间生产的铸坯降级处理，同样会导致损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连浇过程钢包尾期钢水净化方法，该方法可有效净化大包尾钢中的夹杂物，从而避免了连铸过程金属的损失。

经研究发现，钢包尾钢中的夹杂物为卷渣类型，粒度比较大(通常＞50μm)，夹杂物密度(2700-3200kg/m³)小于钢液密度(7000kg/m³)，上浮条件较好，只要能有足够的时间，夹杂物即可以上浮去除，其上浮速率满足公式(1)。但由于钢包尾钢进入中间包后，钢水在中间包内停留时间短，大部分未能及时上浮，就进入结晶器，从而导致尾钢质量问题。

式中：v为夹杂物的上浮速度(m/s)；ρ_k为夹杂物颗粒的密度(kg/m³)；ρ_f为钢水密度(kg/m³)；g为重力加速度(kg/m³)；μ为钢水的动力粘度(kg/m·s)；d为夹杂物的直径。

增加夹杂物的运动，可以有效促进夹杂物聚合，有利于形成大尺寸的夹杂物，从公式(1)可知，夹杂物尺寸越大，上浮速度越快。中间包液位的升降，有利于增加夹杂物的运动，促进夹杂物碰撞上浮，同时，液面在适当深度范围内的缓慢降低，即缩短了夹杂物颗粒与液面渣层之间的距离，也不会导致夹杂物流入结晶器，有利于捕捉上浮中的夹杂物。

本发明所采用的技术方案是：

一种连浇过程钢包尾期钢水净化方法，通过液位速升缓降的方式，利用中间包渣层捕捉尾钢中的夹杂物，同时增加夹杂物运动性，增加小夹杂物聚合，促进夹杂物上浮，从而实现尾期钢水的净化。具体包括如下步骤：

(1)、确定防止尾钢流入结晶器的中间包最低液位L_min；

(2)、设定中间包的正常工作液位为最高液位L_max；

(3)、在最低液位L_min和最高液位L_max之间，进行液位迅速上升、缓慢降低操作1-2次；

(4)、液位恢复到工作液位，正常浇铸。

其中，最低液位L_min采用模拟验证的方法进行测定，具体步骤为：

a、根据现场实际情况建立中包模型；

b、采用示踪剂模拟大包浇铸末期含高浓度夹杂物的钢水；当示踪剂加入中包模型中时，关闭入口滑板，保持中包模型出口流量不变，即模拟浇注过程拉速不变的情况下，测定示踪剂的运动情况，以示踪剂恰好流出中间包的时间为尾钢在中间包内的最短停留时间T_min，通过模型与实物的换算，最终确定钢包尾钢在中包内流入结晶器的最低液位L_min(中间包钢液位L_min)。

按上述方案，液位的迅速上升操作为：采用中间包出口流量Q_out不变，增大中间包入口流量Q_in来实现，此时，Q_in＞＞Q_out，新进的钢水不仅满足了出口的流量，还有利于促进夹杂物上浮；当达到工作液位后，使Q_in＝Q_out；

液位的缓慢降低操作为：使中间包入口流量Q_in和出口流量Q_out同时降低，但入口流量Q_in降低幅度大于出口流量Q_out降低幅度，过程中入口流量Q_in稍小于出口流量Q_out，确保夹杂在液位降低时，不受出口钢流的影响，同时，尽快与渣层接触，从而被渣层捕获；当液位降到最低液位L_min之前，采用液位上升操作，迅速增大入口流量Q_in，将液位恢复到工作液位L_max。

本发明的有益效果在于：

通过中间包液位的迅速上升，起到防止大包尾钢中的夹杂物进入结晶器，同时促进夹杂物上浮的作用；采用液位的缓慢下降，缩短夹杂物上浮的距离，有利于夹杂物被渣层所捕捉，同时，钢液的运动也促进了夹杂物相互之间的聚合，进一步促进夹杂物上浮，达到了净化尾期钢水的目的；

能净化进入中间包内的钢包尾钢，减少尾钢对中包内钢水的污染，提高了连浇过程铸坯的洁净度；

避免了钢包尾期钢水的浪费，提高了金属收得率；

无须添加任何设备，操作简单，现场生产可实施性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是最低液位L_min的测定流程图；

图2是液位的迅速上升操作示意图；

图3是液位的缓慢降低操作示意图；

其中：1、中间包渣层，2、钢液，3、中间包包体，4、夹杂物颗粒，5、出口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种连浇过程钢包尾期钢水净化方法，通过液位速升缓降的方式，利用中间包渣层捕捉尾钢中的夹杂物，同时增加夹杂物运动性，增加小夹杂物聚合，促进夹杂物上浮，从而实现尾期钢水的净化。具体包括如下步骤：

第一，确定防止尾钢流入结晶器的中间包最低液位L_min

该最低液位L_min的测定流程如图1所示，采用模拟验证的方法进行测定；具体为：首先根据现场中包内腔尺寸建立中间包模型，按照实际情况确定模型流量，工作液位等参数，采用示踪剂模拟大包浇铸末期含高浓度夹杂物的钢水，该示踪剂同中间包内液体同属性；当示踪剂加入中间包模型中时，关闭入口滑板，保持中包模型出口流量不变(即模拟浇铸过程拉速不变)，测定示踪剂的流出情况，以示踪剂恰好流出中间包的时间为尾钢在中间包内的最短停留时间T_min，对应液位为防止尾钢流入结晶器的中间包模型最低液位，通过模型与实物的换算，确定钢包尾钢在中包内流入结晶器的最低液位L_min＝防止尾钢流入结晶器的中间包模型最低液位*模型比；

第二，设定中间包的正常工作液位为最高液位L_max；

第三，在最低液位L_min和最高液位L_max之间，进行液位迅速上升、缓慢降低操作1-2次；

液位的迅速上升操作，如图2所示，采用中间包出口流量Q_out不变，增大中包入口流量Q_in来实现，此时，Q_in＞＞Q_out，新进的钢水不仅满足了出口的流量，还有利于促进夹杂物上浮，当达到工作液位后，使Q_in＝Q_out；

液位的缓慢降低操作，如图3所示，以中间包入口流量Q_in和出口流量Q_out同时降低，但入口流量降低幅度大于出口流量降低幅度，即过程中入口流量Q_in稍小于出口流量Q_out，确保夹杂在液位降低时，不受出口钢流的影响，同时，尽快与渣层接触，从而被渣层捕获；当液位降到最低液位L_min之前，采用液位上升操作，迅速增大入口流量，将液位恢复到工作液位L_max；

通过以上操作，可满足尾钢中的夹杂物的充分上浮，使前一炉尾期钢水得到净化，之后，液位恢复到工作液位，正常浇铸。

具体实例：

针对公称容量为60t，工作液位为1.2m的双流连铸中间包，浇铸铸坯断面1250*230mm，拉速1m/min工况条件下，利用物理模拟的方法，测定了连浇过程中，防尾钢进入中间包的最低液位为0.8m，则L_min为0.8m，L_max为1.2m。

生产过程中，前一炉钢包浇完，尾钢进入中间包，后关闭钢包滑板，由钢包回转台，将空包换为满钢包。此时，拉速维持在1m/min，Q_out为2.0t/min，中间包内液位不断降低。当中间包液位接近L_min即0.8m时，新钢包开始浇铸，向中间包内注入钢水，Q_in为12.0t/min，3min后，中间包达到60t，中间包液位达到L_max为1.2m，将钢包流量降低到2t/min，此时，中间包液位达到工作液位。之后，开始变换液位操作，中间包入口流量从2t/min降低到0.6t/min，中间包出口流量从2t/min降低到1.6t/min，由于Q_in＜Q_out，中间包液位缓慢向下移动，捕捉尾钢中的夹杂物，20min后，中间包液位降低到从1.2m降至0.85m，此时，增大Q_in为12.0t/min，Q_out恢复到2t/min，液位迅速升高，促进尾钢中的夹杂物聚合，上浮。直至达到工作液位，恢复Q_in＝Q_out＝2t/min，中间包内尾期钢水净化的变液位操作完成。

本实施例采用的示踪剂为添加了染色剂的水，染色剂通常为甲基蓝。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。