【正文】 水口吹氬的缺點 ? 吹氬還對減輕結(jié)晶器內(nèi)鋼液的二次氧化有利。 ? 中間包吹氬的另一作用是防止長水口 結(jié)瘤 堵塞，為此要把氬氣直接吹如長水口，氬氣隨鋼液進(jìn)入結(jié)晶器后上浮逸出。受熱平衡的限制，中間包吹氬流量不能很大。 ? 吹氬量越大、氣泡直徑越小，吹氬深度越深，則式中的const越大，亦即夾雜去除率越高。 ? 但是中間包吹氬最明顯的效果是去除夾雜物。 ? 湍流碰撞：夾雜物具有脈動速度造成的。 ? 在流動的鋼液中，夾雜物顆粒容易碰撞而凝聚成大顆粒，液態(tài)的夾雜物凝并后成為較大液滴；顆粒的碰撞凝聚是夾雜物去除的重要形式。 ? 在中間包內(nèi)，流體本身的流動速度比上述速度高出很多，小的夾雜物顆粒，在中間包中將跟隨流動的鋼液一同運動，只有大顆粒夾雜物在鋼液流速較低的區(qū)域能夠上浮。 ? 在中間包內(nèi)，夾雜物依然可以通過上浮由鋼液中排除。 ? 鋼包集流水口的防護(hù)裝置，接口用插座和墊圈來密封。 圖 壩底部溢流孔優(yōu)化前后流場顯示 圖 堰壩組合優(yōu)化方案中間包流體流動狀況 圖 堰壩組合優(yōu)化方案中間包流體流動狀況圖 堰壩組合優(yōu)化方案中間包流體流動狀況 4 中間包夾雜物控制 ? 連鑄坯夾雜物來源 ? ? ? ? ? 5吸入空氣 ? （大型夾雜） ? ? 鋼液注流保護(hù)澆鑄包括鋼包注流保護(hù)澆鑄和中間包注流保護(hù)澆鑄，通常有耐火材料保護(hù)套管、長水口及惰性氣體屏蔽等方法，生產(chǎn)高清潔度鋼時則可綜合采用上述方法。 ? 對溢流孔尺寸進(jìn)行優(yōu)化之后，從右圖可以看出，底流明顯減小。由于壩高和堰深對中間包內(nèi)流體的運動路線有顯著影響，以下部分將在上述優(yōu)化堰壩位置的基礎(chǔ)上，重點研究堰壩幾何尺寸對中間包內(nèi)流體流動特征的影響，從而尋求最佳的堰壩幾何尺寸。由于此時的死區(qū)體積分率仍然較大，需要進(jìn)一步優(yōu)化堰壩中心距。 ? 實驗過程中對 X1的 8個水平和 X2的 7個水平進(jìn)行了全因素實驗，共 56組。 ? 但緩沖器不能改變中間包內(nèi)鋼液流場的整體態(tài)勢，還需要和其他控流元件相配合。 ? 內(nèi)側(cè)水口的距離 L短，夾雜物去除的機(jī)會少。 ? 在一個將上下游完全隔開的耐火材料壁上設(shè)置若干個不同尺寸和傾角的孔洞，使鋼液根據(jù)需要的方向流過孔洞，這就是導(dǎo)流隔墻。 擋墻（堰）、壩和導(dǎo)流隔墻的應(yīng)用 ? 設(shè)置檔墻可以阻止表面回流，并使鋼液湍動顯著的部分集中在注入流區(qū)，下游形成流動平穩(wěn)的熔池。 ? 優(yōu)點： ? 一是使鋼液在中間包內(nèi)有較長的停留時間，以利于夾雜物上浮，提高鋼液的清潔度。具體措施： ? 增大中間包容量：增大小間包容積，使平均停留時間增加，有利于夾雜物去除。在連續(xù)澆鑄換包時，經(jīng)常發(fā)生。 ? 中間包水模型流場測量的結(jié)果表明，中間包內(nèi)鋼液流場中含有由液－液射流、駐點流動、匯流出流及旋渦等流動現(xiàn)象。 ? 設(shè)置一個擋墻和一個壩時中間包內(nèi)的流場測量結(jié)果。 ? 系統(tǒng)分析內(nèi)容： ? (1)用化學(xué)法分析渣中 CaO、 Al2O MgO、 SiO MnO、 FeO等； ? (2)用光學(xué)顯微鏡觀察金相試樣中的夾雜物，每個試樣觀察 200個視場，按夾雜物的類型和尺寸的統(tǒng)計平均值評價鋼的清潔度； ? (3)用大樣電解法分解鋼中粒徑大于 50um的氧化物夾雜，對典型夾雜物進(jìn)行照相和電子探針分析； ? (4)用掃描電境分析夾雜物形貌、構(gòu)成和成分。對這些復(fù)雜的現(xiàn)象進(jìn)行模擬是相當(dāng)困難的。但應(yīng)用的較少。我們在觀測快速流動過程時，用它來放大時間標(biāo)尺，使人們能直接觀看并研究某一特定時刻的空間一時間圖像。要求示蹤劑的密度和流體應(yīng)盡量接近或者粒子的粒度非常細(xì)小，可以和流體同步流動。 ? 流場顯示技術(shù)是研究各種復(fù)雜流動的有效方法。 ? 在實驗中，往往利用兩者的差別來判斷中間包內(nèi)死區(qū)的大小。圖 2－ 2為各個分子在反應(yīng)器內(nèi)停留時間的分布規(guī)律，大多數(shù)分子的停留時間在中等范圍波動，壽命極短及極長的分子都不多，這種分布曲線稱為停留時間分布函數(shù) E（ t）。 ? (3)脈沖式加入刺激信號，示蹤劑應(yīng)瞬時加入。此方法在類似于中間包這類非理想流動的反應(yīng)器個得到了廣泛采用。鋼包注流的沖擊，水口處對鋼液的抽吸以及中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形狀，使中間包內(nèi)鋼液流動狀態(tài)很復(fù)雜。 ? 常用的中間包物理模擬方法： ? 同時考慮 Fr數(shù)和 Re數(shù)相等； ? 只考慮 Fr數(shù)相等， Re數(shù)處于同一自模化區(qū)（即 Re都處于大于第二臨界值時，湍流程度和流速不受 Re的影響）； ? 同時考慮 Fr數(shù)和 We數(shù)相等：考慮中間包覆蓋劑的卷入間題時，需要考慮液體表面張力的作用。 ? 系統(tǒng)只要滿足幾何相似，運動相似和動力學(xué)相似即可，而運動是動力所驅(qū)動的，所以中間包鋼液流動的物理模擬，需要滿足模型和原型幾何相似和動力學(xué)相似。在開發(fā)新工藝以及改進(jìn)現(xiàn)有工藝時，模型研究是一種成本低、見效快的可靠工具。 ? 數(shù)學(xué)模擬： 用計算流體力學(xué)方法求解中間包流場。 ? (4) 控制好鋼液溫度，必要時增加加熱措施，使鋼液過熱度保持穩(wěn)定。 ? “中間包冶金”的概念是在 20世紀(jì) 80年代初期提出的，研究成果已為工程時間所應(yīng)用和檢驗。板坯連鑄用中間包用于大型板坯連鑄，板帶類產(chǎn)品對清潔度要求最為嚴(yán)格，所以國內(nèi)外關(guān)于矩形板坯連鑄中間包的研究最多。鋼液在中間包內(nèi)的停留時間和中間包容量及鑄速有關(guān)，為使鋼液在中間包內(nèi)有必要的停留時間，應(yīng)根據(jù)鑄速來核算中間包的容量。要求提高中間包耐火材料壽命，以及在線快速更換易損毀元件等。通過中間包液面的覆蓋劑，長水口以及其他保護(hù)裝置，減少中間也中的鋼液受外界的污染。盛鋼捅內(nèi)液面高度有 5— 6m，沖擊力很大。對于多流澆鑄，由多水口中間包進(jìn)行分流。 中間包冶金 主講教師：閔 義 連鑄理論及工藝 1. 前言 中間包的作用 ? 中間包是煉鋼生產(chǎn)流程的中間環(huán)節(jié)，而且是由間歇操作轉(zhuǎn)向連續(xù)操作的銜接點。 中間包的作用 ? (1)分流作用。 ? (3)減壓作用。 ? (4)保護(hù)作用。 ? 滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求：轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)的推廣應(yīng)用后，轉(zhuǎn)爐壽命大幅度增加，中間包壽命成為連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 ? 為了保證多爐連澆時的鑄坯質(zhì)量，其儲存的鋼液，應(yīng)大于換包所需的時間。 ? 如果按其結(jié)構(gòu)分類，大體上可分為板坯連鑄用中間包和小方坯連鑄用中間包。 ? 所以，鋼液通過中間包的過程中，發(fā)生某些物理和化學(xué)的變化是不可避免的。 ? (3)選擇合適的包襯耐火材料和覆蓋劑，既減輕熱損失又有利于吸收分離和上浮的夾雜物。主要研究方法有： ? 物理模擬： 主要是用水模型的方法來研究中間包流場特征，如速度場，控制元件對流動特征的影響，夾雜物去除的影響等。 ? 直接測量高溫下的鋼液的流速，不僅在測量技術(shù)方面有難度，而且研究費用也很高。 ? 中間包中鋼液的流動，是鋼液在重力作用下從盛鋼捅水口流人中間包，然后從中間包水口流出，在這種情況下．一般可視為粘性不可壓縮穩(wěn)態(tài)流動，忽略化學(xué)反應(yīng)的影響。但選用 1： 1模型成本較高，而且試驗場地受到限制。 停留時間分布的測定 ? 中間包是連續(xù)反應(yīng)器。 刺激－響應(yīng)實驗技術(shù) ? 測量停留時間分布，通常應(yīng)用’刺激一響應(yīng)”實驗。 應(yīng)用原則 ? 響應(yīng)信號要能夠真正反映反應(yīng)器內(nèi)流動的真實狀態(tài)：應(yīng)用刺激－響應(yīng)實驗時應(yīng)遵循以下原則： ? (1)刺激－響應(yīng)過程必須是線性過程，刺激估號在數(shù)量上的變化導(dǎo)致響應(yīng)在相應(yīng)量上的變化是成比例的 ? (2)作為刺激信號的示蹤劑不能參與反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生的任何化學(xué)反應(yīng)，即不會因反應(yīng)導(dǎo)致示蹤列物質(zhì)的增加或減少。但反應(yīng)器中反應(yīng)物分子數(shù)眾多，分子在反應(yīng)器內(nèi)的壽命分布應(yīng)服從統(tǒng)計規(guī)律。也就是說，鋼液在中間包內(nèi)的實際停留時間應(yīng)等于所測得的 E(t)的數(shù)學(xué)期望。 流場顯示及流速測量的實驗技術(shù) ? 但是建立了合適的模型，還必須有合適的實驗技術(shù)才能得到良好的實驗結(jié)果。示蹤粒子一般在流動的上游即中間包上方注流處加人。 高速攝影在流場顯示中的應(yīng)用 ? 高速攝影是把高速運動變化過程的空間信息和時間信息緊密聯(lián)系在一起進(jìn)行圖像記錄的一種攝影方法。 ? 此外還有激光多普勒測速和熱線流測速等技術(shù)。用水模型研究鋼液流動時，也需要用適當(dāng)?shù)牧Ｗ觼砟M非金屬夾雜物在流動介質(zhì)中涉及夾雜物去除的現(xiàn)象有：夾雜物的碰撞長大、夾雜物上浮、鋼液對夾雜物的潤濕性以及渣層和包襯捕獲夾雜物的能力等。 ? (1)選擇 BaO、 SrO、 La2O3等氧化物作為爾蹤劑加人中間包渣及結(jié)晶器保護(hù)渣中以追蹤夾雜物的可能來源； ? (2)按一定時間和規(guī)則在中間包鋼液中取大樣、小樣及渣樣； ? (3)按一定時間和規(guī)則在結(jié)晶器未凝固鋼液中取小樣、鉛筆樣及渣樣； ? (4)在鑄坯上按一定部位取長條樣、大樣。 3 中間包內(nèi)鋼液流動現(xiàn)象 中間包鋼液流動特性 ? 注入?yún)^(qū)的流速很高，達(dá)到 1m/s以上，高速注流抽引周圍鋼液向下流動，注流速度逐漸減小，但幅度不大，到達(dá)底部時速度依然很大。鋼液流過壩后，折向上方的液流重新轉(zhuǎn)向水口，形成回流。 ? 鋼液流出過程形成的匯流旋渦，能把液面上的渣卷入鋼液內(nèi)部．甚至卷入空氣，增加二次氧化，重惡化鋼的質(zhì)量。 改進(jìn)中間包鋼液流動的措施 ? 改進(jìn)中間包內(nèi)鋼液流動的主要方法是：消除包底鋪展的流動，使下游的流動有向上趨勢，延長注入到出口的時間，增加熔池深度以減輕匯流旋渦等。對于不夠大的中間包，可通過改進(jìn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如加設(shè)擋墻或壩。 較深的熔池表面流速較小，減輕了液面波動，這對減輕二次氧化也是有利的。 ? 考慮到自然對流對鋼液流動方向的影響以及避免壩體上浮的危害，用導(dǎo)流隔墻來控制中間包流動是