中间包等离子体加热技术研究进展及应用

在钢铁行业面临转型升级的新常态形势下,借助智能装备驱动钢铁产业向绿色高端化发展,有望实现钢铁生产组织的最优化。连铸中间包实现恒温、低过热度浇铸可有效改善钢材质量,为此发展中间包加热技术十分必要。针对近年来日益受到重视的中间包等离子体加热技术的相关热点问题,系统阐述了其加热原理和设备特点,介绍了等离子体加热技术国内外设备、冶金功能研发以及应用进展状况,重点分析了等离子体加热技术对中间包内钢液流场、温度场、夹杂物去除、钢液化学成分的影响,以及实际应用冶金效果。基于对等离子体加热技术研究和应用的深入认知,探讨了国内自主研发新型中空石墨电极加热过程发现的新问题,以及进一步提高其冶金效果的途径。分析表明,国内自主研发的中空石墨电极等离子体加热装置,更好的适配了国内钢铁行业变革需求,是解决浇铸钢水过热度不稳定、钢水洁净度水平低和钢水组织成分不均匀问题的有效途径,补齐精准定位“一键加热”中间包的智能化短板。

板坯连铸机中间包内钢液流动的物理模拟研究

依据相似原理,建立包钢双流板坯连铸机中间包几何相似比为1∶4的物理模型,采用物理模拟的方法研究控流装置对中间包内钢液流动状态的影响。结果表明,板坯中间包采用优化的控流装置,中间包内钢液的峰值时间和平均停留时间增加,中间包内钢液的死区体积降低,钢液的峰值时间增加比率为240.98%,钢液的平均停留时间增加比率为2.37%,死区体积减少了7.56%,优化了中间包内钢液的流动状态,促进夹杂物在中间包内碰撞、聚集、上浮、去除,保证了钢液的洁净度。

感应加热中间包钢液氢含量控制

重轨钢氢含量是影响质量的关键因素之一。包钢感应加热中间包运行初期,重轨钢等钢种常常出现首炉氢超标的现象。基于此,本文详细分析了感应加热中间包钢液氢含量超标的主要原因,并对中间包材料、耐火材料和连铸工艺进行了优化改造。研究发现,中间包感应加热上线后,预制件数量较多,常规烘烤方式很难实现有效烘烤,这是导致包钢钢液氢含量偏高的主要原因;通过改进耐火材料材质,使用PVC管替代铁皮作为通道模具,利用下线铸坯和中间包的余热以及外置烧嘴对流钢通道预烘烤,烘烤时添加烘烤喷嘴,同时提前对预制件进行烘烤、浇注前氩气置换以及浇注工艺优化等方式,有效实现了浇次首炉氢含量低于2 ppm的目标。中包感应加热运行后生产了154个浇次不同钢种,氢含量全部满足目标要求,同时碳偏析指数平均降低了0.013,提高质量的同时获得了显著的经济效益。

微孔白云石加入量对镁钙质中间包干式料性能的影响

以白云石为原料,采用二步煅烧法制备的致密镁钙砂是镁钙质中间包干式料常用的耐火原料。然而二步煅烧法工艺复杂,资源耗费大,且致密镁钙砂不利于中间包干式料隔热性能的提升。以一步煅烧法(1400℃保温3 h)制备的微孔白云石和电熔镁砂为主要原料,分别于1100、1550℃热处理后制备了镁钙质干式料试样,研究了微孔白云石加入量(质量分数分别为0、15%、30%、45%和60%)对试样性能的影响。结果表明:随着微孔白云石加入量的增加,1100℃热处理后试样的线收缩率和体积密度呈减小趋势,常温耐压强度先增大后减小;1550℃热处理后试样的线收缩率先减小后显著增大,显气孔率增加,热导率大幅降低,但常温耐压强度和抗渣性能降低。当微孔白云石加入量为60%(w)时,1550℃热处理后试样在800℃下的热导率为2.410 W·m^(-1)·K^(-1),与传统镁质干式料相比下降了51.9%,同时常温耐压强度为26.0 MPa,在力学性能略微降低的情况下表现出优异的隔热性能。

八流方坯中间包控流装置的优化

以某钢厂八流方坯中间包为研究对象,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法,基于中间包的流场、温度场及钢水停留时间分布等参数评价原控流方案下中间包钢水流动存在的问题;分析挡墙导流孔数量、孔径、位置和倾角对中间包钢水流动特性的影响,优化中间包控流装置。结果表明:原控流方案下中间包钢水存在死区体积较大、各流一致性较差及温度场不均匀等问题;优化控流方案为在挡墙侧墙减小2个导流孔孔径并提升其位置,在中间墙增加带偏角(43°)和仰角(15°)的小导流孔。优化方案的中间包流场和温度场得到大幅改善,死区体积比例由原方案的19.04%降至7.06%,活塞流和全混流体积比例均有所增加,且各流滞止时间、实际平均停留时间和峰值时间一致度均提高到80%以上,各流一致性得到大幅提升;优化方案中间包最大温差为16.004 K,比原方案下降2.182 K,且各流出口钢液最大温差为0.616 K,比原方案下降0.944 K,整个中间包温度场更均匀。

真空连铸中间包多场耦合对夹杂物去除影响研究进展

真空感应熔炼过程中连铸中间包内温度梯度与钢液流动对固体夹杂物的去除有重要作用,其直接影响钢液的纯净度。分析了连铸中间包内温度场、流场及应力场耦合数值模拟计算的现状,基于此,总结了多场耦合作用下夹杂物去除数值模拟的问题,介绍了热流耦合、流固耦合以及流固热耦合模拟方法,最后提出了流热固耦合下夹杂物去除数值模拟的建议。合理地控流装置组合和耐材选择可提高钢液质量。

高拉速连铸中间包耐材防护优化与应用

高拉速浇钢会造成中间包较严重的冲刷侵蚀,为进一步实现连铸高效率生产,满足高拉速长寿命中间包要求,通过优化中间包冲击区和迎钢面修砌方式、Al_(2)O_(3)-MgO护板材质、永久层预埋冲击板、稳流器安装方式等防护技术,提高在高拉速工况下中间包的使用寿命和安全系数。在小方坯连铸机4.5 m/min的高拉速工况下,中间包使用寿命由20 h提高到45 h,使连铸机具备长寿命高拉速的生产能力,实现了连铸直供棒材轧制生产的工艺条件,满足连铸浇注周期与轧制品种、设备维护相匹配的工艺要求。

新型环保无碳中间包干式料的研究与应用

采用新型无碳结合剂取代酚醛树脂研制出一种新型环保无碳干式料,并研究了无碳结合剂加入量对干式料性能的影响。结果表明:偏硅酸盐加入量为8%时,干式料综合性能较为优异。引入橄榄砂能够有效降低干式料热膨胀性能及烧结性能,但是抗渣性能较镁质材料略差。研制的环保无碳干式料可以满足钢厂浇注超低碳钢的使用要求,不会使钢水增碳,环境友好,弥补了树脂结合干式料在低碳、环保方面的不足。

中间包IF钢桶状取样器提取样夹杂物分布研究

IF钢的洁净度控制对产品质量至关重要,中间包内夹杂物的数量、尺寸及分布等特征是IF钢洁净度控制的重点,取样器提取的样品中夹杂物分布不均会影响对钢液洁净度测定的准确性。采用桶状取样器对国内某钢厂IF钢中间包进行取样,对钢样不同高度上的夹杂物类型和数量进行了统计对比,分析夹杂物在样品高度上的变化。结果表明:样品中氧含量随着样品高度的增加逐渐上升,氧化物夹杂的数量也随着高度的增加逐渐增加;钢样中的夹杂物主要以Al_(2)O_(3)及Al-Ti复合夹杂为主,直径大多在20μm以下,数量密度随高度的上升呈增加趋势;尺寸大于20μm夹杂物数量较少,存在于样品上部,有上浮去除的倾向;研究不同尺寸夹杂物应取不同高度样品,小尺寸夹杂物在提桶40 mm以下的分布更稳定,大尺寸夹杂物考虑上浮,应在上部取样;样品上部还存在少量卷渣夹杂物。

中间包涂料对GCr15轴承钢洁净度的影响

分析了某钢厂GCr15轴承钢生产过程中,在真空处理前后及中间包的钢水中夹杂物演变规律,结果表明,钢水中全氧含量在中间包中大幅度上升,镁铝尖晶石类夹杂物在RH软吹及中间包中有不同程度的上升,在中间包中数量上升明显。用后中间包涂料工作层中MgO骨料颗粒大量减少,部分MgO颗粒溶于钢水中造成钢水中氧含量上升。通过热力学模拟分析,论述了不同SiO_(2)含量对中间包涂料高温物相的影响,提出将SiO_(2)控制在4%~6%,并加强中间包砌制管理,可减少中间包涂料中高温低熔相的生成,可有效提高GCr15轴承钢头炉探伤合格率。

基于水模拟的控流装置对双流板坯中间包流场的影响

采用水模拟方法研究了不同控流装置对某钢厂78 t大型双流对称中间包的流场的影响。在1∶4几何比例水模型中,运用粒子图像测速(PIV)、流场示踪剂和RTD曲线等方法从不同的角度研究了有无坝孔、坝与长水口间距、堰与长水口间距、湍流抑制器高度、堰距中间包底部距离和坝高度对中间包内钢液流场的影响。结果表明,随着湍流抑制器高度加大,堰距中间包底部距离减小,中间包钢液平均停留时间显著增加,死区体积分数显著减小。另外,无孔坝可有效抑制短路流的发展,延长钢液的流动距离,增加平均停留时间;增大坝与长水口的间距,平均停留时间先增大后减小;增大堰与长水口的间距,通过坝孔直接流向出钢口的短路流得到发展,平均停留时间呈减小趋势。

采用气幕挡墙感应加热中间包的模拟研究

为了研究气幕挡墙对感应加热中间包内传输行为的影响,根据实际单流双通道感应加热中间包数据,通过数值模拟的方法,建立三维非稳态数学模型研究了气幕挡墙对感应加热中间包内流动、传热及夹杂物传输行为的影响规律。结果表明,气幕挡墙能够使感应加热中间包浇注区内流场分布更合理,钢液成分更均匀,更有利于夹杂物的上浮去除;浇注区内钢液的温度场分布更均匀,温差不超过1 K,温度较低区域进一步缩小;使用气幕挡墙后夹杂物的去除率较使用前明显提高,去除率提高约41%。

板坯连铸中间包内夹杂物行为的数值模拟

随着用户对钢产品的质量和钢液的洁净度要求越来越高,在中间包内去除夹杂物这一冶金技术越来越被人们重视,其主要方法是在中间包内设置控流装置,以延长钢液在中间包内的停留时间,提高夹杂物上浮去除的概率。本文以国内某钢厂单流板坯中间包为研究对象,基于计算流体力学的基本理论,使用商业软件Fluent对钢液流场和夹杂物在中间包内的轨迹进行数值模拟,考察不同控流装置对钢液流动和夹杂物在中间包内去除率的影响。

优化连铸工艺提高中间包寿命

连铸消耗是决定着连铸机的经济效益,而中间包寿命是决定着连铸消耗的主要因素,连铸机中间包寿命偏低,制约着宣钢—钢轧厂1号连铸机效益的进一步提高。为了进一步提升经济效益,急需连铸技术人员对制约连铸机中间包寿命偏低的因素进行深入研究。通过不断地优化工艺参数,加强耐材的管理,加强炼钢—连铸—轧钢之间的配合,使连铸生产实现高产、优质、稳定、低耗,从而实现较好的经济效益。

十机十流小方坯连铸中间包流场模拟与优化研究

为改善中间包钢液的流场分布,减小死区体积,提高夹杂物上浮效果,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法对十机十流中间包不同内部结构下的钢液流场和温度场特征进行优化研究。研究结果表明:与冲击区护墙相比,采用湍流抑制器与挡墙组合,扩大了冲击区的体积,有效减轻冲击区钢液的湍动能,显著改善了中间包内钢液的流场和温度分布。其中,采用双导流孔长挡墙(四杆支撑)+湍流抑制器的控流方式,中间包内钢液的平均停留时间为820 s,死区比例为13.03%,各流出口钢液温差为1.2℃,效果最优。

大方坯中间包控流装置及冶金效果的研究

以某炼钢厂五流大方坯连铸中间包为研究对象,采用数值模拟方法,研究不同控流装置及操作参数下的中间包内钢液流动特性。研究结果表明,设计结构合理的湍流器、挡墙和挡坝组合的中间包结构,对钢液流动状态具有重要影响,可延长中间包内钢液停留时间,达到去除夹杂物和均匀各流钢水温度的冶金效果。优化后的中间包结构能够更好地满足高品质特钢质量的要求。

中间包一次包龄突破的生产研究

中间包包龄高低、寿命长短,直接影响着连铸坯的收得率以及生产组织的连续性和稳定性。通过控制钢液的碳含量和脱氧方式、调整中间包工作内衬的厚度、优化连铸工序,使中间包一次性包龄取得新突破,由平均50 h提高到88 h。其中1号连铸机使用河南洛阳金雅源耐火材料有限公司打结的中间包,连续浇注达到112 h 40 min,连浇300炉,单包产量14984 t。

小方坯高拉速中间包上水口侵蚀机理研究

本文简述了连铸中间包上水口侵蚀机理,针对小方坯高拉速铸机拉速快、流量大且浇注时间长等特点,易发生上水口无流量堵塞、碗部破损流量大、外套与锆碗间渗钢、本体与座砖渗钢等情况,通过采取改进上水口外套材质、填充料的材质、上水口保护措施的优化、中间包预烘烤等方法,使得中间包上水口开裂、破损、堵塞问题基本解决,中间包连浇炉数进一步提升,满足多炉连浇的生产要求,进一步降低企业生产成本。

中间包偏心梁整体式吊具的研究与应用

十机十流小方坯连铸机型使用的双中间包为偏心式设计。针对传统吊具吊装中间包存在的偏重、倾斜等问题,设计制作中间包偏心梁整体式吊具,从根本上解决了中间包吊装工作中的偏重、倾斜问题,并满足熔融金属吊运规范。

中间包Al_(2)O_(3)-MgO-Cr_(2)O_(3)质挡墙的研制与应用

以烧结镁砂、电熔镁砂、高铝矾土、棕刚玉、板状刚玉、活性氧化铝微粉、二氧化硅微粉、氧化铬绿微粉为主要原料,外加高效减水剂制备中间包挡墙浇注料,并将其与原有浇注料进行对比试验。结果表明:在110℃保温24 h、1 200℃保温3 h和1 500℃保温3 h这3种处理条件下,新研制的Al_(2)O_(3)-MgO-Cr_(2)O_(3)质浇注料除常温强度略低外,烧后强度和高温抗折强度都明显高于同一条件下的对比浇注料;新研制的浇注料热震稳定性和抗渣性均明显好于原用镁质浇注料;采用新研制的Al_(2)O_(3)-MgO-Cr_(2)O_(3)质浇注料制作中间包挡墙,并在板坯中间包上试用,使用寿命明显提升,取得了预期的效果。