摘要：通过对中间包中不同去除夹杂物的手段进行综合分析，得到各环节中间包均应保护浇注和防止卷渣卷气，中间包应具有合理的控流装N(AcYN墙、湍流抑制器、旋涡抑制器)以得到理想的流场；利用钢包注流生成的小气泡、中间包气幕挡墙和电磁搅拌离心流动可以有效去除中间包内钢水中夹杂物；连续真空处理对脱气和去除夹杂物有良好效果但其可调性差，电磁过滤可作为辅助方法去除夹杂物。

关键词：中间包；夹杂物；去除

     2003年我国钢产量已达到2．7亿t，但一些高品质钢材仍需进口，已经成为我国钢铁工业发展的障碍，同时也影响到我国钢铁产品走向世界，因此提高钢质量、增强国内钢铁企业的竞争力十分重要。提高钢的质量重点是提高钢的洁净度、对钢中夹杂物进行严格控制。中间包是炼钢流程中的最后一个冶金反应器，对钢坯的质量起着至关重要的作用，文中对近年来发展起来的中间包冶金新工艺新技术及其作用进行了总结概括。

1中间包防止钢水二次氧化

1.1无氧化烘烤与电磁感应加热

    为降低中间包耐火材料损耗，改进钢质量，国外有些钢厂已采用热中间包交换技术。采用陶瓷蓄热体换热器，向中间包喷人加热至1 500℃的氮气流，即使经过很长时间，中间包温度仍保持高温。结果表明：与使用密封气体等待较长时间的情况相比，降低了总氧量，提高了钢水的清洁度，同时中间包加热有利于防止浸入水口堵塞。

1．2保护浇注

  二次氧化是污染钢液的重要原因。钢液经过精炼后更要注意中间包内钢水的二次氧化，这是因为，(1)钢液经过精炼后，其[O]、[N]含量比和空气中的O₂、N₂的平衡值低得多，这个差值越大，二次氧化反应的驱动力越大。反应速率一般都较快。(2)钢中的[O]、[S]等都是强表面活性元素，表面活性元素吸附在钢液表面上，占据了较多的活性位置。二次氧化的另一个重要氧源是渣中的易还原氧化物FeO和MnO。钢液二次氧化与卷渣形成夹杂原因与防止措施如表1所示。

2中间包内夹杂物去除与控制

2．1中间包结构对夹杂物去除与控制

    中间包的控流元件(如上下挡墙、湍流抑制器等)的设置对包内非金属夹杂物的上浮及均匀钢水温度、成分起着至关重要的作用。国内外许多冶金工作者为强化中间包的冶金作用建立了许多中间包流场模型，但其对于满足当前生产高质量钢种要求是否具有实际意义尚无定论，因此本研究在对湍流抑制器的作用进行了深入研究的同时，采用中间包刺激响应曲线、中间包去除夹杂实验、流场观测实验对比不同中间包结构对流体流动特性的影响得到：

  (1)无控流条件下和单独使用湍流抑制器均不是理想的流场，应进行流场控制。

  (2)控流方式对夹杂物去除影响较大，无控流方式及湍流抑制器去除夹杂物效果较差，上、下挡墙对去除夹杂物效果显著，较无控流方式及仅使用湍流抑制器改善达461％～408％。

  (3)湍流抑制器与上、下挡墙组合使用时，流场中活跃区体积分数与滞流区体积分数之比及去除夹杂物能力和单独使用湍流抑制器相比效果均提高200％～300％，与单独使用上、下挡墙效果接近，但对浇注区流场控制较单独使用上、下挡墙有益，是比较理想的结构。

  (4)上、下挡墙距离加大与湍流抑制器组合使用为最佳中间包结构。

2．2  中间包内钢液卷渣及其控制

    在开浇、换包和异钢种连浇等非稳态浇注下的中间包来说钢液卷渣仍然是一个影响钢液质量的严重问题，因此必须对其加以抑制，影响中问包钢液卷渣及主要控制措施如表1所示。在卷渣中对钢液质量构成直接危害的是中间包出口汇流旋涡所造成的卷渣影响，钢铁研究总院通过水模拟研究得到减小中间包水口直径、使用塞棒和适当减小拉速等对中间包的结构参数和操作工艺参数进行优化可以在一定程度上减轻汇流旋涡的影响，同时研制成功了汇流旋涡抑制器，在全无控流条件中间包中和某钢厂现行条件中间包(具有上、下挡墙与塞棒)中其抑制汇流旋涡效果如表2所示(其中各高度值为原型的1／4)。其中旋涡产生高度、开始卷渣高度和旋涡全通高度分别为在中间包中产生旋涡、旋涡开始贯通和旋涡全部贯通时对应的中间包临界液面深度。

  由表2可知采用汇流旋涡抑制器可使现在普通使用的具有上、下挡墙的中间包中旋涡的各特征高度减小一倍以上，这样既增大了钢水的收得率，又提高了钢液质量。

2．3去除夹杂物的工艺技术

2．3．1  中间包吹气

    中间包吹氩是用氩气泡清洗钢液增强搅拌。中间包吹氩的主要方式是在中间包底部某个位置通过多孔砖或多孔氩管吹人微小气泡。在包底吹氩有3个作用：

    (1)氩气泡的浮力产生气泡泵现象，促使局部的湍动能耗散率显著增大，有利于夹杂物碰撞长大而排除。

    (2)上浮的气泡可以捕获夹杂物，并携带着它一同上浮，这样就使微细夹杂物上浮速度增大到气泡上浮的速度。

    中间包吹氩用小气泡有利于去除夹杂物，而一般在钢包长水El吹气得到的气泡个数较少，直径较大，如图1(a)所示。钢铁研究总院通过对小气泡去除夹杂物的水模拟研究得到小气泡可以通过钢包注流的剪切和冲击破碎作用获得，通过控制吹气量和吹气位置可以得到极细密的气泡如图1(b)所示，其大部分直径均不大于1 mm。这种气泡对夹杂物的去除有很好的作用。

   同时通过研究在中间包的注流冲击区进行底吹气也可以使吹人的大气泡冲击破碎为小气泡，但比在上述情况下得到的气泡直径大。

    (3)中间包吹氩的另一作用是防止长水口结瘤堵塞，为此要把氩气直接吹人中间包水口，氩气随钢液进入结晶器后上浮逸出。另外，氩气泡会带走一些热量，因此吹氩处理后，浇注温度降低，这样可以阻止柱状晶的发展，从而可以提高连铸钢坯的内部及表面质量。

2．3．2  中间包气幕挡墙

    中间包“气幕”挡墙是通过垂直于沿包底流动的液流布置的排列成列的吹氩孔口，向中问包内吹氩，吹人的氩气泡在中间包内钢液中产生一道“气幕”。

    气幕使中间包内死区体积分率显著减少，使活塞流体积显著增大，如图2所示。有研究证明将实际生产中使用气幕挡墙和原有渣堰的效果进行对比分析得到使用气幕挡墙后可使大颗粒非金属夹杂物的数量明显减少，同时由于气幕挡墙本身对钢液的污染少因此该技术在生产洁净钢时有很大的应用潜力。

2．3．3  中间包离心流动

    Y．Miki等人开发了电磁驱动离心流动中间包(见图3)以去除钢中非金属夹杂物。

  离心流动中间包分为圆筒形旋转室和矩形室(如图3所示)，钢水由钢包长水口进入旋转室，在旋转区内受电磁力驱动进行离心流动，然后从旋转区底部出口进入矩形室进行浇铸。换包期间有无离心旋转对板坯中全氧含量影响如图4所示，可知进行电磁离心搅拌后全氧的质量分数由(20~40)×10^-6降到(8～15)×10^-6。

2．3．4  中间包连续真空处理

     B．P．克里莫夫在连铸过程中对钢水进行连续真空处理，利用如图5的装置进行脱气和去除夹杂物。

     经试验该装置对镇静钢、半镇静钢和沸腾钢均有良好的效果，对08A1镇静钢进行真空处理后使连铸坯废品率减少到原来的1／4～1／2，脱氢50％～60％，氮的质量分数量不大于0．0040％，各类型夹杂物均有不同程度减少，且大于40μm的夹杂物由未真空处理的2．38个／cm²降为真空处理后的1．19个／cm²，因此这种方法是有发展前途的方法之一，但由于其位于钢包与中间包之间且钢液只能处理一次因此其可调范围小。

2．3．5  电磁过滤

    电磁过滤原理是根据非金属夹杂物与熔体导电性的差异，在电磁场作用下非金属夹杂物与熔体的运动规律不同，使用非金属夹杂物与熔体分离。分析得出，采用电磁过滤法可有效去除粒径小于10μm的非金属夹杂物，比普通过滤方法可更有效去除钢液中小于10μm的非金属夹杂物。

3  结  论

    (1)对钢包到中间包、中间包钢液面和中间包到结晶器处必须进行全程保护浇注，同时在钢包到中间包和中问包到结晶器问要防止吸气和汇流旋涡卷渣。

    (2)合理的中间包结构(上下挡墙、湍流抑制器、旋涡抑制器)不仅可以最大程度防止吸气卷渣而且可使钢水更好混匀去除夹杂物。

    (3)利用钢包注流生成的小气泡和中问包气幕挡墙可以有效去除中间包内钢水中夹杂物，在实际生产中有很大的发展空间，电磁搅拌离心流动也可以去除中间包内夹杂物。

    (4)连续真空处理对脱气和去除夹杂物有良好效果但其可调性差，电磁过滤可作为辅助方法去除夹杂物。