能提高钢水纯净度的连铸中间包
技术领域
本实用新型涉及炼钢技术领域，具体涉及一种能提高钢水纯净度的连铸中间包，具体地说是一种能够控制钢液成分均匀性、温度均匀性，并且能够提高钢液纯净度的连铸中间包。
背景技术
连铸中间包是炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢液，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。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特殊钢产量和质量的重要一环。
一般认为，连铸中间包起分流、连浇、减压、保护及清除杂质作用。在普钢生产企业中，主要要求连铸中间包主要起到分流、连浇及减压作用，但特殊钢生产企业更注重中间包的保护及清除杂质作用，尽可能的发挥其最大的冶金效果，对钢液保护及清除杂质作用，通过中间包液面的覆盖剂，长水口以及其他保护装置，减少中间包中的钢液受外界的污染，改善钢液流动条件，并尽可能使钢中非金属夹杂物的颗粒在处于液体状态时排除掉。亦即防止短路流，减少死区，改进流线方向，增加钢液的停留时间。控制好钢液温度，使钢液过热度保持稳定。选择合适的包衬耐火材料和熔池覆盖剂，既减轻热损失又有利于吸收分离和上浮的夹杂物。
中国专利号CN104959585A公开一种小方坯连铸机中间包及其安装方法，中国专利号CN209754003U公开一种连铸用中间包，中国专利号CN201572906U公开连铸中间包内腔坝堰，中国专利号公开CN207547616U连铸机中间包，以及目前传统连铸中间包传统连铸中间包设有挡渣堰和导流坝。挡渣堰(本技术领域中也称挡渣墙)横跨整个中间包宽度，从钢液面上部延伸至距中间包底部一定距离，钢液可从其下方流过。可以控制钢包注流冲击区的大小，控制钢包注流对中间包钢液的搅拌强度，一定程度上促进夹杂物碰撞和粘结成大颗粒上浮去除。导流坝横跨整个中间包宽度，从中间包底部向上延伸至距钢液面之下一定距离，钢液从其上流过，延长钢液在中间包内的流动距离，增加钢液在中间包的停留时间，有利于夹杂物上浮去除和顶渣捕获夹杂物。
但设有导流坝的传统连铸中间包，由于其导流坝的设置，在导流坝上部的钢液能够较为充分的流动，在导流坝下部分的钢液将会形成死区，尤其是远离大包长水口浇铸区的，更为明显，此处钢液的温度没有机会充分均匀，钢液中的夹杂物没有机会碰撞和粘结成大颗粒上浮去除，并且导流坝在一定程度上会污染钢液，特殊钢浇铸时只能通过减少连浇炉水，来减少对钢液的二次污染，导致生产成本大幅提高。
中国专利号CN201249260公开了一种连铸中间包立弯式挡渣墙,该挡渣墙由平面墙体和设置在平面墙体两侧的斜面墙体构成,斜面墙体分别与平面墙体成 a角,a角的角度为100°～170°,在两侧的斜面墙体分别上设有流钢孔。由于该挡渣墙是立弯式与弧形挡渣墙由较大区别，主要是钢液在浇注过程与挡渣墙的接触，在立弯的角部钢液会形成一定的死区，流动性差，并且由于钢液在浇注过程中会形成漩涡，立弯式挡渣墙钢液侵蚀不均匀，尤其是靠近角部的位置，会导致异常侵蚀，耐材进入钢液，二次污染钢液。
中国专利号CN208099326U，公开了一种连铸中间包,包括中间包壳体,所述中间包壳体内设置有挡渣墙,所述挡渣墙将中间包壳体的内腔分隔为冲击区和浇注区,所述中间包壳体浇注区的底部设有中间包出水口。尽管该连铸中间包也未设置导流坝，但是由于其中间包包体结构、结晶器水口数量和挡渣墙形状与本中间包不同，尤其是挡渣墙形状及导流孔的设置，必然会导致中间包内钢液流场的不同，在中间包内出现钢液死区，影响钢液在中间包内的去除夹杂物效果。
中国专利CN201910418150，公开一种带感应加热及电磁搅拌的中间包，因其感应加热及电磁搅拌的设置及安装位置的原因，中间包内的流场分布不理想，不能形成大范围的流场，钢液只能形成较小范围内的流动，仍然会形成钢液死区，并且感应加热会导致中间包内钢液温差更大，尤其是死区位置钢液更低，并且该中间包生产成本大幅增加。
因此，现有连铸中间包不能满足高纯净度、高均质化和稳定性的高品质特殊钢产品的质量及生产要求。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能提高钢水纯净度的连铸中间包及其冶金工艺，本实用新型能够控制特殊钢成分均匀性、温度均匀性、能够提高钢液纯净度，并且能够提高特殊钢连浇炉数，降低生产成本，主要通过改变中间包内部的结构，将挡渣墙设置为弧形，在中间包包壁特定区域采用无磁性的不锈钢焊接，并通过外置电磁场的电磁力对中间包内的钢液进行横向搅拌，达到中间包内改善中间包流场，加强连铸中间包内钢液及夹杂物横向流动，均匀温度，去除钢液死区，促进钢液中夹杂物横向碰撞聚集长大，上浮去除，达到均匀钢液温度并去除夹杂物，达到提高特殊钢钢液的纯净度。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种能提高钢水纯净度的连铸中间包，包括包体及设置在包体内并将包体的内腔分隔成冲击区和浇注区的挡渣墙，所述冲击区位于包体的内腔的左端后侧，冲击区设有钢包长水口；
包体的包壁外层为钢板层(可以为低碳耐热钢板)，包体位于浇注区的前侧的包壁中部焊接有无磁性的不锈钢钢板，所述无磁性的不锈钢钢板上安装有电磁搅拌器，包体位于浇注区的底壁开设有结晶器水口；所述挡渣墙的顶部与包体的上沿齐平，挡渣墙的中下部开设有2-4个流钢孔，所述流钢孔用于连通所述冲击区和浇注区。
进一步的，流钢孔沿水平方向均匀且间隔布置。
进一步的，无磁性的不锈钢钢板采用专用不锈钢焊条将不锈钢钢板与低碳耐热钢板进行焊接。不锈钢钢板区域利于电磁场穿透，起到充分横向搅拌钢液。
进一步的，所述结晶器水口3-6个，且沿直线方向均匀且间隔布置。
进一步的，包体的包壁包括自外向内依次设置的所述钢板层、保温层、永久层及工作层；所述工作层材质为镁质的干式料耐材。更进一步的，钢包长水口正下方的包体底壁的工作层厚度为50-80mm，使更具耐高温钢液冲击，包体其余四周及底部工作层干式料耐材厚度为30-50mm,该成分耐材高温及电磁力冲涮。
一种冶金工艺，包括如下步骤：KR炉脱硫→转炉炼钢→LF精炼炉脱氧和合金化→RH炉真空精炼→连铸中间包净化→连铸浇注→轧制，连铸中间包净化步骤采用如上所述的能提高钢水纯净度的连铸中间包进行。
具体的，连铸中间包净化方法为：连铸中间包烘烤3±0.5小时，钢包长水口采用氩气密封，全过程采用氩气保护浇铸，钢水浇注时电磁搅拌器电流控制为400±100A。
与现有技术相比，本实用新型所取得的技术效果有：
1、基于本实用新型连铸中间包，钢包长水口冲击区边缘设置弧形挡渣墙(优选圆弧形挡渣墙)，取消传统导流坝，优化连铸中间包内部流场，能够减少钢液死区，降低挡渣墙局部侵蚀程度，保证挡渣墙在使用寿命内，能够均匀侵蚀。利用于均匀钢液温度、钢液成分及夹杂物碰撞上浮，能够更好的提高钢液纯净度。
2、同时采用外置电磁搅拌设备与弧形挡渣墙协同作用，对连铸中间包远离钢包长水口浇铸位置的钢液进行横向搅拌，使钢液在横向电磁力及垂直方向冲击力的作用下，对钢液进行充分搅拌，避免钢液出现死区。此外，还能使中间包内能够形成较大的流场及钢液循环，延迟钢液在中间包中的停留时间，更利用于均匀钢液温度、促进钢液中夹杂物横向碰撞聚集长大，进而上浮去除，达到均匀钢液温度并去除夹杂物，达到提高特殊钢钢液的纯净度。
3、基于本实用新型连铸中间包的冶金工艺生产高质量特殊钢，在中间包中各点温度差≤3.0℃，高碳高铝特殊钢中间包钢液中的[O](氧含量)控制在4ppm 以下，低碳高铝特殊钢中间包钢液中的[O]控制在15ppm以下，高质量特殊钢的连浇炉数达到10炉以上。特殊钢轧材产品，无粗系夹杂物、各类夹杂物细系之和A+B+C+D≤2.0、Ds≤0.5级，其中，轴承钢产品平均氧含量≤5.5ppm、钛含量≤12ppm；轴承钢钢材产品，网状碳化物≤1.5级、碳化物液析0级、碳化物尺寸≤2μm；轴承钢钢材产品，接触疲劳寿命的额定寿命达到L10～107级。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的中间包的结构示意图(主视图)；
图2为图1的俯视图；
图3为本实用新型实施例中的包盖的结构示意图(俯视方向)；
图4为本实用新型实施例中的中间包包体内钢液流场分布示意图。
图5为本实用新型实施例中的挡渣墙的三视图，a左视图，b为主视图，c 为俯视图。
附图标记如下：1.包体，2.挡渣墙，3.钢包长水口，4.不锈钢板，5.电磁搅拌器，6.结晶器水口，7.流钢孔,8.塞棒孔 9.安装口。
具体实施方式
本实用新型下面结合实施例作进一步详述：
本实用新型不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本实用新型的，或者凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本实用新型的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
见图1至图5，图中实心箭头代表钢液流动方向，空心箭头代表磁场运动方向，一种能提高钢水纯净度的连铸中间包，包括包体1及设置在包体1内并将包体1的内腔分隔成冲击区和浇注区的挡渣墙2，所述冲击区位于包体1的内腔的左端后侧，冲击区设有钢包长水口3。
包体1的包壁外层为钢板层，包体1位于浇注区的前侧包壁的中部焊接无磁性的不锈钢钢板，所述无磁性的不锈钢钢板上安装电磁搅拌器5(EMS)，包体 1位于浇注区的底壁开设有结晶器水口6。挡渣墙2的顶部与包体1的上沿齐平，挡渣墙2的中下部开设有2-4个流钢孔7，所述流钢孔7用于连通所述冲击区和浇注区。
包体1的包壁包括自外向内依次设置的所述钢板层、保温层、永久层及工作层，具体的，中间包包体1采用钢板和型钢制造、内部填充内衬及保温材料。包体1保温层及永久层材料与普通连铸中间包材料一样，最内侧及底部与钢液直接接触的工作层采用干式料耐材，钢包长水口3正下方的浇铸区底部的工作层厚度为50-80mm，耐高温钢液冲击，其余四周及底部工作层厚度为30-50mm,干式料耐材耐高温及电磁力冲涮，干式料耐材主要成分为镁质。
无磁性的不锈钢钢板尺寸为1.0m*2.0m,采用专用不锈钢焊条将不锈钢钢板与钢板层(本实施例钢板层材质为低碳耐热钢板)进行焊接。不锈钢钢板区域利于电磁场穿透，起到充分横向搅拌钢液。
圆弧形挡渣墙2能够减少钢液死区，降低挡渣墙2局部侵蚀程度，保证挡渣墙2在使用寿命内，能够均匀侵蚀，挡渣墙2上部与中包上沿齐平,挡渣墙2 中下部设置3个流钢孔7，且流钢孔7沿水平方向均匀且间隔布置，本实施例的流钢孔7孔径为φ50mm。结晶器水口6有4个，且沿直线方向均匀且间隔布置，连铸中间包安装缝隙采用干式料耐材涂抹。
连铸中间包包盖采用钢板及型钢制造，下部采取保温材料填充，以减少钢液温度损失，包盖开设有钢包长水口3对应的安装口9，还还开设有与结晶器水口6对应的塞棒孔8，包盖四周及塞棒孔8四周布置氩气管道，接入氩气后，保证中间包钢液面保持微正压，并可以在钢液上表面形成氩气层，避免钢液与空气接触，产生二次氧化。
基于本实施例的连铸中间包进行的冶金工艺具体见以下实施例：
实施例1：
采用该新型特殊钢连铸中间包生产的高质量轴承钢产品，采用生产工艺为： 130吨KR炉脱硫-130吨转炉炼钢-130吨LF精炼炉脱氧和合金化-130吨RH炉真空精炼-新型连铸中间包净化-连铸浇注-轧制。钢的成分C:0.99％、Si:0.27％、 Mn:0.31％、S:≤0.008％、Cr:1.47％、Al:0.013％、Ti:0.0021％。
其中新型连铸中间包采用圆弧形挡渣墙2、包盖采用氩气密封，中间包工作层采用镁质干式料浇注成型。连铸中间包净化方法为：中间包烘烤3小时，连铸长水口采用氩气密封、整体内装结晶器水口6，全过程采用保护浇铸，钢水浇注时电磁搅拌电流控制为400A，实测正常浇注过程，中间包内各点最大温差为 2℃，连铸中间包总氧为4.4ppm，成品总氧为4.0ppm。轧材粗系夹杂物0级、夹杂物A类细系0.5级、B类细系0.5级、C类细0级、D类细系0.5级、Ds类 0.5级。细系之和A+B+C+D＝1.5级。
实施例2
采用该新型特殊钢连铸中间包生产的高质量齿轮钢产品，采用生产工艺为： 130吨KR炉脱硫-130吨转炉炼钢-130吨LF精炼炉脱氧和合金化-130吨RH炉真空精炼-新型连铸中间包净化-连铸浇注-轧制。钢的成分C：0.19％，Si：0.23％， Mn：1.28％，Cr：1.15％，Mo：0.003％，B：0.0001％，Cu：0.005％、Ni：0.005％。
其中，新型连铸中间包采用弧形挡渣墙2、包盖采用氩气密封，中间包工作层采用镁质干式料浇注成型。连铸中间包净化方法为：中间包烘烤2.5小时，连铸长水口采用氩气密封、整体内装结晶器水口6，全过程采用保护浇铸，钢水浇注时电磁搅拌电流控制为300A，实测正常浇注过程，中间包内各点最大温差为 3℃，连铸中间包总氧为13.5ppm，成品总氧为12.0ppm。轧材粗系夹杂物0级、夹杂物A类细系1.0级、B类细系0.5级、C类细0级、D类细系0.5级、Ds类0级。细系之和A+B+C+D＝2级。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
