一种在中间包内进行镁处理的装置及方法与流程

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种在中间包进行镁处理的装置及使用方法。

背景技术：

金属镁具有极强的脱氧、脱硫能力，在液态钢中具有比钙更高的溶解度(1873K，镁在碳饱和铁液中溶解度为0.0532％,钙为0.03％)。镁脱氧产物离散性好，MgO颗粒间吸引力约为Al₂O₃颗粒间吸引力的1/10，脱氧产物不易聚合。镁处理能使钢中T.O降低，促使簇群状Al₂O₃夹杂物变成细小、弥散的MgO·Al₂O₃夹杂物,簇群状Al₂O₃夹杂物尺寸一般在20um以上，大型簇群状Al₂O₃夹杂物尺寸甚至会达到100um以上，MgO·Al₂O₃夹杂物尺寸一般小于6um，所以采用镁处理能极大的降低夹杂物尺寸。弥散的镁系脱氧产物可为钢液凝固过程中氮化物、硫化物提供均质形核点，夹杂物粒径显著细化，并且弥散的氧化物夹杂还可以在焊接过程中钉扎晶界，有效促进晶内铁素体形核，显著改善焊接热影响区的韧性。镁处理对改善钢铁产品性能的效果已经得到国内外众多研究学者的肯定。但金属镁极活泼，沸点为1107℃，蒸汽压高(1873K铁液中饱和蒸汽压约为2.02MPa)，,加入钢液脱氧易引起爆炸和喷溅事故，利用率较低。目前国内外钢厂进行镁处理的方法是精炼脱氧合金化后，采用喂线的方式将镁质合金线快速穿过渣层喂入钢包底部，以钢水静压力克服镁的高蒸汽压，以提高收得率。但由于精炼时间紧张，实际精炼过程中留给镁处理的时间仅有3～5分钟，所以必须在这3～5分钟把全部的镁质合金线喂入钢水中，这势必造成了镁质合金线的瞬时喂入速度过大，由于钢液中镁蒸气的瞬时含量过大，大量的镁蒸气还没来得及与Al2O3夹杂反应就溢出钢包外，镁蒸气的利用率偏低。

CN202447616U公开了一种单流宽厚板坯中间包气幕挡墙，在中间包包底设有一道用镁质弥散型透气砖砌筑的气幕挡墙，埋设于中间包包壁涂抹料内的氩气管一端连接气幕挡墙，另一端引出在中间包包沿上的氩气管通过快速接头与金属软管连接，金属软管另一端依次与转子流量计、调节阀、减压阀连接，减压阀连接在稳压装置上。采用气幕挡墙可显著提高钢水的洁净度，将[O]含量由14.5ppm降低到11.3ppm,；显微夹杂物总量由7.92个/mm2降低至6.04个/mm2；氧化物夹杂总量从0.0062％降低到0.0046％；大型夹杂物从5.79mg/10kg降低至4.16mg/10kg。从弥散透气砖吹出的氩气在上浮过程中能促进夹杂物的长大去除，同时气幕挡墙技术能改善中间包流场，但是氩气由于是惰性气体，不会与夹杂物进行反应，不能起到氧化物冶金的效果。目前公开报道的文献中还没有把镁处理和气幕挡墙技术结合起来的技术。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供一种在中间包进行镁处理的装置和方法，利用惰性载气将镁粉喷吹到中间包气化室内，镁粉在气化室内快速气化，生成的镁蒸汽泡通过透气砖进入钢水中，镁蒸气泡上浮过程中与Al₂O₃等夹杂发生反应生成尺寸细小的夹杂物，起到细化夹杂和硫化物球化的效果，并且惰性气体和镁蒸气在上浮过程中起到气幕挡墙的效果，能吸附夹杂物和改善中间包流场，并且在整个浇注过程中都对钢水进行镁处理，镁粉的瞬时喂入量小，钢液中镁蒸气的瞬时含量也小，镁蒸气会与Al₂O₃等夹杂平稳的发生反应，杜绝了爆炸和喷溅事故，能提高镁蒸气的利用率。

本发明提供一种在中间包进行镁处理的装置及使用方法，具体装置如图1所示，包括1透气砖、2电热式气化室、3加热电阻棒，4、中间包工作层、5、中间包永久层、6、喷吹管道、7、流量计、8、压力表、9缓冲气罐、10阀门、11喷粉系统、12电源、L为透气砖长度、W为透气砖宽度、H为透气砖高度。

本发明提供一种在中间包进行镁处理的装置，位于中间包底部，包括透气砖(1)和电热式气化室(2)，透气砖(1)嵌入在中间包底部、靠近气源侧壁的工作层，透气砖下方的中间包永久层砌筑电热式气化室，气化室与中间包永久层内埋入的喷吹管道连接。

优选的，所述透气砖为镁碳质透气砖，所述透气砖为弥散式或狭缝式透气砖。

优选的，透气砖的上透气面平齐或略高于中间包工作层上表面，透气砖下表面与中间包永久层接触，透气砖宽度为5-15cm，透气砖长度与中间包底部的工作层的宽度相同。由于透气砖的上透气面平齐或略高于中间包工作层上表面，透气砖下表面与中间包永久层接触，所以透气砖的高度约等于中间包工作层的厚度。

优选的，所述气化室为电热式气化室；气化室以镁碳质耐火材料砌筑，气化室高度为5-15cm，气化室的宽度和长度略小于透气砖的宽度和长度。所述的气化室的宽度和长度略小于透气砖的宽度和长度，本领域技术人员可以根据实际情况设定，比如气化室的宽度和长度小于透气砖的宽度和长度0.1～3cm；例如气化室的宽度和长度小于透气砖的宽度和长度0.1cm、0.3cm、0.5cm、0.7cm、0.9cm、1cm、1.2cm、1.4cm、1.6cm、1.8cm、2cm、2.2cm、2.4cm、2.6cm、2.8cm以及上述任意两个数值组成的范围。

优选的，在气化室内安装1-15个电加热式电阻棒。更优选的，电阻棒材质为碳硅质，电阻棒采用外部电源提供电能。

本发明还提供一种中间包，包括上述在中间包进行镁处理的装置，其特征在于，

中间包底部和靠近气源侧壁的中间包工作层埋入透气砖(1)，在在透气砖下方的中间包永久层(5)中砌筑气化室(2)，在中间包永久层(5)内埋入一个喷吹管道(6)，喷吹管道一端与气化室(2)连接，另一端沿侧壁永久层伸出并与喷粉系统(11)连接。通过喷吹管道(6)向气化室(2)内喷吹镁粉，用氩气做载气。优选的，喷吹管道的另一端沿侧壁永久层伸出并通过中间包外流量计(7)、压力表(8)、缓冲气罐(9)、阀门(10)与喷粉系统(11)连接。

优选的，所述透气砖为镁碳质透气砖，所述透气砖为弥散式或狭缝式透气砖。

优选的，透气砖的上透气平面略高于中间包工作层(4)的上表面，透气砖(1)的下表面与中间包永久层(5)接触，透气砖(1)的宽度为5-15cm，透气砖(1)的长度与中间包底部工作层宽度相同，

优选的，所述气化室为电热式气化室；更优选的，气化室(2)以镁碳质耐火材料砌筑，气化室(2)的高度为5-15cm，气化室(2)的宽度和长度略小于透气砖1的宽度和长度，以方便透气砖的安装和固定。

优选的，在气化室(2)的内部安装1-15个电加热式电阻棒(3)；更优选的，电阻棒(3)的材质为碳硅质，电阻棒(3)采用外部电源(12)来提供电能，在靠近气化室(2)的中间包侧壁开一个孔洞，电阻棒(3)和电源(12)通过中间包侧壁开的孔洞连接。

本发明还提供一种在中间包进行镁处理的方法，包括下列步骤：

1)中间包砌筑完成后，吊到连铸平台，

2)采用煤气烘包3-5小时，同时打开电源，对气化室加热至1150℃以上，

3)连铸开浇后，打开阀门，设定好喷吹流量，喷粉系统把惰性气体和镁粉喷吹入气化室，其中氩气的喷吹流量为3～20NL/Min，镁粉的喷入速度为3～500g/Min。镁在气化室内被气化，镁蒸气和氩气通过透气砖喷吹入中间包内，均匀弥散的氩气泡和镁气泡从透气砖表面溢出，镁气泡与夹杂物发生反应,生成的MgO、MgO·Al₂O₃夹杂直径均小于6um，尺寸细小，生成的MgS夹杂为球状硫化物，钢板轧制时MgS夹杂沿钢板轧制方向变形较小，轧制后硫化物的长/宽比值较小，有利于降低钢板各向异性，MgO、MgO·Al₂O₃可以成为钢液凝固过程中硫化物的形核质点，有利于Ⅰ、Ⅲ类硫化物的析出。

NL/Min是流量单位，指标准状况下每分钟的气体流量升数。

在中间包底部和靠近气源侧壁的工作层开槽并嵌入镁碳质透气砖，所述透气砖为弥散式或狭缝式透气砖，透气砖的上透气面平齐或略高于中间包工作层上表面，透气砖下表面与中间包永久层接触，透气砖宽度为5-15cm，透气砖长度与中间包底部的工作层的宽度相同，在透气砖下方的中间包永久层砌筑电热式气化室，气化室以镁碳质耐火材料砌筑，气化室高度为5-15cm，气化室的宽度和长度略小于透气砖的宽度和长度，以方便透气砖的安装固定，在气化室内安装1-15个电加热式电阻棒，电阻棒材质为碳硅质，电阻棒采用外部电源提供电能，在靠近气化室的中间包侧壁开一个孔洞，电阻棒和电源通过中间包侧壁开的孔洞连接；在中间包永久层内埋入一个喷吹管道，喷吹管道一端与气化室连接，另一端沿侧壁永久层伸出并通过中间包外的流量计、压力表、缓冲气罐、阀门与喷粉系统相连。喷粉系统通过喷吹管道向气化室内喷吹镁粉，用惰性气体做载气。

如图1所示的中间包砌筑完成后，吊到连铸平台，开始使用前，采用煤气烘包3-5小时，同时打开电源，对气化室加热至1150℃以上，连铸开浇后，打开阀门，设定好喷吹流量，喷粉系统把惰性气体和镁粉喷吹入气化室，其中氩气的喷吹流量为3～20NL/Min，镁粉的喷入速度为3～500g/Min，镁在气化室内被气化，镁蒸气和氩气通过透气砖喷吹入中间包内，均匀弥散的氩气泡和镁气泡从透气砖表面溢出，镁气泡与夹杂物发生如下①②③式反应,生成的MgO、MgO·Al₂O₃夹杂直径均小于6um，尺寸细小，生成的MgS夹杂为球状硫化物，钢板轧制时MgS夹杂沿钢板轧制方向变形较小，轧制后硫化物的长/宽比值较小，有利于降低钢板各向异性，MgO、MgO·Al₂O₃可以成为钢液凝固过程中硫化物的形核质点，有利于Ⅰ、Ⅲ类硫化物的析出。

3Mg+Al₂O₃＝3MgO+2Al ①

MgO+Al₂O₃＝MgO·Al₂O₃ ②

Mg+S＝MgS ③

惰性气体泡和镁蒸气泡会在中间包内形成气幕，起到气幕挡墙的效果，能改善钢液流动性，促使钢液上扬流动，减少了钢液短路流的发生。气泡的浮力产生气泡泵的现象，有利于夹杂物的碰撞去除，气泡在上浮过程中可以捕捉夹杂物，并带动夹杂物上浮去除。

本发明的优点

1、本发明在中间包内进行镁处理，在整个浇注过程中都可以进行镁处理，镁处理时间长，相应的单位时间内喷入钢水中的镁粉量就少，镁处理可以平稳的进行，能提高镁的收得率，镁的收得率能达到40％以上。

2、本发明对镁处理和气幕挡墙技术进行技术集成，把这两种技术的优点相结合，起到细化夹杂物、硫化物球化、改善中间包流场结构、促进夹杂物的上浮去除的效果，能消除10um以上的大尺寸夹杂，并减少钢水中夹杂物含量20％以上。

3、本发明设备简单，在原中间包进行较小的改动就可以实现本技术，不需要复杂和昂贵的设备。

附图说明

图1为一种在中间包进行镁处理的装置示意图。

图2为图1的AA剖面的局部放大图。

具体实施方式

以下举例并配合装置示意图1、2对一种在中间包进行镁处理的装置及使用方法做进一步说明。

实施例1

制作一个如图1所示的在中间包进行镁处理的装置，在中间包底部和靠近气源侧壁的中间包工作层开槽埋入镁碳质透气砖1，所述透气砖为弥散式透气砖，透气砖的上透气平面略高于中间包工作层4的上表面，透气砖1的下表面与中间包永久层5接触，透气砖1的宽度为10cm，透气砖1的长度与中间包底部工作层宽度相同，在在透气砖下方的中间包永久层5中砌筑电热式气化室2，气化室2以镁碳质耐火材料砌筑，气化室2的高度为8cm，气化室2的宽度和长度略小于透气砖1的宽度和长度，以方便透气砖的安装和固定，在气化室2的内部安装10个电加热式电阻棒3，电阻棒3的材质为碳硅质，电阻棒3采用外部电源12来提供电能，在靠近气化室2的中间包侧壁开一个孔洞，电阻棒3和电源12通过中间包侧壁开的孔洞连接；在中间包永久层5内埋入一个喷吹管道6，喷吹管道一端与气化室2连接，另一端沿侧壁永久层伸出并通过中间包外流量计7、压力表8、缓冲气罐9、阀门10与喷粉系统11连接。通过喷吹管道6向气化室2内喷吹镁粉，用氩气做载气。

如上所示的中间包砌筑完成后，吊到连铸平台，开始使用前，采用煤气烘包3-5小时，同时打开电源12，对气化室进行加热至1200℃备用。钢水在精炼工位不进行钙处理，钢包吊入连铸工位，开浇后，打开阀门10，氩气喷吹流量设定为5NL/Min，镁粉的喷入速度为50g/Min,喷粉系统把氩气和镁粉喷吹入气化室，在气化室内镁被气化，镁蒸气和氩气通过透气砖喷吹入中间包内，镁气泡与夹杂物发生上述①②③式的反应，起到把夹杂物变性的效果，均匀弥散的氩气泡和镁气泡从透气砖表面溢出，形成气幕挡墙，起到优化中间包流场结构，促进夹杂物上浮的效果。通过在轧材取样做夹杂物分析，夹杂物类型为MgO、MgO·Al₂O₃、MgS类夹杂，未发现团簇状Al₂O₃类夹杂，MgO、MgO·Al₂O₃夹杂物尺寸均小于6um，钢中全氧含量降低20％以上，硫化物夹杂为Ⅰ、Ⅲ类硫化物夹杂，未发现沿晶界析出的Ⅱ类夹杂。在中间包内进行镁处理起到了良好的效果。

实施例2

其他同实施例1，不同之处在于：

透气砖宽度为5cm，气化室高度为5cm，在气化室内安装1个电加热式电阻棒。

气化室的宽度和长度小于透气砖的宽度和长度0.1cm。

采用煤气烘包4小时，同时打开电源，对气化室加热至1150℃。

连铸开浇后，打开阀门，设定好喷吹流量，喷粉系统把惰性气体和镁粉喷吹入气化室，其中氩气的喷吹流量为3NL/Min，镁粉的喷入速度为3g/Min。

实施例3

其他同实施例1，不同之处在于：

透气砖宽度为15cm，气化室高度为10cm，在气化室内安装5个电加热式电阻棒。

气化室的宽度和长度小于透气砖的宽度和长度0.3cm。

采用煤气烘包3小时，同时打开电源，对气化室加热至1180℃。

连铸开浇后，打开阀门，设定好喷吹流量，喷粉系统把惰性气体和镁粉喷吹入气化室，其中氩气的喷吹流量为10NL/Min，镁粉的喷入速度为100g/Min。

实施例4

其他同实施例1，不同之处在于：

透气砖宽度为7cm，气化室高度为15cm，在气化室内安装15个电加热式电阻棒。

气化室的宽度和长度小于透气砖的宽度和长度0.5cm。

采用煤气烘包4小时，同时打开电源，对气化室加热至1230℃。

连铸开浇后，打开阀门，设定好喷吹流量，喷粉系统把惰性气体和镁粉喷吹入气化室，其中氩气的喷吹流量为20NL/Min，镁粉的喷入速度为200g/Min。

实施例5

其他同实施例1，不同之处在于：

透气砖宽度为12cm，气化室高度为12cm，在气化室内安装8个电加热式电阻棒。

气化室的宽度和长度小于透气砖的宽度和长度2cm。

采用煤气烘包5小时，同时打开电源，对气化室加热至1250℃。

连铸开浇后，打开阀门，设定好喷吹流量，喷粉系统把惰性气体和镁粉喷吹入气化室，其中氩气的喷吹流量为15NL/Min，镁粉的喷入速度为500g/Min。