本发明涉及钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置及吹氩方法。
背景技术：
随着社会经济与科技的发展，对钢材的性能要求日益提高。如何有效防止和最大程度去除夹杂物以提高钢水洁净度是目前研究的主要方向。可从两个方面对铸坯的洁净度进行控制，一方面是尽可能通过各种方式去除钢水中的夹杂物，另一方面是减少冶炼和浇注过程中夹杂物的进入和产生，特别是钢水吸气问题，钢水吸气可带来两个危害，一个危害是钢水二次氧化，即钢水中的酸溶铝等元素被氧化成氧化物，另一个危害是导致钢水中氮元素含量的增加。随着精炼技术水平的提高，去除钢水中夹杂物已经达到较高的水平，目前，防止浇注过程中的钢水吸气变得越来越重要。
氮元素在钢中是固溶强化元素，会导致时效和蓝脆等现象，还能与钛、铝等生成较为尖锐的夹杂物；钢中的氮会降低钢材的韧性、塑性、焊接性能等等。钢水中的氮含量在炼钢终点时含量最低，钢水中的氮元素增高主要是之后的精炼和浇注过程中吸气导致的。因此，为了防止浇注过程中的吸气，需要采取保护浇注来防止钢水吸氮。
钢水中脱氧多采用铝进行脱氧，为了获得较低的溶解氧，一般控制酸溶铝含量在0.025-0.045％之间，而一些高铝钢如38crmoal酸溶铝含量更是高达0.7-1.1％。如果在浇注过程中钢水吸气，钢水中的酸溶铝就会与空气中的氧生成氧化铝夹杂物，从而在浇注时引起水口堵塞、蓄流等一系列问题。
为了防止钢包转运和浇注过程中的吸气提高钢水纯净度，目前在连铸生产过程中，普遍采用大包水口与大包长水口吹氩密封来实现大包保护浇注。但二者之间的接缝处容易因为浇注的钢流引起的负压而吸入空气，从而导致钢水中氮含量和氧含量的增加。使用透气环式吹氩密封方式主要存在后期效果差和溢钢时容易堵塞等缺点，而密封垫圈则存在易损坏和密封效果不稳定等缺点。
目前已有一些专利利用长水口进行吹氩以利用大包势能，如发明专利cn102864283a，专利名称为：一种洁净钢用吹氩长水口；该申请案在长水口内侧壁与外侧壁之间设置一个与吹氩导管连通的环形气室；环形气室往水口内侧壁的径向延伸方向，水口内侧壁上还开设有多个连通水口内部与环形气室的透气孔。该申请案氩气通过吹氩接管吹入气室，氩气在气室内通过各个透气孔吹入钢液中，在水口内壁可产生数量更多的小气泡，同时钢液流动的速度梯度产生的剪切力可将小气泡击碎成更细小气泡。小气泡俘获夹杂物进入中间包后迅速上浮，被中间包覆盖剂吸附，提高铸坯的清洁度。发明专利cn104139179a，专利名称为：一种多功能吹氩长水口，该申请案也提出改进吹氩长水口以便更好的进行氩气密封和利用大包势能产生小气泡。然而，上述申请案均是对长水口吹氩部分进行的技术改进，并没有对长水口进行改进和创新。发明专利cn102864283a在长水口上端设置台阶状漏斗，也主要是为了长水口能够更好的与钢包对接，更好的包裹钢包，达到更好的密封效果，并不能起到很好的耗散钢水势能的作用。
中国专利号zl201621488358.4，授权公告日为2017年7月14日，发明创造名称为：一种浸入式开浇用钢包长水口；该申请案长水口本体的顶部设有碗口，所述碗口与内腔相联通，长水口本体下端内腔直径大于长水口本体上端的内腔直径，内腔呈喇叭口状。该申请案扩大了钢包长水口本体下端内腔体积，即使开浇时有残留空气，受热膨胀压力很小，不会对长水口与钢包出口间密封形成冲击，避免从长水口与钢包出口间密封泄漏，提高了开浇质量。但该申请案主要依赖长水口本体下端设置的喇叭口结构避免形成冲击，钢水在经过长水口的最后时刻才能进一步散开，耗散钢水势能比较被动，效果不理想；且为了不产生较大的冲击深度，下端喇叭口结构截面积会设计的较大，长水口在结构设计上存在缺陷。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明针对背景技术所提出的问题，提供了一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置及吹氩方法，本发明主要是通过在长水口中部设置贮流区耗散钢水势能，而且在该区吹入氩气，氩气上升至密封区形成微正压的氩气气氛，有效防止钢水吸气；利用贮流区钢水耗散的动能将氩气打碎成小气泡，并由钢水携带进入中间包以进一步去除夹杂物；长水口出口呈喇叭口状，进一步耗散钢水势能以减轻对中间包钢水的冲击。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，包括长水口本体，所述长水口本体内部设有中空内腔，长水口本体中部内腔直径大于两端内腔直径，形成贮流区。
作为本发明更进一步的改进，所述的长水口本体一端设置碗口，该碗口对接钢包出水口，且碗口与钢包出水口之间设置密封垫圈。
作为本发明更进一步的改进，所述的贮流区靠近碗口的一端侧壁上设置有吹氩孔，吹氩导管连接吹氩孔，氩气通过吹氩导管吹入长水口贮流区。
作为本发明更进一步的改进，所述的吹氩导管沿贮流区侧壁周向间隔设置4-6个。
作为本发明更进一步的改进，所述的贮流区侧壁上，距离贮流区与上端长水口本体交界位置30cm处设有至少一排沿周向均匀分布的吹氩导管，每排设置4-6个吹氩导管。
作为本发明更进一步的改进，所述的贮流区内腔直径为两端长水口本体内腔直径的1.3-1.8倍。
作为本发明更进一步的改进，所述的贮流区设置在距离碗口下部140-170cm处。
作为本发明更进一步的改进，所述的长水口本体出口10cm段设置喇叭口，该喇叭口内腔直径为长水口本体内腔直径的1.4-1.6倍。
本发明的一种利用所述的长水口装置进行吹氩的方法，首先将钢包出水口打开，确认钢包出水口能打开后，将钢包出水口关闭，再将长水口本体的碗口与钢包出水口对接，通过吹氩导管向贮流区吹氩，然后第二次打开钢包出水口开浇钢水。
作为本发明更进一步的改进，第二次打开钢包出水口后，吹入的氩气流量为30-60l/h，吹氩压力为0.1-2mpa。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，通过改进传统长水口结构，在长水口本体中部设置内腔直径大于长水口两端内腔直径的贮流区，使得钢包内的钢水以阶梯方式进入下方的中间包，钢水势能在长水口贮流区得到充分耗散，有效的减轻了钢水对中间包的冲击；
(2)本发明的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，利用长水口中部贮流区吹入氩气并在贮流区形成氩气的贮留，贮流区形成氩气气氛密封了长水口防止钢水吸氮，与此同时，由于中部的贮流区使得钢水的冲击将部分氩气冲击成小的氩气泡后被钢水卷带入中间包内，在保证了钢液的纯净度同时提高了中间包去除夹杂物的能力；
(3)本发明的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，在长水口出口端做了一定的形状改进，即设计长水口出口呈喇叭口状，且喇叭口内腔直径仅为长水口本体内腔直径的1.4-1.6倍，相对于传统的大喇叭口设计，本发明一方面在前端已有贮流区的前提下，能在长水口出口端进一步耗散钢水势能以减轻对中间包钢水的冲击；另一方面喇叭口面积较小，使得长水口结构更优化；
(4)本发明的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，不仅直接将吹氩导管设置在贮流区，且沿贮流区侧壁周向均匀分布多个吹氩导管，吹氩导管对称辐射状设计多个，易于形成氩气均匀气氛，便于密封；且贮流区内腔变粗，也给了氩气更多的空间，钢水进入贮流区，氩气能够及时均匀的将钢水保护起来，钢水势能在贮流区耗散时也更便于将附近的氩气吸入打散形成小气泡并随钢水进入中间包；
(5)本发明的一种利用所述的长水口装置进行吹氩的方法，配合长水口的结构改进，设计钢水正常开浇过程中，吹入的氩气流量为30-60l/h，吹氩压力为0.1-2mpa，该条件下氩气上升至密封区形成微正压的氩气气氛，能够有效防止钢水吸气，且贮流区钢水耗散的动能能够充分将氩气打碎，形成小气泡，进入中间包以进一步去除夹杂物，保证钢水的洁净度。
附图说明
图1是本发明的吹氩密封及洁净钢水的长水口结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、钢包出水口；2、密封垫圈；3、长水口本体；4、吹氩导管；5、贮流区；6、喇叭口。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1，本实施例的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，设置在钢包与中间包连接处。长水口本体3为中间凸出，下端出口呈喇叭状的变径体，具体为长水口本体3上端为漏斗状碗口，该碗口对接钢包出水口1，且碗口与钢包出水口1之间设置密封垫圈2。长水口本体3内部设有中空内腔，本实施例在距离碗口下部150cm处设置贮流区5，贮流区5内腔直径大于两端长水口本体3的内腔直径。贮流区5的主要作用是使得钢包内的钢水以阶梯方式进入下方的中间包，钢水势能在贮流区5得到充分耗散，以减轻钢水对中间包的冲击。同时，在贮流区形成氩气的贮留，形成氩气气氛密封长水口防止钢水吸氮。发明人经过长期的理论研究，和在钢厂的实践总结，认为设置贮流区5内腔直径为两端长水口本体3内腔直径的1.3-1.8倍比较合适，具体到本实施例贮流区5内腔直径为两端长水口本体3内腔直径的1.5倍。
本实施例在贮流区5侧壁上，距离贮流区5与上端长水口本体3交界位置30cm处设置吹氩孔，吹氩导管4直接连接吹氩孔，且吹氩导管4沿贮流区5侧壁周向间隔设置4个，氩气通过吹氩导管4吹入长水口贮流区5。吹氩导管4对称辐射状设计4个，易于形成氩气均匀气氛，便于密封。
值得说明的是，对于钢水纯净度的提高，除了防止外部气体进入形成氧化物还需要去除出钢后的脱氧产物。根据现有理论，通过气泡捕获夹杂物并上浮去除是简单有效的手段。同时，有关研究表明：有效去除夹杂物的气泡应该为细小气泡，最佳范围在2-15mm。背景技术中提到的发明专利cn102864283a，专利名称为：一种洁净钢用吹氩长水口；即利用大包钢水的势能产生的剪切力将大气泡击碎成小气泡，形成细小气泡更好的去除夹杂物。
本实施例虽也是利用上述理论，但本实施例直接将吹氩导管4设置在贮流区5，由于贮流区5处内腔变粗，给了氩气更多的空间。一来易于形成氩气气氛，便于密封；二来钢水进入贮流区5，氩气能够及时均匀的将钢水保护起来，再有钢水势能在贮流区5耗散时也更便于将附近的氩气吸入，充分打散形成细小气泡并随钢水进入中间包，提高了中间包去除夹杂物的能力。而在吹氩密封方面，传统吹氩都是将吹氩口设置在长水口上端，对着包裹钢包出水口1处进行吹氩，如此留给吹氩的空间比较少，导致接口处密封效果不是很好，并不能有效防止钢水吸氮。而本实施例贮流区5容留的氩气较多，有较小压力即可将氩气顶至钢包出水口1处，能够达到与传统吹氩方式一样甚至更好的密封效果。
所述的长水口本体3出口10cm段设置喇叭口6，该喇叭口6最上端内腔直径为长水口本体3内腔直径的1.4倍，最下端内腔直径为长水口本体3内腔直径的1.6倍。本实施例通过改进传统长水口结构，在长水口本体中部设置贮流区5，使得钢包内的钢水以阶梯方式进入下方的中间包，钢水势能在长水口贮流区得到充分耗散，有效的减轻了钢水对中间包的冲击，中间的缓冲距离也可根据实际情况进行调节，对势能的耗散更灵活也更加主动。相对于传统在长水口下端单独设置大喇叭口的方式，一方面在前端已有贮流区5的前提下，能在长水口出口端进一步耗散钢水势能以减轻对中间包钢水的冲击；另一方面本实施例的喇叭口面积较小，冲击深度较小，在前期钢水深度比较浅的时候，不会冲到耐火材料，渣层也不易被卷入钢水中。
本实施例为配合长水口的结构改进，还设计了一种利用所述的长水口装置进行吹氩的方法，具体过程为：首先将钢包出水口1打开，确认钢包出水口1能打开后，将钢包出水口1关闭，再将长水口本体3的碗口与钢包出水口1对接，通过吹氩导管4向贮流区5吹氩，然后第二次打开钢包出水口1开浇钢水，此时控制吹入的氩气流量在30-40l/h范围内，吹氩压力在0.1-1mpa范围内。该条件下氩气上升至密封区形成微正压的氩气气氛，能够有效防止钢水吸气，且贮流区钢水耗散的动能能够充分将氩气打碎，形成小气泡，进入中间包以进一步去除夹杂物，保证钢水的洁净度。
实施例2
本实施例的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例在距离长水口碗口下部140cm处设置贮流区5，贮流区5内腔直径为两端长水口本体3内腔直径的1.3倍。贮流区5侧壁上，距离贮流区5与上端长水口本体3交界位置30cm处设有两排沿周向均匀分布的吹氩导管，每排设置6个吹氩导管。且为了配合长水口的结构改进，本实施例在第二次打开钢包出水口后，控制吹入的氩气流量在50-60l/h范围内，吹氩压力在0.5-1.5mpa范围内。
实施例3
本实施例的一种吹氩密封及洁净钢水的长水口装置，基本同实施例1，其不同之处在于：本实施例在距离长水口碗口下部170cm处设置贮流区5，贮流区5内腔直径为两端长水口本体3内腔直径的1.8倍。贮流区5侧壁上，距离贮流区5与上端长水口本体3交界位置30cm处设有两排沿周向均匀分布的吹氩导管，每排设置5个吹氩导管。且为了配合长水口的结构改进，本实施例在第二次打开钢包出水口后，控制吹入的氩气流量在40-50l/h范围内，吹氩压力在1-2mpa范围内。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。