LF钢包精炼炉炉体称为钢包,而周转钢水所采用的钢包又称为盛钢桶。两着的差别是钢包精炼炉用钢包熔池直径D与钢水深度H的比值更小一些,即钢包更细一些。这种形状有利于钢包的烘烤和保温,可以节省包衬材料的用量,提高输入的搅拌能量和降低钢包的炉径向的距离。这样,当采用电弧加热时,可以缩短短网的长度,以降低供电回路的总阻抗。对于通氩搅拌的钢包通常选取D/H>1 。
钢包结构形式由钢包体、支座、包衬、耳轴箱座、耳轴、滑动水口装置、翻包环、吹氩装置等组成。
钢包体通常是由钢板焊接而成的,上口直径要稍大于底部直径,即略带锥度,以便于清除钢包中的残钢残渣。多数钢包锥度为10%。而采用电磁搅拌方式时,钢包为直桶形。
钢包体要有一定的高宽比。当容量一定时,如降低高度,则直径増大,缺点是:钢包上表面积增大,当渣量不多时,难以全部覆盖钢液,钢液被空气氧化而影响质量;另外散热增加,降温快,增加热损失,不利浇注。若减小直径则钢包又高又瘦,钢水中的夹杂物不易上浮,钢液上下温差大,也 不利于浇注。
钢包壳体为一截锥形体,内衬耐火材料后装入钢水,长期在高温、恶劣环境下工作不允许出现变形现象,所以钢包体的钢板厚度不能太薄,常用材质为20号、16Mn、20g。但对钢包壳体制作时的焊接质量要求很高,一般都要对焊缝进行探伤检验。
耳轴是用来在吊运钢包时,钢包吊具吊挂之处。耳轴材料的选取、耳轴的位置选择和直径的选择与钢包的连接的焊接是关系到钢包使用的安全性、可靠性,为此要给予足够的重视,需经过详细的计算。
加固圈是用来加固钢包,防止钢包在使用中变形。一般在钢包体上耳轴箱座的上、下面设有两道加固圈,另外在钢包上口有一道加固圈。
钢包底常用的有平底和旋压底两种形式。平底与钢包壳体采用角焊接,旋压底与钢包壳体采用双面对焊接。平底用在小钢包上,旋压底用在较大钢板上。钢包底用材质和壳体一样,但厚度要大于壳体。
钢包的焊接及检验:钢包在长期使用的条件,不允许出现变形、焊缝开裂等焊接缺陷现象。为此,对钢包的焊接质量要求很高,一般要求对焊缝进行探伤和X射线检验。特别是对耳轴、耳轴箱体焊接的检验要求更加严格。
当钢包用于真空处理时,要求外壳用钢板按气密焊接条件焊接而成。
一、中间包的作用及对中间包的要求
(一)中间包的主要作用
中间包是钢包与结晶器之间用于钢水过渡装置。中间包承受连铸钢包流入的钢水后起“承上启下”作用。
中间包的作用是:
(1)稳定钢流,减少钢流对结晶器的冲击和搅动,稳定浇注操作;
(2)均匀钢液温度和成分;
(3)使脱氧生成物和非金属夹杂物分离上浮;
(4)在多流连铸机上起分配钢液的作用;
(5)在多炉连浇时,中间包能储存一定数量的钢水,以保证在更换钢包时不停烧、不断流,仍能正常浇注。
(二)中间包设计时应能够满足工艺的要求
(1)在易于制造的前提下,力求散热面积下,保温能好,外形简单;
(2)其水口的大小与配置应能满足铸坯断面、流数和连铸机布置形式的要求;
(3)便于浇注操作、清罐和砌砖,应具有长期高温作用下的结构稳定性。
二、中间包的形状与结构
(一)中间包的形状
中间包的形状根据铸机的流数和布局,形式多种多样,有矩形、三角形、梯形、椭圆形、T形、V形等,但使用最多的是梯形,一般板坯1~2流;方坯3~6流。
中间包包壳由钢板焊接而成,保证有足够的强度和刚度,在高温工作过程中不变形,内砌耐火砖。
为了提高连铸坯的质量,防止钢水二次氧化,从钢包到中间包的注流应采用长水口,或者采用气体保护浇注。
为了使钢水在中间包停留延长(5~10min),有利于夹渣物的上浮,进一步发挥中间包净化钢水的作用,提高钢水的纯净度,目前中间包向大容量(60t),深熔池(1.2m以上)方向发展,同时在中间包内不同位置加入挡墙,以改变钢液流动方向,消除死区,使夹杂物上浮。
(二)中间包的结构
1、中间包本体是存放钢水的容器,他主要由包壳体和耐火材料包衬组成。
(1)中间包壳体。中间包壳体是由20~35mm厚的钢板焊接而成的的箱型结构件。为了使壳体具有足够的刚度,能在高温、重载的环境下经烘烤、浇注、吊装、翻罐等多次作业而不变形,应在壳体外部焊有加强筋和加强箍;为了支撑和吊装中间包,在壳体的两侧或四周焊接吊耳环;另外还需设置钢水溢流孔、出钢孔,在壳体钢板上钻有多排用来作为耐火材料的透气孔。
(2)耐火材料包衬。中间耐火材料包衬由工作层、永久层和绝热层组成。其中绝热层用石棉板、保温砖砌筑或用轻质浇注料浇筑而成,保温层紧贴钢包壳体的钢板,以减少散热;永久层用黏土转砌筑或用浇筑料整体浇注成形;工作层与钢液直接接触,可用高铝砖、镁质转砌筑,也可用硅质绝缘板、镁质绝缘板或镁橄榄石质绝缘板组装砌筑,还可以再工作气壮表面喷涂10~30mm的一层涂料。
2、中间包包盖
包盖的作用是保温和防溅,还可以减少炽热的钢水对钢包底部的辐射烘烤。它也是钢板焊接结构,内衬采用耐火混凝土捣打而成。包盖上留有预热用孔,塞棒用孔及中间一个钢包浇铸用孔。
3、挡板墙
中间包挡渣墙的作用是可改变包内钢水的流动状态,是钢水中的夹杂物容易从钢水中分离出来,同时可使用中间包的传热过程和温度分布更加趋于平均,以利于对浇注钢水温度的控制。
4、中间包塞棒
连铸中间包塞棒在多数钢厂采用整体塞棒。整体塞棒为铝碳质,结构型式为单孔型。
中间塞棒主要由操纵手柄、扇形齿轮、升降滑杆、上下滑座、横梁塞棒、支架等零件组成。
操纵手柄与扇形齿轮联成一体,通过环形齿条、拨动升降滑杆上升和下降,带动横梁和塞杆芯杆,驱动塞棒做升降运动。
中间包的塞棒机构通过控制塞棒的上下运动,达到开闭水口、调节钢水流量的目的。
中间包的形式与结构。它是由壳体、包盖、内衬、水口和挡渣墙等组成。
三、中间包主要参数的确定
中间包主要参数有容量、水口和包体的主要尺寸。
(一)中间包的容量
中间包的容量主要考虑在更换钢包过程中,中间包内的钢液量能够维持正常浇注的进行和有利于夹杂物的上浮。一般是取钢水包容量的15%-40%。中间包的容量要选择得适当,尤其在多炉连浇时,在不降低拉速又要保证包内必需的最低钢液面高度(大于250mm)的前提下,应使中间包的容量大于更换钢包间连铸机所必需的钢水量。容量过大钢水在包内停留时间长,钢水温降较多且浪费烘烤用燃料,一旦出现浇注事故时,包内残存的钢水也多。容量过小不能满足工艺要求。为此,中间包的容量主要应根据钢包容量、铸坯断面的大小和浇注的速度与流速来确定。
(二)中间包的主要尺寸
(1)中间包的高度。中间包的高度取决于钢水在包内深度和钢包注流的搅动深度。它对注流稳定和夹杂物上浮有重要影响。根据实践经验,包内钢液深度不应小于400~450mm,一般为500~600mm以上,最大可达1000mm。包内钢液面到中间包上口应留有200mm左右的高度。
(2)中间包的长度。中间包的长度主要取决于连铸机流数和流间距。应使其边部钢流能注入到最外边一流的结晶器内,过长会使边部钢水温度降低,耐火材料消耗增加。方坯流间距一般为1~1.3m。水口中心离中间包壁边缘约为200mm。
(3)中间包的宽度。中间包的宽度应保证钢水冲击到中间包水口的最短距离不小于500mm,且不影响操作人员的视线。
(4)包壁斜度。包壁斜度以10%~20%的倒锥度为宜。
四、中间包的水口参数
(1)水口直径。水口直径应根据最大浇注速度来确定,要保证连铸机在最大拉速时所需的钢流量,水口全开时钢流要圆滑而密实,不产生飞溅或涡流。浇注时必须经常控制水口开度。如用塞棒式水口,水口过大,则塞头易冲蚀,钢流易散发,若浇小断面铸坯时,结晶器还容易溢钢,而水口过小又会限制拉速,水口也易”冻结“。
(2)水口个数的距离。当铸坯宽度小于500mm时,一流只用一个水口。在这种情况下,水口的个数和所浇注的铸坯流数一样。水口间的距离即为结晶器的中心距,也是流间距,为便于操作,其值应大于600~800mm。当铸坯宽度大于700mm时,依具体尺寸可以适当增加水口个数。
为了防止钢水由中间包注入结晶器时发生二次氧化、飞溅和散热,改善铸坯表面质量,避免捞渣操作等,目前已广泛采用了浸入式水口——保护渣浇注,基本上解决了铸坯的质量问题(特别是板坯的纵裂等)。形式有直孔和双侧孔,分别于方坯和板坯。
双侧孔浸入式水口的出口孔方向有水平的、向上的或向下倾斜的(倾斜角度不超过30°)。
一般认为向下倾斜的较好。
五、连铸中间包用的耐火材料
在钢铁生产过程中,中间包是最终存放钢液的容器。中间包的形状不尽相同,但都具有调整钢流,进一步去除非金属夹杂物的任务。即要求中间包也成为精炼钢液的容器,因此,对中间包的包衬耐火材料也有较高的要求。随着连铸技术的发展,所用的耐火材料也有较大的变化与发展。目前采用最普遍的是:工作层Al2O3含量在50%左右的、用钢纤维增强的高铝浇注料;表面层喷涂MgO质涂料,采用合理的挡渣墙组合,改善钢液的流动状态,以利于夹渣物的上浮,挡渣墙材质为Al2O3含量在70%左右的经预烧的低水泥浇注料;近年出现的全碱性中间包,挡渣墙用镁质浇注料,内衬用镁质或钙质干式料,表面涂有相应材质的涂料。