摘要：冶金的浇筑过程中，钢水进行二次氧化的时候氧化气氛经常会导致中间包产生二次氧化，进而让其中的钢材变质，这样一来生产得到的产品质量就会大幅度下降，这也是现在冶金企业面临的一个重要问题，文章基于此探讨充氩对其产生的优化效果。
关键字：CSP；连铸中间包；氩气填充
1 前言
冶金生产过程中如果中间包中充满了氧气，高温条件下氧气很容易和钢材中铁等成分发生反应，这样一来产品的质量就会大幅度下降，在这样的背景下，填充氩气可以有效的解决这一问题，文章探讨了充氩对这一过程具体产生的优化效果，希望可以给有关从业人员以启发。
2 工程概述
多年来，大量冶金工作者在研究浇铸过程中钢水二次氧化的来源过程中，发现中间包内的氧化气氛是造成中间包开浇二次氧化的一个主要原因，期间大家也做了很多的实验室实验和工业试验，发现开浇前通过向中间包内吹氩置换其中的氧气，可以显著降低开浇过程中钢水的二次氧化。马钢第四钢轧总厂在连铸生产中采用了中间包充氩技术，即开浇前通过中间包盖内预埋氩气管路向中间包内充氩气来置换其中的氧气，从而达到降低开浇前中间包内氧气含量的目的。生产实践过程中发现中间包内充氩效果受各种因素影响，因此本文针对生产中冷态、热态中间包充氩效果进行调研评价，检测中间包充氩后包内实际氧气含量，找出可能影响中间包充氩效果的因素并提出改进措施，从而达到降低钢水二次氧化、提高钢水洁净度的目的。
3 方法
本厂中间包为T型结构，冲击区位于中间包中心位置，两侧各有4个充氩点及烧嘴烘烤孔，本文将8mm钢管在伸入中间包冲击区距底部200mm处，用便携式烟气分析仪直接抽取气体分析氧气含量。
4 检测结果
中间包检测位置响因素摸索，可能会给正常生产带来一定的干扰，因此，先选择在冷态下对中间包充氩效果的影响因素进行测量分析。本次检测分别在四钢轧6台连铸中间包车上共进行了15车次，平均每台中间包车检测2．5次。
4.1 氩气管道压力、管径对吹氩效果的影响
连铸中间包吹入氩气方式为由中间包盖下表面自上而下向中间包内吹入。冷态下对6台中间包车充氩后的氧含量测定，其中1、2、4号中间包车氩气进气管(外)径为33mm，管道压力为2．3MPa－2．4MPa，5、6号中间包车氩气进气管(外)径只有15mm，管道压力仅为0．3MPa－0．4MPa。结果可以看出随着充氩时间的增加中间包内的氧含量有不同程度的降低，而在相同的吹氩时间内随着氩气管道压力增加中间包内氧气含量急剧降低，这是因为管道压力大时在相同的时间吹入氩气量较大，置换空气效果较为明显；而管道压力小时出入氩气量较小，置换空气效果不佳，因此检测位置气体环境中氧气含量较高。
4.2 中间包盖烘烤加盖(除冲击区)的影响
冷态下中间包充氩加盖与不加盖的测量结果。可以看出，中间包盖烘烤孔加盖后中间包内氧含量由原来的16．35%降至10．71%，充氩效果整体优于不加孔盖充氩效果，从可以分析出中间包不加孔盖时常温氩气从中间包顶部吹入，与中间包内热空气相遇，快速下降，中间包底部形成低压，外界空气从各个孔边缘流入中间包，大量氩气与空气混合从各个中间包盖烘烤孔和冲击区孔中部流出。这样，赶出空气量与进入空气量差值较小时，氩气吹扫效果不佳。
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4.3 中间包盖密封对充氩效果的影响
中间包冶金在连铸过程中起到了重要的作用，是保证在实际生产中获得高品质钢的重要一环。现在采用的中间包冶金技术主要有：大容量中间包：增大中间包容量一方面有利于高速连铸，换钢包时不用降低拉速，使得中问包浇注平稳，防止浇注过程中中间包液面较低从而产生旋涡使中间包表层的保护渣卷入到结晶器中；另一方面大容量中间包可以使得钢液的停留时间更长，钢液中的夹杂物有充分的时间上浮，从而达到净化钢液的目的。设置中间包控流装置：中问包控流装置的设置可以优化钢液的流动路径、消除短路流、降低钢液湍流扰动、延长钢液的停留时间，有利于非金属夹杂物的上浮去除以及均匀钢水温度和成分。中间包内设置的控流装置主要有：挡墙、挡坝、湍流控制器、中间包底吹氩、过滤器以及其组合装置等。在生产现场中发现中间包存在烘烤孔破损与密封较差的情况，中间包密封性对充氩效果的影响。在中间包盖烘烤孔破损和中间包口密封不好的情况下，即使中间包盖烘烤孔加盖，中间包内氧气含量仍然较高，中间包内氧含量最高可达到17%。究其原因还是由于大量氩气与空气混合从冲击区孔以及其它一些缝隙中流出。这样，赶出空气量与进入空气量差值较小时，氩气吹扫效果不佳。而密封性较好的中间包充氩效果明显优于其他，中间包内氧含量仅为3%。
4.4 热态下测量结果
冶金过程数学模拟(MathematicalSimulation)是以传热学、流体力学和冶金反应工程学原理为基础，通过数值方法求解一系列动量、质量、能量及组分守恒偏微分方程组，用数学方法分析流动和传热的过程，然后得到流场中不同变量的时间与空间分布，进而辅助分析实际的冶金过程。冶金技术的不断发展带动了冶金数值模拟技术的不断进步。虽然冶金过程伴随着高温十分复杂难以直观研究，但究其本质上来说都属于流动、传热和传质三种基本现象。近年来，伴随着计算机技术的高速发展和计算流体力学研究方法的不断进步，数值模拟计算方法因其具有可靠、经济的特点早已成为冶金工作者研究冶金过程的非常重要的手段。数值模拟技术的主要优点为：可以在短时间内用比较少的费用预报出实验过程，较为方便直观地得到有实用意义的研究结果。由于冶金过程大多是在高温条件下进行的，无法直接地用物理实验的方法对其进行研究，此时数值模拟的优点就显得格外突出。虽然数值模拟不可能完全反应实际的冶金过程，但大量冶金学者的模拟计算表明，该方法确实对复杂的冶金过程研究非常有用，尤其是对高温冶金过程。根据冷态试验结果，在热态条件下分别对烘烤后的中间包预充氩及中间包密封改进后预充氩等进行测试同时对比未进行预充氩中间包进行对比，在现有工艺条件，中间包烘烤结束后，中间包内部氧含量基本已达8%以下，而就现有中间包进行预充氩后在充氩时间至150s时，中间包内氧含量基本达到最低值，其中3#中间包车为2．2%，4#中间包车受充氩管道压力和管径的影响，氧含量最低为5．6%。现场对中间包密封性进行优化，改进后中间包预充氩后氧含量均达1%以下，效果良好。同时发现，中间包充氩150s后，包内氧含量基本已达最低值。
5 结束语
在冷态和热态条件下充氩的时间和密封性等会对生产效果产生影响，冷态条件下充氩时间增加会导致中间包中氧气含量逐渐降低，与此同时相同冲压时间的条件下氩气的管道压力增加会导致氧气含量大幅度的降低。氩气填充可以有效的避免中间包中氧气氛围的形成，提高钢材生产质量，有着重要的意义。
参考文献：
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论文作者:周杰
论文发表刊物:《城镇建设》2019年13期
论文发表时间:2019/9/17
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