中间包冶金与耐火材料
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中间包是短流程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水,然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。
钢铁作为一种重要的基础原材料,在世界各国的经济发展中发挥着举足轻重的作用。
自18世纪50年代以来,随着贝赛麦转炉和平炉的出现以及大规模的钢铁制造业的兴起,人类社会的文明进步明显加快。
尤其是20世纪以来,钢铁行业的蓬勃发展,成为全球经济和社会文明进步的重要物质基础。
在可以预见的时间范围内,钢铁仍然是世界上非常重要的材料,钢铁材料的综合优异性能使其在主要基础工业和基础设施中仍是不可替代的材料。
钢铁以其成本的竞争力和原料的高储备量、易开采、易加工以及良好的再生利用性,仍将作为全球性的主要基础原材料。
在钢铁工业的发展进程中,其基本原理并没有出现根本性的变化,但钢铁生产工艺流程中各工序的技术形成以及工程的组成内涵则发生了巨大的变化,从而使钢厂结构模式及制造流程发生了深刻变化。
20世纪50年代,作为钢铁工业革命标志的连铸技术发展起来,其特点是过程速度快,投资集中,技术日趋完善。
1970年全世界连铸比仅为5.6%,而到1990年全世界连铸比已达到62.4%,一些工业发达国家的连铸比超过了95%。
近年来世界上许多炼钢厂相继以全连铸生产取代了模铸生产,到1994年实现全连铸的国家已达24个。
通传统的模铸相比,连铸具有提高金属收得率和降低能量消耗的优越性,而减少金属资源和能量的消耗是符合可持续发展要求的。
全连铸的实现使炼钢生产工序简化,流程缩短,生产效率显著提高。
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钢产量和质量的重要一环。
无论对于连铸操作的顺利进行,还是对于保证钢液品质符合需要,中间包的作用是不可忽视的。
通常认为中间包起以下作用:1、分流作用。
对于多流连铸机,由多水口中间包对钢液进行分流。
2、连浇作用。
在多炉连浇时,中间包存储的钢液在换盛钢桶时起到衔接的作用。
耐火材料属于什么行业耐火材料是指在高温环境下能够保持其结构完整性和化学稳定性的材料。
它们通常用于各种高温工业领域,如冶金、玻璃、水泥、陶瓷、石油化工等。
耐火材料行业是一个与国民经济和人民生活密切相关的重要行业,其发展水平和技术水平直接影响到国家的经济发展和社会进步。
首先,耐火材料属于冶金行业。
在冶金工业中,耐火材料主要用于高炉、炼钢炉、转炉、电炉等冶炼设备的内衬和砌筑,以及炉渣、熔剂和其他冶金原料的包装。
耐火材料的质量和性能直接影响到冶炼设备的使用寿命和生产效率,因此在冶金行业中具有非常重要的地位。
其次,耐火材料也属于玻璃行业。
在玻璃生产过程中,需要大量的玻璃窑炉和玻璃熔炉,而这些设备的内衬和砌筑都需要耐火材料。
耐火材料的性能直接关系到玻璃生产的质量和产量,因此在玻璃行业中也扮演着重要的角色。
此外,耐火材料还广泛应用于水泥行业。
水泥生产过程中需要用到旋窑、窑炉等设备,而这些设备的内衬和砌筑同样需要耐火材料。
耐火材料的质量和性能对水泥生产的成本和质量有着直接的影响,因此在水泥行业中也占据着重要的地位。
另外,耐火材料还与陶瓷行业密切相关。
陶瓷生产需要用到窑炉、窑炉等设备,而这些设备同样需要耐火材料。
耐火材料的性能对陶瓷产品的质量和生产效率有着直接的影响,因此在陶瓷行业中也起着至关重要的作用。
最后,耐火材料还在石油化工行业中得到广泛应用。
在炼油、化工生产过程中,需要用到各种高温设备,如裂化炉、重整炉、催化裂化装置等,而这些设备同样需要耐火材料。
耐火材料的性能对石油化工产品的质量和生产效率有着直接的影响,因此在石油化工行业中也扮演着重要的角色。
综上所述,耐火材料行业涉及到冶金、玻璃、水泥、陶瓷、石油化工等多个领域,其发展与这些行业的发展息息相关。
随着高技术、高附加值产品的不断涌现,耐火材料行业也将不断迎来新的发展机遇,为国民经济的持续发展做出更大的贡献。
中间包冶金技术哎呀,说起中间包冶金技术,这可真是个有意思的话题。
我还记得之前去一家钢厂参观的时候,亲眼目睹了中间包冶金技术的神奇之处。
那是一个阳光明媚的日子,我走进了那充满钢铁气息的工厂。
巨大的机器轰鸣声震耳欲聋,火红的钢水在流淌,仿佛是大地的血脉在奔腾。
而就在这一片热火朝天之中,中间包就像是一位默默守护的卫士,发挥着至关重要的作用。
咱们先来说说中间包到底是啥。
简单来讲,中间包就是钢水从钢包到结晶器的一个过渡容器。
可别小瞧了这个过渡,它里面的门道可多着呢!中间包冶金技术能够对钢水进行温度调节。
想象一下,钢水从钢包出来的时候,温度可能不太均匀,有的地方热,有的地方冷。
这时候中间包就像是一个智能的“温度调节器”,通过各种手段,让钢水的温度变得均匀合适,这样才能保证后续的铸造过程顺利进行。
它还能去除钢水中的杂质。
就好像是一个超级过滤器,把那些不应该存在的小颗粒、小杂质统统过滤掉,让钢水变得更加纯净。
在这个过程中,中间包里面会有各种耐火材料和控流装置,它们一起努力工作,把杂质拦住。
而且啊,中间包冶金技术还能控制钢水的流动状态。
你想啊,如果钢水在中间包里乱流,那不是乱套了嘛!所以通过合理的设计和控制,让钢水平稳、有序地流动,就像是一条听话的小河,乖乖地流向该去的地方。
比如说,有一种叫做“控流装置”的东西,它可以改变钢水在中间包内的流动路径和速度。
就像是给钢水规划了一条专用通道,让它们按照规定的路线前进。
还有中间包的覆盖剂,这也是个神奇的东西。
它就像是给钢水盖上了一层“被子”,既能保温,又能防止钢水被氧化。
再给您讲讲中间包的容量设计。
这可不能随便乱来,得根据生产的钢种、铸机的大小等等好多因素来综合考虑。
容量太小了,钢水不够用,生产容易中断;容量太大了,又会增加成本,还可能影响钢水的质量。
就像我在那家钢厂看到的,工人们时刻关注着中间包的各项参数,眼睛紧紧盯着仪表上的数字,一旦有什么异常,立刻采取措施。
他们的专注和认真,让我深深地感受到了这项技术的重要性和复杂性。
:中间包主要结构概述摘要:随着炼钢技术的不断发展,对连铸钢的清洁度和铸坯质量的要求也越来越高。
中间包内钢液的流动状态,对延长钢水在中间包内的停留时间,减少卷渣和改善夹杂物的上浮去除有着重要的作用,直接影响着连铸坯的质量。
包内钢液的流动状态,对延长钢水在中间包内的停留时间,减少卷渣和改善的上关键词:中间包;物理模拟;数学模拟;控流装置; 结构1 概述中间包是钢水连铸工艺中一个不可缺少的重要容器,也是炼钢工艺中的最后一个容器,主要起稳定钢水流量、去夹杂、分流和保证钢水连续浇铸不断流的作用。
其是短流程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水,然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。
按照中间包功能结构可分三个部分:一是衬体部分,它包括中间包的容器底部和侧壁用耐火材料,通常由保温层、永久衬、工作衬和冲击垫组成,这部分是中间包用耐火材料中用量最大的;二是滤渣部分,包括挡渣墙、挡渣堰、稳流器、气幕、陶瓷过滤器等,主要功能为去渣,净化钢水,提高钢材质量;三是控流部分,由塞棒、定径水口、浸入式水口和滑动水口组成等,是中间包的功能部件,控制钢水浇铸速度,以满足生产需求。
近二十年来,随着连铸工艺的改进,连铸比的提高,钢包的大型化和炼钢效率的提高等,中间包用耐火材料有了很大的发展。
2 中间包的作用通传统的模铸相比,连铸具有提高金属收得率和降低能量消耗的优越性,而减少金属资源和能量的消耗是符合可持续发展要求的。
全连铸的实现使炼钢生产工序简化,流程缩短,生产效率显著提高。
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钢产量和质量的重要一环。
无论对于连铸操作的顺利进行,还是对于保证钢液品质符合需要,中间包的作用是不可忽视的。
通常认为中间包起以下作用:2.1 分流作用对于多流连铸机,由多水口中间包对钢液进行分流。
2.2 连浇作用在多炉连浇时,中间包存储的钢液在换盛钢桶时起到衔接的作用。
·研究与设计·八流方坯中间包流场及温度场数值模拟向宏学1,2① 夏芳勇1,2 逯巍1,2 武国平1,2(1:北京首钢国际工程技术有限公司冶金工程分公司炼钢事业部 北京100043;2:北京市冶金三维仿真设计工程技术研究中心 北京100043)摘 要 随着小方坯连铸机拉速的提高,中间包的冶金功能越来越受到重视。
对于高拉速连铸,钢液中夹杂物需控制严格,中间包内钢水温度和成分的均匀性也至关重要。
合理的中间包流场不仅可以增加夹杂物上浮时间从而减少钢液夹杂,更有利于均匀中间包内钢液温度及成分。
本文基于八流小方坯铸机一体式中间包展开流场、温度场数值模拟计算,计算了三个方案中间包的流场及温度场分布情况。
计算结果表明,挡墙、档坝的设计有利于均匀中间包内钢液流场,减少死区13 2%,延长平均停留时间52s。
湍流抑制器的设置,将中间包液面附近流速由0 2m/s降低至0 14m/s左右,有效的抑制湍流产生,减少卷渣。
关键词 小方坯连铸;中间包;流场;温度场中图法分类号 TG243 TF777.2 文献标识码 ADoi:10 3969/j issn 1001-1269 2024 02 001NumericalSimulationoftheFlowandTemperatureFiledinEightStrandTundishXiangHongxue1,2 XiaFangyong1,2 LuWei1,2 WuGuoping1,2(1:SteelMakingBusinessDivisionofMetallurgicalEngineeringBranch,BSIET,Beijing100043;2:BeijingMetallurgy3 DSimulationDesignEngineeringTechnologyResearchCenter,Beijing100043)ABSTRACT Asthecastingspeedofbilletgrowsupdaily,thetundishmetallurgicalfunctionsarepaidmoreattentions.Forhighspeedcontinuouscasting,theinclusionsinmoltensteelshouldbestrictlycontrolled,alsothetemperatureandcompositionuniformityofmoltensteelintundishareveryimportanttoo.Qualifiedflowfieldintundishcannotonlyreduceinclusionsinmoltensteelbyincreasingthefloatingtime,butalsobegoodtouniformthetemperatureandcompositionofmoltensteel.Inthispaper,basedonthenumericalsimulation,thedistributionofflowandtemperaturefieldofthetundishforeight strandbilletcasteriscalculated.Thecalculationresultsshowthatthedesignofretainingwallanddamisbeneficialtotheuniformoftheflowfield.Thedeadzoneofflowfieldisreducedby13 2%,andtheaverageresidencetimeisincreasedby52s.Theturbulenceinhibitorcanreducetheflowvelocityneartheliquidleveloftundishfromabout0 2m/stoabout0 12m/s,whicheffectivelyinhibitsturbulenceandreducesslagentrapment.KEYWORDS Billetcontinuescasting;Tundish;Flowfiled;Temperaturefiled1 前言随着中间包冶金技术的不断提升,中间包不再是传统意义上的钢水储存、稳流、缓冲容器,逐渐转变成实现夹杂物上浮、夹杂物改质变性处理以及钢水微合金化的冶金反应容器。
简述中间包是个耐火材料容器,从钢包浇下来的钢水由中间包水口分配到各个结晶器中。
连铸具有提高金属收得率和降低能耗的优越性,使炼钢生产工序简化,流程缩短,生产效率显著提高。
中间包作为冶金反应器是提高钢产量和质量的重要一环。
无论对于连铸操作的顺利进行,还是对于保证钢液品质符合需要,中间包的作用是不可忽视的。
通常认为中间包起以下作用:1、分流作用。
对于多流连铸机,由多水口中间包对钢液进行分流。
2、连浇作用。
在多炉连浇时,中间包存储的钢液在换盛钢桶时起到衔接的作用。
3、减压稳流作用。
盛钢桶内液面高度有5—6m,冲击力很大,在浇铸过程中变化幅度也很大。
中间包液面高度比盛钢桶低,变化幅度也小得多,因此可用来稳定钢液浇铸过程,减小钢流对结晶器凝固坯壳的冲刷。
4、保护作用。
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。
5、清楚杂质作用。
中间包作为钢液凝固之前所经过的最后一个耐火材料容器,对钢的质量有着重要的影响,应该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。
中间包工艺要求:1、散热好,面积小2、保温性能好,外形简单3、水口的大小与配置满足铸坯断面、流数和连铸机布置形式4、便于浇注、清包和砌砖5、长期高温下的结构稳定性。
中间包的总体结构连铸机上均采用底铸式中间包。
它由包体、包盖、塞棒和水口等几部分组成,有长圆形、椭圆形以及三角形等。
1.包体和包盖包体包括包壁和包底。
包壁有外壳和内衬组成。
外壳一般用12—20mm厚的钢板焊成,易于制造。
或用铸钢结构,刚性好但重量较大。
外壳上设有吊放罐用的吊钩(环)、安放对准用的支架和供烘烤罐时散发水蒸气用的排气孔。
内衬由耐火砖砌成,其内应有一定的倒锥度,以便清渣和砌砖牢固。
内衬主要包括:工作层,永久层为30~40mm左右,用粘土砖砌筑;工作层如用耐火砖(粘土质、高铝质等)砌筑时厚度在100mm以上,用绝热板砌筑时视绝热板的厚度而定,一般在30~40mm左右。
中间包用耐火材料施工方法干式振动料、绝热板、水口、座砖、永久层浇注料等耐火材料在中间包的施工方法一、干式振动料在中间包的施工方法在钢厂练普碳钢中,干式料在中间包的的应用和推广很快,镁质干式料具有寿命长,易翻包、劳动强度低等优点,虽然有着施工要求高,施工时间长等缺点,但在近几年得到广泛的推广和应用干式料在中间包的具体施工方法如下:(1)施工前,将中间包吊入中包坑,清除包内的残钢残渣。
在中间包干式振动胎具外表面均匀涂抹掺加有少量石墨的黄油,并根据标准贴马粪纸。
(2)当永久层温度达到条件后,安好水口座砖模具和冲击砖。
(3)在包底平铺一层厚度符合标准的干式振动料,用木板刮平,然后吊入模具。
模具与永久层四周的间隙均匀并应符合设计要求。
(4)模具放好后,从模具四周均匀倒入干式振动料,一次加料加满且料的高度高于包沿板,开启模具上的振动电机,边加料边振动,使干式振动料填实、填满,直至料与包沿板平齐。
振动的时间为3~4min。
最后在已振实的表面喷洒少量的水。
(5)振动完成后吊至烘烤平台,烘烤2h。
冷却1h后视工作层与胎具之间分离情况进行脱模(干式料与胎具相接处四周都有分离发生方可脱模,否则加长冷却时间)。
(6)将脱模后的中间包冷却至100℃以下时,按相关的施工标准安装冲击砖和挡渣墙,并用厂家提供的干式振动修补料将接缝抹实;最后盖包盖和安装塞棒,在平台烘烤之后投入使用。
干式耐火材料振动成型的烧烤分为地面烘烤和浇铸平台烘烤。
地面烘烤时必须先点明火后开煤气,最后开压缩空气。
闭火时,先关煤气,后关压缩空气。
地面烘烤12h,视干式耐火材料与胎具相接处四周都有分商情况确定冷却时间.同时浇钢前必须在浇铸平台烘烤干式振动料的理化指标二、绝热板在中间包的施工方法镁质中间包绝热板砌包用,粘结度高,不宜脱落,耐火度高,是使用绝热板连结料的理想产品。
1)绝热板安装颗序:底部―端面―侧面;2)底部绝热板安装前,先按设汁铺设石英砂,再安装底部绝热板,从中间冲击区往两边砌,端面、侧面绝热板安装,均从左到右,安装前,要用纸棒将绝热板与永久层浇注料隔开,以便安装绝热板后再灌石英砂。
中间包冶金与耐火材料丰文祥1, 2陈伟庆1赵继增21 北京科技大学冶金与生态学院,北京1000832 北京利尔高温材料股份有限公司,北京102211摘要中间包冶金是继钢包冶金之后一项重要的炉外精炼工艺,有其特殊的工艺特点和要求。
本文从去除钢液非金属夹杂物的角度分析了中间包钢液夹杂物的来源、去除机理及中间包冶金技术,重点阐述了中间包用耐火材料在中间包冶金中的作用。
关键词炉外精炼,连铸,中间包,夹杂物,耐火材料Tundish metallurgy and refractoriesFeng Wenxiang1,2 Chen Wenqing1 Zhao Jizeng21)Metallurgy and Ecology Engineering School, Science and Technolgy University Beijing2)Beijing Lirr High Temperature Materials Compnay, LimitedAbstract Tundish metallurgy is an important secondary refining technology after steel ladle metallurgy, and has its unique technological requirement and characteristics. Focused on the inclusions in steel, this paper has analysized inclusion sources and removal mechanism in tundish, and based on which, tundish metallurgy technology has been introduced. The contribution of refractories for tundish metallurgy has been highlightedly expatiated.Key words Secondary refining, continuous casting, tundish, inclusion, refractory1 引言近些年来,随着冶金技术的发展和对钢洁净度要求的不断提高,中间包作为连铸工艺中钢液凝固之前所经过的最后一个耐火材料容器,不再单纯作为钢液的储存器和分配器使用,而是作为冶金反应容器的一部分,继续承担着特殊的炉外精炼重要任务,中间包冶金的重要意义逐渐被人们认识并得到了快速发展[1,2]。
中间包冶金自20世纪80年代初被加拿大麦克林(A.McLean)教授提出以来[3],许多研究成果已经转化为实际应用的技术措施,如中间包结构设计、钢液流动控制技术、保护浇注、恒温浇注、吹氩清洗、离心流动技术、电磁搅拌等,通过对钢液在中间包内的流动方式产生影响,除了均匀钢水的温度和成分外,还可延长钢液在中间包内停留时间和改变流动路径,促进夹杂物上浮去除,达到降低夹杂物含量、提高钢液洁净度的冶金效果。
本文分析了中间包钢液夹杂物的来源和去除机理,介绍了中间包冶金技术的新进展及耐火材料在中间包冶金工艺中的作用。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 丰文祥,工程师,硕士,北京利尔高温材料股份有限公司,E-mail:fengwenxiang2007@2 中间包钢水夹杂物的来源如同所有炼钢过程一样,中间包钢水中的非金属夹杂物包括氧化物、硫化物、硫氧化合物、硅酸盐化合物及氮化物等,这些夹杂物的来源有外来的和内生的两类,内生夹杂物包括炼钢过程中未来得及排除的脱氧产物,以及部分因钢水温度降低而析出的夹杂物;外来夹杂物主要是钢水和外界(炉渣及耐火材料)之间偶然的化学和机械作用的产物,包括在炼钢过程中从炉料夹带的不洁物,炉衬因受侵蚀而脱落的耐火材料,炉渣卷渣,以及浇钢过程中因钢水吸氧而产生的二次氧化产物等。
2.1 内生夹杂物内生夹杂物贯穿炼钢全过程,内生夹杂物的类型和组成取决于冶炼的脱氧制度和钢的成分,内生夹杂物通常与钢水化学成分、温度达成化学平衡,他们是自然发生的,因而只能降低,而不能完全消除。
中间包中的内生夹杂物主要是一些比重比较大的脱氧、脱硫产物在钢包中没有及时排除,同时,随着钢液温度降低,硫、氧、氮等杂质元素的溶解度相应下降,这些脱溶的夹杂元素与金属化合生成非金属夹杂物在中间包中沉淀。
2.2 外来夹杂物相对于内生夹杂,外来夹杂物数量较少但尺寸大,成分复杂并呈多相结构,与内生小夹杂物均匀弥散分布不同,外来夹杂物在钢中零星分布,此类夹杂尺寸往往比较大,对钢性能的危害也更大。
外来夹杂物总是与实际操作相关,而且其来源主要就是二次氧化、卷渣和炉衬耐火材料侵蚀。
(1)二次氧化产生的外来夹杂物空气作为二次氧化的共同来源,在连铸过程中空气以下列方式进入钢液:(1)在钢包到中间包的钢水注入处强烈的湍流造成钢水表面吸入空气,(2)中间包流动的钢液表面形成的氧化薄膜重新卷入钢液后形成的外来夹杂物。
在这类二次氧化过程中,脱氧元素如Al、Ca和Si等优先氧化,氧化产物发展成为非金属夹杂物,粒度通常比脱氧夹杂物大1~2个数量级。
二次氧化产物另一来源是炉渣以及包衬耐火材料中的SiO2、FeO和MnO。
钢液靠近炉渣或包衬界面时钢液中的夹杂物通过以下反应而形成夹杂物并得到长大,由此生成的氧化铝夹杂尺寸较大且含有各种成分。
SiO2 + [Al] → [Si] + Al2O3(1)FeO + [Al] → [Fe] + Al2O3(2)MnO + [Al] → [Mn] + Al2O3 (3)这种现象以下列方式进一步影响外来夹杂物的形成:上述反应侵蚀包衬耐火材料表面并导致其表面凹凸不平,从而改变包衬壁面附近的钢水流场,加速包衬的破损;包衬破损产生的大型外来夹杂物以及卷入的炉渣可以捕捉小夹杂物,也可以作为异相形核核心产生新的析出物,这就使得外来夹杂物的成分变得复杂起来。
(2)卷渣造成的外来夹杂物任何冶炼上或钢水传递上的操作,尤其是在钢水从一种容器到另一种容器时,都会引起渣—钢间的剧烈混合,造成炉渣颗粒悬浮在钢液中。
对于连铸工艺,下列因素可能造成钢水卷渣:(1)钢水从钢包到中间包和从中间包到结晶器时;(2)钢水上表面出现漩涡时;(3)钢水上表面乳化作用造成卷渣,尤其当搅拌气体超过临界气体流量时;(3)包衬耐火材料侵蚀造成的外来夹杂物耐火材料的侵蚀物,包括包衬上松散的砂粒、破损的材料等,是一类极为常见的典型的固态大型外来夹杂物,与中间包本身材料有关。
它们通常尺寸较大,外形不规则。
包衬侵蚀通常出现在强湍流区域,特别是在二次氧化、浇铸温度较高以及发生化学反应时。
3 中间包钢水夹杂物的去除机理关于在中间包钢水流动过程中夹杂物的去除机理,许多学者从不同角度对其做了大量研究,归纳起来有如下几种机理:3.1 上浮去除在静止的钢液中,夹杂物上浮速度服Stokes定律,夹杂物以Stokes上浮速度向钢液面运动,中间包钢水中夹杂物上浮并有效排除的必要条件是钢水在中间包内停留时间t大于夹杂物上浮到钢液表面所需时间t f。
即:t>t f。
钢水在中间包内的理论平均停留时间t为:t=W/Q (4)式中:W—中间包容量,Kg;Q—浇注速度,Kg/s。
夹杂物上浮到钢液面所需时间t f为:t f=H/V (5)式中:H—中间包内液面深度,mm;V—夹杂物上浮速度,mm/s。
非金属夹杂物在静止液体中的上浮速度可表示为:V=2r p2 (ρm—ρp)g/9μ(6)式中:r p一非金属夹杂物质点半径,m;ρm一钢液密度,Kg/m3;ρp一非金属夹杂物密度,Kg/m3;μ—钢液粘度,Pa.s;g一重力加速度,m/s2。
Stokes上浮公式的正确性是无可非议的,但从本质上讲,它所计算的上浮速度是颗粒在重力场中处于静止状态或层流状态的流体介质内作加速运动的最终速度,其初始速度比该值要小得多,而且,在中间包内流体本身是运动的,流体流速远大于该速度,因此夹杂物在中间包中随钢液流动而一起运动,考虑到各种界面因素,上浮运动去除夹杂物的作用非常有限,特别是小颗粒夹杂物。
3.2 聚合去除在中间包钢液中,夹杂物上浮速度与钢液的粘度、夹杂物的运动路径和粒径密切相关,一般夹杂物颗粒越大,上浮速度越快,越有利于夹杂物去除。
夹杂物的长大依赖于夹杂物相互碰撞聚合,在此过程中,小夹杂物数目减少,大夹杂物数目增加。
两个夹杂物之间的碰撞方式通常有以下四种方式:(1)Brown 碰撞:即夹杂物在钢液中作无规则热运动,并且在运动中发生接触、碰撞乃至聚合成一个直径大于临界直径的较大颗粒夹杂物,浮出钢液表面。
在中间包内,夹杂物碰撞属于Brown 碰撞的类型比较少,已有人论证,这种碰撞方式在夹杂物去除中可以忽略不计。
(2)Stokes 碰撞:即根据Stokes 定律,大颗粒夹杂物上浮速度大于小颗粒夹杂物的上浮速度,大颗粒夹杂物追上小颗粒夹杂物发生碰撞生成更大的颗粒,上浮速度将更大,更容易捕获其他颗粒。
Stokes 碰撞的频率函数为:βij = 222)(9)(2j i j i p m r r d d g -+-πμρρ (7) 颗粒直径越大,上浮速度越快,两颗粒直径相差越大,碰撞机会越多。
在中间包中,Stokes 碰撞是夹杂物聚合去除的重要形式之一。
(3)速度梯度碰撞颗粒沿流线轨迹运动,高速流线上的颗粒将追上低速流线上的颗粒,只要两个颗粒的距离不超过他们的半径之和,颗粒将发生速度梯度碰撞。
由于速度梯度的存在而导致粒子凝集的碰撞频率函数为:xu d d d d F j i j i d d )(61),(3+= (8) 在中间包中,当流场速度梯度不够大时,速度梯度碰撞不是主要形式。
(4)湍流碰撞湍流中由于速度的脉动作用于颗粒,促使它们相互碰撞长大,碰撞的频率函数:F(d i , d j ) = CfR 3(με)21(9) C —常数,f —导致稳定聚合的碰撞所占比率,R —发生碰撞半径,ε—湍流动能耗散率,μ—钢液的运动黏度。
湍流碰撞是夹杂物聚合长大的重要形式,湍流动能耗散率ε大的区域,发生湍流碰撞的频率越大。
对于上述的四种碰撞方式,Stokes 碰撞是夹杂物聚合去除的重要形式之一,湍流碰撞也是夹杂物聚合长大的一种重要形式,而在流场速度梯度不够大时,速度梯度碰撞不是主要形式,属于Brown 碰撞的类型则比较少。
3.3 粘附去除夹杂物在和中间包包壁以及挡墙、挡坝、多孔挡板、钢液过滤器、水口等固体表面接触时,将会粘附在固体表面得以去除。