基本介紹
- 中文名：中間包
- 外文名：tundish
- 類型：一個耐火材料容器
- 地位：發揮著舉足輕重的作用
- 時間：18世紀50年代
- 類型：冶金工程
引言,耐火襯的發展,絕熱板,採用堰和壩,
引言
自18世紀50年代以來，隨著貝賽麥轉爐和平爐的出現以及大規模的鋼鐵製造業的興起，人類社會的文明進步明顯加快。尤其是20世紀以來，鋼鐵行業的蓬勃發展，成為全球經濟和社會文明進步的重要物質基礎。在可以預見的時間範圍內，鋼鐵仍然是世界上非常重要的材料，鋼鐵材料的綜合優異性能使其在主要基礎工業和基礎設施中仍是不可替代的材料。鋼鐵以其成本的競爭力和原料的高儲備量、易開採、易加工以及良好的再生利用性，仍將作為全球性的主要基礎原材料。
在鋼鐵工業的發展進程中，其基本原理並沒有出現根本性的變化，但鋼鐵生產工藝流程中各工序的技術形成以及工程的組成內涵則發生了巨大的變化，從而使鋼廠結構模式及製造流程發生了深刻變化。
20世紀50年代，作為鋼鐵工業革命標誌的連鑄技術發展起來，其特點是過程速度快，投資集中，技術日趨完善。1970年全世界連鑄比僅為5.6%，而到1990年全世界連鑄比已達到62.4%，一些工業已開發國家的連鑄比超過了95%。近年來世界上許多煉鋼廠相繼以全連鑄生產取代了模鑄生產，到1994年實現全連鑄的國家已達24個。
通傳統的模鑄相比，連鑄具有提高金屬收得率和降低能量消耗的優越性，而減少金屬資源和能量的消耗是符合可持續發展要求的。全連鑄的實現使煉鋼生產工序簡化，流程縮短，生產效率顯著提高。中間包是煉鋼生產流程的中間環節，而且是由間歇操作轉向連續操作的銜接點。中間包作為冶金反應器是提高鋼產量和質量的重要一環。無論對於連鑄操作的順利進行，還是對於保證鋼液品質符合需要，中間包的作用是不可忽視的。通常認為中間包起以下作用：
1、分流作用。對於多流連鑄機，由多水口中間包對鋼液進行分流。
2、連澆作用。在多爐連澆時，中間包存儲的鋼液在換盛鋼桶時起到銜接的作用。
3、減壓作用。盛鋼桶內液面高度有5~6m，衝擊力很大，在澆鑄過程中變化幅度也很大。中間包液面高度比盛鋼桶低，變化幅度也小得多，因此可用來穩定鋼液澆鑄過程，減小鋼流對結晶器凝固坯殼的沖刷。
4、保護作用。通過中間包液面的覆蓋劑，長水口以及其他保護裝置，減少中間包中的鋼液受外界的污染。
5、清除雜質作用。中間包作為鋼液凝固之前所經過的最後一個耐火材料容器，對鋼的質量有著重要的影響，應該儘可能使鋼中非金屬夾雜物的顆粒在處於液體狀態時排除掉。
中間包冶金研究應該發揮的作用有：
2、控制好鋼液溫度，必要時增加加熱措施，使鋼液過熱度保持穩定。
3、選擇合適的包襯耐火材料和熔池覆蓋劑，既減輕熱損失又有利於吸收分離和上浮的夾雜物。
計算流體力學對各種流場的研究是非常有效的方法。中間包冶金的特點是在鋼液流動中進行各種冶金過程，所以可以用計算流體力學方法求解中間包流場。由於中間包結構複雜，除早期曾用二維流場計算求解外，基本上都用三維流場計算。賀友多較早開展了三維流場計算的研究工作，並利用其計算程式計算了多種中間包內鋼液流動特徵及影響因素。蕭澤強等運用了他們對盛鋼桶內吹氬鋼液流動的長期研究的成就，也計算了多種中間包內的流場，並較早注意到非等溫狀態中間包流場的研究，指出了自然對流的影響不可忽視，並用水模型進行了實驗驗證。計算流體力學方法現已成為中間包冶金分析的主要手段，隨著計算機硬體和軟體的迅速進步，計算流體力學將會在冶金科學技術中得到更廣泛的套用。
耐火襯的發展
中間包耐火襯主要包括絕熱層、永久層和工作層。
(1)絕熱層(保溫層)(10～30mm)。該層緊挨著中間包鋼殼，主要作用是對鋼水進行保溫，減少澆注過程中鋼水的溫降，通常採用石棉板、保溫磚或輕質澆注料。效果最好的為矽酸鋁纖維氈，熱導率低，也易砌築。
(2)永久層(100～200mm)，該層與保溫層相接觸，主要起到安全保溫的作用。20世紀70年代中期永久層主要用黏土磚砌築，後來使用高鋁磚砌築，到80年代末期開始使用澆注料整體澆注，澆注料一般為高鋁質或莫來石質自流澆注料。
(3)工作層(20～50mm)。該層與鋼水接觸，是關鍵部位。該層材料在使用過程和施工過程中應力求設備簡單，施工方便，能夠降低勞動強度，提高勞動生產率，並要具有良好的烘烤適應性，要求烘包時工作襯材料硬化快、不爆裂、強度好，可以快速烘烤或無需烘烤而可以直接投人使用，減少烤包能耗的同時能夠增加中間包的利用率，延長中問包的使用周期，減少備用包的數量。工作襯材料在施工時應能夠同永久層有良好的黏附性，不回落、不坍塌。在高溫使用條件下應具有良好的高溫性能，不但要求有較高的耐火度和一定的高溫強度，還必須有良好的化學穩定性，保證高溫條件下不會對鋼液產生二次氧化，不會對鋼液造成污染，不降低鋼坯的質量。使用過程中應具有良好的抗熔渣侵蝕和滲透的性能，以及耐鋼水和渣液沖刷的能力，有利於提高中問包工作襯的使用壽命、減少中間包
耐火材料的消耗、減少耐火材料對鋼液的污染。工作襯應具有一定的冶金功能，可以同鋼液中的夾雜物反應，吸收鋼液中的N、S、P以及非金屬氧化物夾雜，提高鋼液質量。工作襯應具有良好的抗熱震性和良好的體積穩定性，與鋼水接觸時不炸裂，保證中間包具有良好的整體性。中間包工作襯還應具有較低的熱導率，較好的保溫性能，能夠減少中問包的熱損失，保持中間包鋼液溫度的穩定。使用後的工作襯應便於拆包，工作層和永久層易脫離，能夠減小工作襯耐火材料對中間包永久襯的損壞，有助於延長中問包的使用壽命。
工作層早期的時候使用鋁質的耐火磚，後來為了保持鋼液在澆注時中間包內鋼液溫度變化不超過15℃，工作層開始採用絕熱板工作襯，後來絕熱板被具有同樣功能的耐火塗抹料和耐火噴塗料所代替，隨著多爐連澆技術和水口快速更換技術的發展，最新的乾式振動料以顯著的優勢開始代替耐火噴塗料。中間包工作層用耐火材料經歷了耐火黏土磚(永久層即工作層)、絕熱板、噴塗料(塗抹料)及最新的乾式振動料(即乾性工作襯)的發展歷程。絕熱板材質一般為矽質、鎂質、鎂橄欖石質；其他形式的耐火材料多為鎂質、鎂鉻質、鎂鈣質。
(4)包底材質基本與工作層相當。中間包包底工作層受鋼水衝擊部位極易損壞，要求抗侵蝕耐磨損。鋼水衝擊部位多採用預製塊增強，材質為剛玉質和鎂質澆注料，也有的企業在澆注料中使用廢棄滑板磚和鎂炭磚進行增強。
絕熱板
中間包絕熱板一般有矽質、鎂質和鎂橄欖石質三種。
(1)各種絕熱板的套用特點如下：
1)矽質絕熱板一般套用於澆注普碳鋼、碳結構鋼和普通低合金鋼。它在使用過程中存在石英的相變，產生體積膨脹使之與熔渣接觸的反應層緻密化，從而阻止熔渣的滲入，並在表面形成高黏度玻璃相，起到進一步阻止熔渣滲透的作用。
2)鎂質絕熱板可用於澆注鋁鎮靜鋼、低合金鋼、碳素結構鋼等優質鋼種。在使用過程中高溫性能穩定，抗鹼性熔渣侵蝕性好，並且能夠通過吸收熔渣中的FeO形成鎂浮氏體產生體積膨脹，在絕熱板表面形成緻密結構，減少熔渣的進一步滲透。另外，無機結合劑的鎂質絕熱板中的磷酸鹽在高溫下和其中的雜質CaO生成高溫穩定相，具有很好的抗鋼液沖刷性能。
3)鎂橄欖石質絕熱板主要套用於高質量的合金鋼鋼種。在使用過程中高溫性能良好，澆注過程中溫度變化較小，因為使用的是無機結合劑，消除了鋼液“增矽增氫”的現象。
(2)使用中間包絕熱板的優點如下：
1)中間包可不預熱烘烤，實現冷包開澆，節約烘烤燃料；
2)保溫性能良好，可使煉鋼爐出鋼溫度降低5~10℃，中間包不易結冷鋼；
3)中間包永久層壽命延長，大大降低耐火材料消耗；
4)絕熱板內襯拆、砌方便，比耐火黏土磚砌築節約人工70%，同時改善了勞動條件；
5)和耐火磚包襯相比．鑄坯中大於50μm的夾雜物含量明顯減少。
(3)中間包絕熱板的缺點如下：
1)當矽質絕熱板套用於鋁鎮靜鋼和低鋁鎮靜鋼時，鋼液中的AI、Mn等合金元素會和耐火材料中的
反應生成
，
，導致鑄坯中氧化夾雜物含量增加，影響鋼的質量；
2)在多爐連鑄中鎂質絕熱板的強度不夠理想，使用有機結合劑的鎂質絕熱板時，其中的有機結合劑會在使用的過程中分解出氫，進入鋼水中，使鋼產生“氫脆”；
3)由於鎂質絕熱板的熱導率比較大，使中間包內鋼液溫度變化較大，還必須額外在中間包邊壁添加其他絕熱材料，增加了施工的複雜性；
4)鎂質絕熱板在高溫作用下，形成的
結合相容易和熔渣中的
反應生成低熔物，會加快熔渣的滲透，降低使用壽命；
5)鎂橄欖石絕熱板中的主晶相為鎂橄欖石，在使用過程中極易和熔渣中的
反應生成鈣鎂橄欖石(CMS)等低熔物，導致絕熱板結構被損壞，降低使用壽命。
採用堰和壩
堰，又稱擋渣堰或上擋牆。橫跨整箇中間包寬度，從鋼液面上部延伸至距中間包底部一定距離，鋼水可從其下方流過。其在中間包的作用是：
1）可以控制鋼包注流衝擊區的大小，控制鋼包注流對中間包鋼水的攪拌強度，促進夾雜物碰撞和粘結成大顆粒上浮去除。
2）可以將隨鋼包注流進入中間包的爐渣擋在注流衝擊區內，減少鋼水因鋼包卷渣造成的二次污染。
3）可以將大包注流衝擊引起的中間包鋼水表面波動限制在堰的上游，穩定堰的下游中間包鋼水液面，減少因表面卷渣、二次氧化和機械沖刷所產生的夾雜量。
壩，又稱導流壩或下擋牆。橫跨整箇中間包寬度，從中間包底部向上延伸至距鋼液面之下一定距離，鋼水從其上流過。它具有以下的作用：
1）可以防止中間包短路流的形成，延長鋼水在中間包內的流動距離，增加鋼水在中間包的停留時間。
2）可以將鋼包注流的衝擊限制在衝擊區內，降低鋼水的水平流動速度。
3）使流過壩的鋼水產生指向鋼液表面的流動，縮短夾雜物的上浮距離，有利於夾雜物上浮去除和頂渣捕獲夾雜物。
在中間包中，壩和堰常常是一起使用，以獲得理想的中間包鋼水的流動和冶金效果。
