简析结晶钢生产过程中渣的乳化现象
在铸坯表面和内部缺陷里经常能发现渣滴的存在，这就说明减少渣的乳化对冶炼洁净钢是非常重要的。在炼钢和连铸过程中，乳化渣产生的机理有以下几种：出钢过程钢流和渣层的碰撞；渣钢界面处气泡黏渣并带人钢液；在钢渣界面产生漩涡对钢液的剪应力造成卷渣。不同位置发生卷渣的机理也不相同，但是连铸结晶器内的卷渣最有可能导致铸坯缺陷。 涡流会引起中间包渣或转炉炉渣的卷入，虽然这个阶段的卷渣没有结晶器内的卷渣危害大，但是也会降低生产率。 本节主要叙述结晶器内浸入式水口流出钢液的流动所引起的卷渣，为了能更好地理解在钢液输送系统（即水口）内的渣滴的形成，先要讨论漩涡的产生机理。 1、连铸结晶器内的卷渣 对结晶器内卷渣的大多数研究是采用水模型方法。根据这些研究总结出6种卷渣机理： (1)由结晶器窄面的回流引起： (2)非稳态回流下大的剪应力造成卷渣； (3)浸入式水口后方形成卡曼漩涡造成卷渣； (4)SEN出口处的大氩气泡上升到钢渣界面； (5)SEN出口的不均匀分流导致卷渣； (6)高通钢量条件下钢渣界面处的泡沫渣形成。 卷渣过程是和液界面处的剪应力相关的。超过某一个临界速度，这个界面开始波动。有三个不稳定标准可用来解释由剪应力引起的钢液卷渣即Kdvin-Helmhdtz、Taylor-Saffman和非稳态流动。理论和试验分析给出了卷渣行为的一个定量地描述，卷渣的临界速度和渣滴的尺寸是各种操作参数和液体的物理化学特性的函数，其中，操作参数包括SEN的浸入深度、拉速、吹氩速率、结晶器尺寸、水口断面、流场控制机理和堵塞程度；物理化学特性例如黏度、表面张力以及密度等。 防止结晶器内卷渣主要通过控制结晶器内钢液的流动来实现，同时必须考虑液体的物理化学性质和容器的尺寸才能得到合理的钢液流动。增大保护渣的黏度可以减少卷渣和铸坯的表面缺陷，但是降低了保护渣的消耗，从而减少了对结晶器内的润滑作用。对此，可以选用高黏度、低结晶温度的保护渣。渣的密度和表面张力对卷渣也有一定的影响，但是在实际冶炼过程中，即使采用不同化学成分的渣，这种性能也没有太大的变化。 2、漩涡引起的卷渣 漩涡捕捉炉渣的机制被分成两个完全不同的模式：“漩涡导入(vortex sink)”在浇铸早期钢液流速较大时产生；“流出导入(drain-sink)”在没有起始漩涡时（即钢液完全静止时）产生，在浇铸末期引起卷渣。虽然经常报道“流出导入”生成漩涡是造成卷渣的主要原因，而“漩涡导入”对卷渣的影响可以被忽略，还有一些研究者声称卷渣至少一部分是由于“漩涡导入”造成的。下面是两种不同的说法：(1)速度小，漩涡在熔池深度较低时产生，且随着浇速的增大而增加；(2)速度较大，随着拉速的增大，熔池的临界深度降低很少。现在的研究主要集中在第(2)种机理下产生的漩涡。漩涡的特征可以总结如下： (1)容器的直径对它的影响很小； (2)随着出口直径的增加，熔池深度低时出现漩涡； (3)熔池临界深度随着钢液初始环流加剧而增加； (4)偏心水口能够降低漩涡； (5)渣相会增加漩涡的程度。 目前，已经做了很多关于防止结晶器内卷渣的研究，包括开发的炉渣检测设备和涡流抑制器。下面给出了几种抑制产生漩涡的方法： (1)优化出口，固定或浮动的圆盘和球不会有明显的抑制漩涡效果； (2)在水口附近插入挡板可以有效抑制漩涡； (3)临时关闭水口可有效抑制漩涡； (4)吹气可延迟漩涡产生。 3、小结 洁净钢冶炼过程应预防钢液卷渣，为了理解卷渣机理，对有关乳化渣滴进入钢液的文献进行了总结，主要包括连铸结晶器内的卷渣以及由漩涡引起的卷渣。为了解决这个问题，在大多数文献中采用数学模拟、冷模拟和因次分析的方法，而不是直接对渣钢体系进行观察，通过模拟了解了许多卷渣机理。采用理论和试验分析主要是通过已经得出的一些定量的描述。还需要在实际应用中完善并对已得出的结论做进一步的研究。
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