CN109311084A - 熔体处理装置和熔体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种熔体处理装置和一种应用于该熔体处理装置的熔体处理方法，该装置包括：容器，该容器具有设置在容器的上部部分处的熔体注射部分和穿过容器的底部部分形成的孔；引导构件，该引导构件安装成靠近孔所在侧与熔体注射部分间隔开；气体注射部分，该气体注射部分靠近熔体注射部分所在侧与引导构件间隔开地安装在底部部分上；以及腔体部分，腔体部分沿宽度方向延伸，其中，腔体的其内部向下敞开，并且腔体在容器的上部部分上设置成面向引导构件和气体注射部分。在对熔体进行处理时，使用引导构件和气体注射部分来形成熔体的旋转流，并且可以使用所述旋转流来有效地去除夹杂物。

Description

熔体处理装置和熔体处理方法
技术领域
本公开涉及熔体处理装置和熔体处理方法。更具体地，本公开涉及能够有效去除夹杂物的熔体处理装置和使用该熔体处理装置的熔体处理方法。
背景技术
在炼钢领域中，连续铸造方法在质量均匀性和回收率方面优于常规的铸锭制造方法。因此，已经对连续铸造方法的操作设备和技术等进行了许多研究和开发。结果是，除了少数特殊应用之外，包括高合金钢的几乎所有钢种都可以通过连续铸造方法来生产。用于该连续铸造方法的操作设备包括连续铸造设备。
连续铸造设备是用于利用从炼钢设备供应的精炼钢水来制造板坯的设备。连续铸造设备包括构造成用于承载钢水的钢包、构造成用于临时储存从钢包供应的钢水的中间包、构造成用于连续接纳来自钢包的钢水并且使钢水最初凝固成板坯的模具以及构造成用于对从模具连续退出的板坯进行二次冷却并进行一系列模制操作的冷却床。
当钢水接纳在中间包中并保留预定时间时，夹杂物浮起并分离。因此，使得熔渣变稳定并且防止了再氧化。钢水接着被供应至模具并形成呈板坯形状的初始凝固层。此时，确定了板坯的表面质量。
换言之，模具中的板坯的表面质量的程度由与钢水中的夹杂物相关的清洁度决定。例如，当钢水的与夹杂物相关的清洁度较低时，夹杂物自身可能引起板坯表面上的缺陷，或者夹杂物可能堵塞浸入式水口并引起钢水流动方面的问题。因此，板坯的表面质量可能降低。
在钢水中，与夹杂物相关的清洁度的程度根据夹杂物在中间包中停留预定时间段时夹杂物的浮动程度而显著变化。夹杂物的浮动程度与钢水在中间包中保留的时间成比例。
因此，常规上，作为延长钢水在中间包中的保留时间的方法，通过在中间包中建造坝或堰来控制钢水的流动来控制钢水的保留时间。
然而，当钢水中的夹杂物的尺寸小于或等于30μm时，夹杂物浮动所需的时间比钢水在中间包中停留的时间长。因此，使用中间包的坝和堰难以去除尺寸为30μm或更小的夹杂物。
(专利文献1)KR10-2013-0076187A
(专利文献2)KR10-2015-0073449A
发明内容
技术目的
本公开提供了可以通过将气体注射到容纳有熔体的容器中来有效地去除夹杂物的熔体处理装置和熔体处理方法。
本发明提供了可以通过用注射到容纳有熔体的容器中的气体产生熔体的旋转流来有效地去除夹杂物的熔体处理装置和熔体处理方法。
本公开提供了可以通过对在容纳有熔体的容器内部产生的旋转流的流动方向和旋转次数进行控制来有效地去除夹杂物的熔体处理装置和熔体处理方法。
本公开提供了可以通过容纳在容器中的熔体的旋转流来有效地防止形成在熔体上的裸露熔融金属表面接触大气的熔体处理装置和熔体处理方法。
技术方案
根据本公开的实施方式的熔体处理装置包括：容器，该容器具有内部空间和敞开的顶部，该容器在其顶部处设置有熔体注射单元，并且该容器具有限定在该容器的底部的至少一部分中的孔；导引构件，该导引构件与熔体注射单元间隔开，其中，导引构件设置在孔与熔体注射单元之间；以及气体注射单元，该气体注射单元与导引构件间隔开，其中，气体注射单元设置在熔体注射单元与导引构件之间，其中，气体注射单元安装在容器的底部处。
导引构件可以包括与熔体注射单元间隔开的第一构件，其中，第一构件设置在孔与熔体注射单元之间，其中，第一构件沿宽度方向延伸，并且其中，第一构件与容器的底部间隔开并且安装在容器的两个长度方向的侧壁上。
导引构件可以包括与第一构件间隔开的第二构件，其中，第二构件设置在孔与第一构件之间，其中，第二构件沿宽度方向延伸，其中，第二构件接触容器的底部并且安装在容器的两个长度方向的侧壁上。
气体注射单元可以与第一构件间隔开，其中，气体注射单元设置在熔体注射单元与第一构件之间或者设置在第一构件与第二构件之间。
可以包括在容器的顶部上安装成沿宽度方向延伸的腔体。该腔体具有内部空间和敞开的底部并且面向导引构件和气体注射单元。
导引构件、气体注射单元、腔体和孔以多个的方式设置，其中，导引构件、气体注射单元、腔体和孔可以相应地设置在关于熔体注射单元于纵向方向上相对的两个区域中。
气体注射单元可以沿宽度方向延伸、从容器的底部的顶部面突出并且具有比第一构件的底部面的竖向高度低的竖向高度。
气体注射单元可以定位成与靠近熔体注射单元相比相对更靠近第一构件。
气体注射单元可以通过调节与第一构件的分开距离、使用通过气体注射单元注射到容器中的气体来控制容器中的熔体流动方向和旋转次数中的至少一者。
气体注射单元可以具有限定在其顶部面中的多个狭缝，并且气体注射单元可以将气体通过这些狭缝注射到容器中。
气体注射单元可以包括：块体，块体安装在容器的底部上并且具有限定在块体的顶部面中的狭缝；气体注射管，气体注射管穿透容器并与限定在块体的顶部面中的狭缝连通；以及控制阀，控制阀安装在气体注射管上以用于对气体注射管的打开程度和开闭方式进行控制。
腔体可以包括：盖部分，盖部分沿宽度方向延伸；壁部分，壁部分沿宽度方向延伸并且分别安装在盖部分的底部面上，其中，壁部分彼此间隔开并且设置在于纵向方向上相对的两个区域中，其中，第一构件在壁部分之间居中，其中，壁部分与容器的两个长度方向的侧壁接触或间隔开；以及凸缘，凸缘沿纵向方向延伸并且分别安装在盖部分的两个宽度方向的边缘上以将两个壁部分连接。
盖部分的安装竖向高度可以确定为使得盖部分可以与第一构件的顶部面或注射到容器中的熔体的顶部面间隔开。
壁部分中的各个壁部分可以包括：第一壁部分，第一壁部分与气体注射单元间隔开并且设置在熔体注射单元与气体注射单元之间；以及第二壁部分，第二壁部分与第二构件间隔开并且设置在第二构件上方。
第一壁部分的底部面可以定位成高于第一构件的顶部面，其中，第一壁部分的底部面能够浸入被注射到容器中的熔体中。
第二壁部分的底部面可以定位成低于第一构件的顶部面并且能够浸入被注射到容器中的熔体中。
第二壁部分在其面向第一壁部分的一个面上具有倾斜面、竖向面、弯曲面和凹槽中的至少一者。
第二壁部分可以通过调节相对于第二构件的分开距离来控制溢流越过第一构件的熔体中的朝向孔流动的熔体的流量和朝向气体注射单元流动的熔体的流量中的每一者。
可以包括供应管和排出管中的至少一者，其中，供应管形成为能够供应气体并且供应管通过穿过腔体与腔体的内部空间连通，排出管形成为能够排出气体并且排出管通过穿过腔体与腔体的内部空间连通。
还可以包括第一致动单元和第二致动单元中的至少一者，其中，第一致动单元用于以上升或下降的方式支承腔体并且用于根据注射到容器中的熔体的顶部面的竖向高度来调节腔体的竖向高度，第二致动单元用于以可滑动的方式支承腔体并且用于根据注射到容器中的熔体的裸露熔融金属表面的形成位置来调节腔体在纵向方向上的位置。
还可以包括与第一构件在气体注射单元的相对侧间隔开的第二气体注射单元。第二气体注射单元安装在容器的底部上。
熔体注射单元可以形成为允许钢水通过熔体注射单元，并且熔体注射单元可以以可拆卸的方式安装在连续铸造设备的钢包上。
通过气体注射单元注射到容器中的气体可以包括惰性气体。
根据本公开的实施方式的熔体处理方法包括：制备容器，该容器具有内部空间和敞开的顶部，该容器在其顶部处设置有熔体注射单元，并且该容器具有限定在容器的底部的至少一部分中的孔，并且该容器在孔与熔体注射单元之间具有导引构件；将熔体注射到容器中；使熔体溢流越过导引构件；以及通过借助于气体注射单元将气体在导引构件与熔体注射单元之间注射到容器中来产生熔体的旋转流。
可以包括：使用腔体来在环绕熔体的经由注射到容器中的气体形成的裸露熔融金属表面的形成位置的区域中形成惰性气氛或真空气氛。
当导引构件包括第一构件和第二构件时，使熔体溢流可以包括使熔体溢流越过第一构件和第二构件，其中，第一构件与熔体注射单元间隔开、设置在孔与熔体注射单元之间并且与容器的底部间隔开且安装在容器的两个纵向侧壁上，第二构件与第一构件间隔开、设置在孔与第一构件之间并且接触容器的底部且安装在容器的两个纵向侧壁上。
产生旋转流可以包括经由通过气体注射单元将气体在第一构件与熔体注射单元之间注射到容器中来产生熔体的旋转流。
产生旋转流可以包括经由通过气体注射单元将气体在第二构件与第一构件之间注射到容器中来产生熔体的旋转流。
产生旋转流可以包括通过借助于气体注射单元将气体在第一构件与熔体注射单元之间注射到容器中以及通过借助于第二气体注射单元将气体在第二构件与第一构件之间注射到容器中来产生熔体的旋转流，其中，第二气体注射单元关于第一构件在气体注射单元的相对侧与第一构件间隔开地安装在底部处。
产生旋转流可以包括通过调节气体注射单元相对于导引构件的气体注射位置来控制旋转流的流动方向和旋转次数中的至少一者。
产生旋转流可以包括通过气体注射单元以连续方式和间歇方式中的至少一者控制气体注射方式。
产生旋转流可以包括通过调节腔体相对于熔体的浸入竖向高度来控制溢流越过导引构件且朝向孔流动的熔体的流量和溢流越过导引构件且朝向气体注射单元流动的熔体的流量中的每一者。
产生旋转流可以包括通过借助于第二气体注射单元将气体在气体注射单元与导引构件之间注射到容器中来控制旋转流的流动方向和旋转次数中的至少一者。
产生旋转流可以包括将第二气体注射单元的气体注射量和注射方式中的至少一者控制成与气体注射单元的气体注射量和注射方式中的至少一者是不同的。
熔体可以包括钢水，并且气体可以包括惰性气体。
技术效果
根据本公开的实施方式，可以以将气体注射到容纳有熔体的容器中并使熔体与夹杂物接触的方式有效地去除夹杂物。另外，可以以通过用注射到容纳有熔体的容器中的气体产生熔体的旋转流来增大夹杂物与气体的接触频率的方式有效地去除夹杂物。另外，可以以通过对在容纳有熔体的容器内部产生的旋转流的流动方向和旋转次数进行控制来增大夹杂物与气体的接触频率的方式有效地去除夹杂物。
此外，根据本公开的实施方式，可以有效地防止由于容纳在容器中的熔体的旋转流而在熔体上形成的裸露熔融金属表面接触空气，从而有效地防止熔体的再氧化和污染。
例如，当将本公开的实施方式应用于钢厂的连续铸造处理时，可以以将氩气注射到容纳有精炼钢水的中间包中以形成大量气泡并收集诸如Al2O3和SiO2之类的各种夹杂物的方式有效地去除夹杂物。此外，可以产生钢水的旋转流，并且可以通过将与安装在中间包内部的坝和堰相关的氩气的注射位置设定至预定位置并将气体注射到中间包中来控制所述旋转流的流动方向和旋转次数。使用这种方式，可以增大微夹杂物、特别是30μm或更小的微夹杂物与氩气或氩气气泡的接触频率，使得可以更有效地去除微夹杂物。
此外，通过下述方式可以防止钢水的裸露熔融金属表面接触空气：在通过熔体的旋转流形成钢水的裸露熔融金属表面的区域处准备腔体、接着将腔体的下部部分浸入以环绕裸露熔融金属表面并且接着将惰性气体注射到腔体中。使用这种方式，可以有效地防止钢水的再氧化和污染。
附图说明
图1是根据本公开的实施方式的熔体处理装置的示意图。
图2是根据本公开的实施方式的熔体处理装置的俯视图。
图3是根据本公开的实施方式的熔体处理装置的横截面图。
图4是示出了根据本公开的实施方式的用于去除夹杂物的方法的状态图。
图5示出了根据本公开的实施方式的夹杂物去除过程和结果。
图6是根据本公开的实施方式的用于熔体流动分析的熔体处理装置的结构的图示。
图7示出了根据本公开的实施方式的熔体流动分析的结果。
图8是根据本公开的实施方式和变型的熔体处理装置的局部视图。
图9是根据本公开的比较示例的熔体处理装置的示意图。
图10示出了根据本公开的比较示例的熔体处理的结果。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来详细描述本公开的实施方式。然而，本公开不限于下面公开的实施方式，而是可以以各种不同的形式来实施。提供本公开的实施方式仅是为了使本公开的公开内容完整并且完全告知本公开所属领域的技术人员本公开的范围。附图中的元件的相对比例和比率可以在尺寸上被放大以说明本公开的实施方式。另外，在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
在用于描述本公开的实施方式的术语中，“上”和“下”分别用于表示作为部件的一部分的上部部分和下部部分。另外，“上方”和“下方”用于表示部件或力直接或间接地接触或作用于另一部件的顶部和底部的范围。
本发明涉及熔体处理装置和熔体处理方法，通过该熔体处理装置和熔体处理方法，在熔体被接纳并保持预定时间的同时将熔体供应至后续设备中并在后续设备中对熔体进行处理时，可以将夹杂物有效地从熔体去除。在下文中，将根据连续铸造设备和炼钢厂的处理来详细描述实施方式。然而，本公开可以应用于各种工业中的对各种类型的熔体进行处理的各种设备和处理。
图1是根据本公开的实施方式的熔体处理装置的示意图。图2是根据本公开的实施方式的熔体处理装置的俯视图。另外，图3是根据本公开的实施方式的熔体处理装置的横截面图。图4是示出了根据本公开的实施方式的用于去除夹杂物的方法的状态图。
参照图1至图3，根据本公开的实施方式的熔体处理装置包括具有内部空间和敞开的顶部的容器10，该容器设置有：位于容器的顶部处的熔体注射单元1、以及限定在底部13的至少一部分中的孔14、靠近孔14侧与熔体注射单元1分隔开安装的导引构件、安装在底部13上并且靠近熔体注射单元1侧与导引构件间隔开的气体注射单元400。另外，根据本公开的实施方式的熔体处理装置可以包括腔体500，腔体500沿宽度方向X延伸并且具有内部空间和敞开的底部。此外，腔体500在容器10的顶部上安装成面向导引构件和气体注射单元400。在一个示例中，可以设置有多个导引构件、多个气体注射单元400、多个腔体500和多个孔14。两个导引构件、两个气体注射单元400、两个腔体500和两个孔14可以相应地设置在关于熔体注射单元1于纵向方向Y上相对的两个区域上。
熔体M可以包括钢水。钢水可以在炼钢设备处精炼后提供。替代性地，钢水可以承载在容器10中，例如承载在连续铸造设备的位于容器10上方的钢包(未示出)中。
熔体注射单元1可以是形成为允许钢水通过的中空耐火材料制喷嘴。熔体注射单元1可以包括护罩喷嘴。熔体注射单元1可以安装并支承至设置在容器10外部的操纵器。当操纵器(未示出)上升时，熔体注射单元1可以联接至钢包的收集器喷嘴并与钢包的内部空间连通。熔体注射单元1可以定位成与容器10的底部13间隔开预定距离。当熔体M被注射到容器10中时，熔体注射单元1的下部部分可以浸入熔体M中。
在一个示例中，由气体注射单元400注射到容器10中的气体g可以包含惰性气体。惰性气体可以包含氩气(Ar)。
容器10可以包括底部13和从底部13的周缘突出的侧壁部分。容器10可以形成为呈内部空间向上敞开的容器的形状。在这方面，侧壁部分可以包括纵向方向上的一对侧壁12和宽度方向上的一对侧壁11。容器10可以通过用例如钢壳体形成其外部面来保持其形状，并且内部面可以采用耐火材料以容置熔体M。容器10可以包括连续铸造设备的中间包。
容器10可以形成为关于纵向方向Y和宽度方向X的中心对称的矩形形状。在这方面，容器10的纵向方向Y上的宽度可以比宽度方向X上的宽度大。在一个示例中，熔体注射单元1可以设置在容器10的顶部处。在这方面，熔体注射单元1可以与容器10的纵向方向Y和宽度方向X的中心竖向对准。
孔14可以限定在容器10的底部13的至少一部分中。可以设置有多个孔14。所述多个孔14可以在纵向方向Y上彼此间隔开并且在所述一对侧壁11的附近穿过底部13的宽度方向上的两个边缘竖向地限定。孔14可以关于容器10的纵向方向Y和宽度方向X的中心是两侧对称的。容置在容器10中的熔体M可以通过孔14排出至容器10的下方。孔14可以配备有门60。
导引构件可以包括第一构件20和第二构件30。另外，导引构件可以靠近孔14与熔体注射单元1间隔开。在这方面，导引构件可以仅包括第一构件20或者可以包括第一构件20和第二构件30两者。换言之，导引构件可以包括至少第一构件20。第一构件20和第二构件30可以采用耐火材料。当熔体M接纳在容器10中达到期望高度、例如在连续铸造操作的中间阶段的正常状态下的钢水高度时，第一构件20和第二构件30可以在浸入熔体M中的状态下控制熔体M的流动。
第一构件20可以设置成对注射到容器10中的熔体M的流进行控制。第一构件20可以靠近孔14与熔体注射单元1间隔开并且沿宽度方向X延伸。此外，第一构件20可以与底部13向上间隔开预定的竖向高度并且安装成将在容器10的长度方向上面向彼此的所述一对侧壁12连接。第一构件20可以包括中间包的堰。多个第一构件可以设置在关于熔体注射单元1于纵向方向Y上彼此间隔开的位置处。第一构件20可以将通过熔体注射单元1注射到容器10中的熔体M的在注射单元1附近的流P1引导至容器10的内部上部部分或内部下部部分。
在一个示例中，可以通过调节第一构件20的顶表面高度和底表面高度中的至少一者来对第一构件20附近的熔体M的流动方向、流动速度等进行控制。第一构件20底表面的竖向高度可以被确定为下述理想的竖向高度：在该理想的竖向高度处，第一构件20附近的熔体可以经过第一构件20下方并且由于气体注射单元400附近的文丘里(Venturi)效应而容易地朝向气体注射单元400被回收。此外，第一构件20的顶表面高度可以确定为使得构件20的顶部可以浸入到熔体中理想的深度。
第二构件30可以设置成对注射到容器10中的熔体M的流进行控制。第二构件30可以靠近孔14与第一构件20间隔开并沿宽度方向X延伸。此外，第二构件30可以安装成与底部13接触并且安装成将在容器10的长度方向上面向彼此的所述一对侧壁12连接。第二构件30可以包括中间包的坝。多个第二构件30可以设置在关于熔体注射单元1于纵向方向Y上彼此间隔开的位置处。在这方面，第二构件30可以布置成与靠近孔14相比更靠近第一构件20。在一个示例中，在第二构件30的预定的下部部分处可以设置有余留熔融金属孔(未示出)。余留熔融金属孔可以通过在与底部13接触的位置处沿纵向方向Y穿透第二构件30来限定。
第二构件30可以将第二构件30附近的熔体M的通过从熔体注射单元1沿朝向孔14的方向在第一构件20上方或下方流动而被朝向第二构件30导引的流分成孔14附近的朝向孔14的流P2和朝向第一构件20的熔体M的旋转流PC。在一个示例中，可以通过调节第二构件30顶表面的竖向高度和第二构件30相对于第一构件20的分开距离中的至少一者来对第二构件30附近的熔体M的流动方向和流动速度进行控制。
由于第一构件20和第二构件30，夹杂物可以在熔体M于容器10中停留预定时间时浮动。然而，当夹杂物的尺寸等于或小于30μm时，仅通过用第一构件20和第二构件30进行的流动控制难以使夹杂物浮动。这是因为，在仅使用第一构件20和第二构件30进行的流动控制的情况下，熔体M在30μm或更小的微夹杂物可以浮动的时间期间可能不会充分地保留在容器10中。
因此，在本公开的实施方式中，气体注射单元400可以设置在导引构件与熔体注射单元1之间，并且熔体M的旋转流PC可以在导引构件附近产生。例如，在导引构件仅包括第一构件20的情况下，气体注射单元400可以安装在第一构件20与熔体注射单元1之间并且靠近熔体注射单元1与第一构件20间隔开地安装。另外，在导引构件包括第一构件20和第二构件30两者的情况下，气体注射单元400可以安装在第一构件20与熔体注射单元1之间，或者安装在第一构件20与第二构件30之间并且靠近第一构件20与第二构件30间隔开地安装。
换言之，气体注射单元400可以设置在第一构件20与熔体注射单元1之间或者设置在第一构件20与第二构件30之间，并且气体g可以被注射在第一构件20附近。因此，可以产生熔体M的较强的上向流和旋转流PC。因此，位于第一构件20附近的熔体M可以充分旋转若干次并保持在容器10内部，使得30μm或更小的微夹杂物可以浮动。特别地，可以增大旋转流PC的旋转次数，从而极大地增大了夹杂物与气体之间的接触频率。
在这种情况下，掺入到熔体M中的夹杂物s’可以在长时间停留在第一构件20附近期间随着熔体M的旋转流PC浮动，以便容易地被收集至熔渣S并被去除。此外，如图4中所示，在掺入到熔体中的夹杂物s’长时间停留在第一构件20附近时，掺入到熔体M中的夹杂物s’随着熔体M的旋转流PC会频繁接触由气体注射单元400注射到熔体M中的气体g中的气泡并且因此可以容易地被收集到气泡的界面上。因此，夹杂物可以被更有效地去除。
在一个示例中，当导引构件仅包括第一构件20时，气体注射单元400可以在第一构件20与孔14之间安装成更靠近第一构件20。在这方面，由于从气体注射单元400注射的气体g而引起的上向流通过下面描述的腔体500的壁部分被引导成沿从孔14朝向熔体注射单元1的方向溢流越过第一构件20。此外，关于第一构件20在纵向方向Y上相对的两个区域的熔体M的压力由于从气体注射单元400注射的气体而改变，使得可以形成沿从熔体注射单元1朝向孔14的方向在第一构件20下方经过的流。由此，可以形成熔体M的绕第一构件20反复旋转的旋转流。此时的旋转流的旋转方向可以与例如图3的旋转流PC的旋转方向不同。
气体注射单元400可以靠近熔体入口1与导引构件间隔开地安装在底部13上。例如，气体注射单元400可以靠近熔体注射单元1或第二构件30与第一构件20间隔开并且可以安装在底部13上。多个气体注射单元400可以设置在关于熔体注射单元1的在纵向方向Y上的两侧。在钢包炉中使用的多孔塞等的构型或方式可以应用于气体注射单元400。
气体注射单元400沿宽度方向X延伸并从底部13的顶部面伸出。气体注射单元400可以包括：块体，该块体的竖向高度低于第一构件20的底部面的竖向高度；多个狭缝，所述多个狭缝限定在块体的顶部面中；气体注射管410，气体注射管410穿透容器的底部13和块体以便与限定在块体的顶部面中的狭缝连通；以及控制阀420，控制阀420安装在气体注射管410上以用于对打开及关闭方式进行控制。在这方面，控制阀420可以将打开/关闭方式控制成使得熔体M中的气体g可以被连续或间歇地注射。
块体可以由高致密耐火材料形成并且可以以各种形状形成为具有预定面积的顶部面。狭缝可以延伸到块体中并且可以在竖向高度方向上穿过块体的顶部面。狭缝可以限定为呈中空管形状或者可以由多孔耐火材料形成，使得气体g可以在内部流动。气体g可以以细小气泡状态通过狭缝注射到容器10中。
气体注射单元400的块体可以定位成与靠近熔体注射单元1相比相对更靠近第一构件20。在这方面，熔体流动方向和由于从气体注射单元400注射到容器10中的气体g而引起的旋转次数中的至少一者可以通过调节块体与第一构件20之间的分开距离W1来控制。
例如，第一构件20与块体之间的分开距离W1越短，可以由于气体g而产生越急剧竖向上升的熔体流。在相反的情况下，熔体流可以在熔体流沿着第一构件20相对平缓地上升的方向上产生。
此外，在分开距离W1变短时，第一构件20与第二构件30之间的熔体M的旋转流PC由于文丘里效应而较平稳地被朝向气体注射单元400收集，从而增大了旋转流PC的旋转次数。另一方面，分开距离W1越长，第一构件20与第二构件30之间的熔体M的收集程度就越小，从而减少了旋转流PC的旋转次数。
如上所述，气体注射单元400可以靠近第一构件20定位以引起文丘里效应。换言之，当第一构件20附近的熔体M根据气体注射单元400的安装位置而反复旋转并且产生连续且较强的旋转流PC时，尺寸为3μm或更小的微夹杂物可以向上浮动至熔体M的顶部面或者可以被气体g气泡收集。
在一个示例中，可以在气体注射单元400或第一构件20上方形成具有预定尺寸的裸露熔融金属表面N。这是因为形成在熔体M的顶部面上的熔渣S由于因通过气体注射单元400注射到熔体M中的气体g而引起的气体注射单元400与第一构件20之间的熔体M的快速上向流而被推出。在这种情况下，因为熔体M由于通过裸露熔融金属表面N接触大气而被再氧化，因而熔体M的清洁度会降低。
因此，如在本公开的实施方式中那样，腔体500设置在导引构件和气体注射单元400上方。当在熔体M的顶部面上形成裸露熔融金属表面N时，通过用腔体500覆盖裸露熔融金属表面N的附近C而产生真空气氛或惰性气氛，可以有效地防止熔体M由于接触大气而被再氧化。因此，由于通过腔体500保护裸露熔融金属表面N免受外部空气影响，因而可以通过气体注射单元400充分注射气体g而不考虑裸露熔融金属表面N的形成，从而实现了足够强的旋转流PC的形成。
另外，通过将腔体500的下部部分浸入到熔体M中并且使用腔体500的浸入部分可以将沿从熔体注射单元1朝向孔14的方向溢流越过第一构件20的熔体M朝向第一构件20的下方导引。因此，在第一构件20附近可以稳定地产生旋转流PC。换言之，腔体500在保护裸露熔融金属表面N的同时有助于形成旋转流PC并且增大旋转流PC的旋转次数。因此，夹杂物去除效率可以通过腔体500来提高，并且熔体M的清洁度可以被进一步提高。
腔体500可以安装成使得其沿宽度方向X延伸并且其内部空间向下敞开。另外，腔体500可以在容器10的顶部上安装成背对导引构件和气体注射单元400。在这方面，多个腔体500可以设置在关于熔体注射单元1于纵向方向Y上彼此间隔开的位置处。
腔体500可以包括：盖部分510，盖部分510沿宽度方向X延伸；壁部分，壁部分沿宽度方向延伸并且分别安装在盖部分510的底部面上，其中，壁部分彼此间隔开并且设置在于纵向方向上相对的两个区域中，其中，第一构件20居中设置在壁部分之间，其中，壁部分与容器10的两个长度方向上的侧壁接触或间隔开；以及凸缘511，凸缘511沿纵向方向Y延伸并且分别安装在盖部分510的宽度方向X上的两个边缘上以将壁部分连接。壁部分和凸缘511浸入熔体M中，使得裸露熔融金属表面N可以被腔体500气密地保护。
在这方面，这些部分、例如壁部分和凸缘511的浸入熔体M中的至少一部分可以由耐火材料保护。另外，凸缘511的底部面可以高于壁部分的底部面和第一构件20的顶部面，以防止当凸缘511和第一构件20浸入熔体M中时凸缘511相对于第一构件20发生碰撞或干涉。
盖部分510可以形成为呈板状并且可以形成有足以覆盖形成在熔体M的顶部面上的裸露熔融金属表面N的区域。盖部分510的安装竖向高度可以确定为使得盖部分510可以与第一构件20的顶部面或注射到容器10中的熔体M的顶部面间隔开预定的竖向高度。壁部分可以包括第一壁部分520和第二壁部分530。第一壁部分520可以靠近熔体注射单元1与气体注射单元400间隔开，并且第二壁部分530可以在第二构件30上方与第二构件30间隔开。
例如，第一壁部分520可以是沿宽度方向X延伸的竖向壁。第一壁部分520的底部面可以定位在高于第一构件20的顶部面的位置处并且可以向下延伸至可浸入被注射到容器10中的熔体M中的竖向高度。例如，第二壁部分530可以是沿宽度方向X延伸的竖向壁。第二壁部分530的底部面可以定位在低于第一构件20的顶部面的位置处并且可以向下延伸至可浸入熔体M中的竖向高度。第二壁部分530可以通过调节相对于第二构件30的分开距离d1来确定溢流越过第一构件20的熔体M中的朝向孔14流动的熔体的流量Q1和朝向气体注射单元400流动的熔体的流量Q2中的每一者。第二壁部分530可以对流量Q1和流量Q2各自的相对大小或绝对大小进行调节。
例如，在相对于第二构件30的分开距离d1减小时，朝向气体注射单元400流动且用于产生旋转流PC的熔体的流量Q2变得比朝向孔14流动的熔体的流量Q1大。相反地，在相对于第二构件30的分开距离d1增大时，朝向孔14流动的熔体的流量Q1变得比朝向气体注射单元400流动且用于产生旋转流PC的熔体的流量Q2大。
在这方面，这些流量也与旋转流PC的旋转速度密切相关。换言之，在朝向气体注射单元400流动且用于产生旋转流PC的熔体的流量Q2增大时，可以平稳地产生旋转流PC，并且旋转次数可以增大。
换言之，腔体500的第二壁部分530和导引构件的第二构件30是用于确定旋转流PC的旋转次数的主要部件。另外，旋转流PC的旋转次数可以由第二壁部530与第二构件30之间的距离d1来确定。因此，优选的是，第二构件30靠近孔14在与第一构件20间隔开的预定位置处安装成至少在竖向上面向第二壁部分530。
在一个示例中，第二壁部分530设置成与气体注射单元400关于第一构件20间隔开。在这方面，在第二壁部分530的面向第一构件20的一个面上可以设置有倾斜面。该倾斜面可以形成为从第二壁部分530的底部至顶部向上倾斜或者从第一构件20朝向第二构件30向上倾斜。该倾斜面使沿从熔体注射单元1朝向第二构件30的方向溢流越过第一构件20的熔体M平稳地下降，并且可以将熔体M朝向第一构件20的底部导引。
由通过裸露熔融金属表面N流入腔体500的气体g产生负压，使得腔体500可以形成惰性气氛。当然，腔体500可以配备有相应的供应管560和排出管570，使得腔体500的内部空间气氛可以被直接控制。
供应管560形成为能够供应气体。供应管560可以通过穿过例如腔体500的盖部分510的一个端部而与内部连通。排出管570形成为能够排出气体。排出管570可以通过穿过例如腔体500的另一个端部而与内部连通。供应管560的入口可以连接至气体供应部(未示出)并且可以接纳惰性气体以形成腔体500内部的惰性气氛。排出管570的入口可以连接至排出泵(未示出)和真空泵(未示出)并且可以使用这些泵形成腔体500内部的惰性气氛或真空气氛。
在一个示例中，根据本公开的实施方式的熔体处理装置可以包括以上升或下降的方式支承腔体500的第一致动单元540，并且第一致动单元540能够根据注射到容器10中的熔体M的顶部面的竖向高度来调节腔体500的竖向高度。此外，熔体处理装置可以包括以可滑动的方式支承腔体500的第二致动单元550，并且第二致动单元550能够根据注射到容器10中的熔体的裸露熔融金属表面N的形成位置来调节腔体500在纵向方向Y上的竖向高度。这些致动单元可以、但不限于形成在诸如应用于连续铸造设备的操纵器的液压缸等的结构中。
第一致动单元540可以安装在盖部分510的顶部面的中央部分上并且可以形成为使用例如液压压力等在竖向高度方向Z上是可伸缩的。第二致动单元550可以安装在第一致动单元540的顶部面上并且可以形成为使用例如液压压力等在纵向方向Y上是可伸缩的。第二致动单元550在纵向方向Y上的运动可以通过第一致动单元540传递至腔体500。
在一个示例中，根据本公开的实施方式的熔体处理装置还可以包括安装在底部13处的与气体注射单元400关于第一构件20间隔开的第二气体注射单元(未示出)。例如，当气体注射单元400靠近熔体注射单元1与第一构件20间隔开地安装时，第二气体注射单元可以设置在第一构件20与第二构件30之间。当气体注射单元400设置在第一构件20与第二构件30之间时，第二气体注射单元可以靠近熔体注射单元1与第一构件20间隔开地安装。第二气体注射单元的构造和操作方法可以与气体注射单元400的构造和操作方法相同，因此将省略对其详细描述。
在这种情况下，旋转流PC可以被更精确地控制，因为第二气体注射单元可以与气体注射单元400关于第一构件20间隔开地将气体g注射在熔体M中并直接控制熔体的流。
门60能够打开及关闭孔14并且可以在容器10的底部面上安装成与相应的孔竖向对准。门60可以包括连续铸造设备的滑动门，并且所述滑动门可以通过调节孔14的打开程度来控制熔体M的排出。在门60下方可以安装有喷嘴70。
喷嘴70可以包括沿竖向高度方向Z延伸的中空耐火材料制喷嘴并且可以在门60的底部面上安装成与孔14连通。从孔14排出的熔体M可以通过门60流入到喷嘴70中并且可以被供应至环绕喷嘴70的下部部分设置的模具(未示出)。例如，喷嘴70可以包括连续铸造设备的浸入式水口。
模具可以形成为呈矩形或方形中空块体形状，并且模具的内部可以在竖向向上且向下敞开。供应至模具的熔体M可以初次凝固成板坯并且可以在经过设置在模具的下部部分处且具有弯曲或竖向弯曲形状的冷却床(未示出)时被二次冷却并被模制，使得熔体M可以被连续铸造成作为半成品的板坯。
在如上所述那样形成的熔体处理装置的操作中，在通过输送容器输送熔体之后，熔体M通过连接至输送容器的熔体注射单元1被注射到容器10中。在这方面，注射的熔体形成沿着底部13朝向导引构件的流。接着，通过安装在位于导引构件之前的位置处的气体注射单元400的气体g注射形成上向流。上向流中的一些上向流朝向熔体注射单元1旋转，并且上向流中的大部分上向流流动越过第一构件20并碰撞腔体500的第二壁部分530，并且上向流的流向下转换。朝向下的流中的一些流溢流越过第二构件30并朝向孔14排出，而其余流下降而到达底部13、接着在第一构件20下方溢流以便由于气体注射单元400附近的文丘里效应而产生旋转流PC。使用该旋转流，熔体M中的夹杂物s’可以多次接触气体g并且可以被去除。在此过程期间，腔体500封围裸露熔融金属表面N以形成惰性或真空气氛，从而防止由于大气而污染熔体M。
在下文中，将详细描述根据本公开的实施方式的熔体处理方法。根据本公开的实施方式的熔体处理方法可以应用于根据本公开的实施方式的上述熔体处理装置。该熔体处理方法包括：制备容器，该容器具有内部空间和敞开的顶部，该容器在容器的顶部处设置有熔体注射单元，并且该容器具有限定在容器的底部的至少一部分中的孔，并且该容器在孔与熔体注射单元之间具有导引构件；将熔体注射到容器中；使熔体溢流越过导引构件；以及通过借助于气体注射单元将气体在导引构件与熔体注射单元之间注射到容器中来产生熔体的旋转流。在这方面，熔体M可以包括钢水，并且气体g可以包括惰性气体。
首先，制备容器10，容器10具有内部空间和敞开的顶部、具有限定在底部13中的孔14并且具有位于孔14与熔体注射单元1之间的导引构件。在这方面，导引构件可以包括第一构件20和第二构件30，第一构件20靠近孔14与熔体注射单元1间隔开并且与底部14间隔开地安装在容器10的两个纵向侧壁12上，第二构件30靠近孔14与第一构件20间隔开并且与底部13接触地安装在容器10的两个纵向侧壁12上。
此后，将输送容器(未示出)安装在熔体注射单元1上方。接着，将熔体注射单元1打开，使得输送容器中的熔体M注射到容器10中。
之后，连续注射熔体M以使熔体M的液位上升，从而使熔体M溢流越过导引构件。此时，熔体M会溢流越过第一构件20和第二构件30并朝向孔14流动。例如，从熔体注射单元1朝向第一构件20流动的熔体M溢流越过第一构件20并且在第一构件20下方溢流，接着朝向第二构件30流动。另外，熔体M溢流越过第二构件30上方，接着朝向孔14流动。
之后，通过气体注射单元400将气体在导引构件与熔体注射单元400之间注射到容器10中，从而产生熔体M的旋转流PC。此时，可以通过气体注射单元400将气体g在第一构件20与熔体注射单元1注射到容器10中，从而产生熔体M的旋转流PC。替代性地，可以通过气体注射单元400将气体g在第二构件30与第一构件20之间注射到容器10中，从而产生熔体M的旋转流PC。
除了产生熔体M的旋转流PC的处理之外，还使用腔体500来在环绕熔体M的通过注射到容器10中的气体g形成的裸露熔融金属表面的位置的区域中形成真空气氛或惰性气氛。
该处理可以通过使腔体500例如根据裸露熔融金属表面的位置沿纵向方向Y移动来进行。此外，该处理可以通过使腔体500例如根据由于连续铸造等引起的熔体M的顶部面的改变而沿竖向高度方向Z移动来进行。因此，腔体500的浸入深度可以是恒定的，并且腔体500的浸入位置可以在环绕裸露熔融金属表面N的位置中恒定。
另外，该处理可以通过下述方式进行：使腔体500在裸露熔融金属表面N上方对准，并且将腔体500的下部部分浸入到熔体M中以封围裸露熔融金属表面N的附近并且接着使用通过裸露熔融金属表面N注射到腔体500中的气体g来形成惰性气氛。替代性地，该处理可以通过将单独的惰性气体直接注射到腔体500中或者通过将腔体500内部的气体排出并形成真空气氛等来进行。
在这方面，形成旋转流和在裸露熔融金属表面处形成真空气氛或惰性气氛的处理可以以任意顺序依次进行或者可以同时进行。因此，可以在通过在熔体M中产生较强的旋转流PC来消除夹杂物s’的同时防止使用由旋转流PC产生的裸露熔融金属表面N污染熔体M。
在一个示例中，在形成旋转流PC时，通过改变气体注射单元400相对于导引构件、例如第一构件20的气体注射位置，可以控制旋转流PC的流动方向和旋转次数中的至少一者。例如，通过调节气体注射单元400相对于第一构件20的分开距离W1来改变气体注射单元400相对于第一构件20的气体注射位置，可以改变第一构件20的文丘里效应的工作范围和大小。由此，可以控制旋转流PC的流动方向和旋转次数。在这方面，气体注射单元400相对于第一构件20的分开距离W1越小，旋转流PC的流动方向可以形成为垂直于第一构件20并且旋转次数可以增大。
此外，在产生旋转流PC时，通过以调节腔体500相对于熔体M的浸入竖向高度的方式来调节第二壁的竖向高度，可以调节第二壁部分530相对于第二构件30的分开距离d1。由此，溢流越过导引构件并朝向孔14流动的熔体的流量Q1和溢流越过导引构件并朝向气体注射单元400流动并且被收集至旋转流PC的熔体的流量Q2可以分别被控制。
因此，通过调节旋转流PC的旋转次数以使熔体M在导引构件附近旋转若干次并且长时间保持熔体M，可以显著增大气体g与导引构件附近的熔体M的接触频率。
此外，在产生旋转流PC时，通过以连续方式和间歇方式中的至少一者控制气体注射单元400的气体g注射方式，导引构件附近的旋转流PC的流可以被以多种方式控制成期望流。换言之，通过在对熔体M进行处理的同时连续地注射气体g，旋转流PC的强度、旋转次数等可以被控制成随时间恒定。替代性地，在对熔体M进行处理期间，通过以预定周期喷射气体g或者不定期地间歇喷射气体g，旋转流PC的流特性——比如，强度、旋转次数等——可以被控制成随时间变化并且具有例如脉动。
以此方式，可以通过将气体g喷射在导引构件附近的多个位置中而以多种方式控制在导引构件附近产生的旋转流PC的流特性，比如流方向、旋转次数等。
在一个示例中，在产生旋转流PC时，通过第二气体注射单元(未示出)将气体在气体注射单元400与导引构件之间注射到容器中，使得旋转流的流动方向和旋转次数中的至少一者可以被控制。
例如，通过气体注射单元400将气体g在第一构件20与熔体注射单元1之间注射到容器10中，并且通过与第一构件20在气体注射单元400的相对侧间隔开地安装在底部13处的第二气体注射单元(未示出)将气体在第二构件30与第一构件20之间注射到容器10中，使得熔体的旋转流PC可以被控制。
在这方面，第二气体注射单元的气体注射量和注射方式中的至少一者被控制成与气体注射单元400的气体注射量和注射方式中的至少一者是不同的，使得气体g的注射量和注射方式可以被控制成关于第一构件20在纵向方向Y上是不同的。由此，第一构件20附近的熔体M的流可以被不同地控制成期望流。
在进行上面的处理时，夹杂物可以从供应到容器10中的熔体M被有效地去除，以将熔体M排出至出口14。排出的熔体M可以在设置于出口14下方的模具(未示出)中铸造成板坯(未示出)。因此，可以改善铸造的板坯的质量并且可以防止板坯表面上的夹杂物缺陷。
图5示出了根据本公开的实施方式的夹杂物去除过程和结果。就这方面，图5的(a)是示出了经由使用电子显微镜进行拍摄的在进行包括将氩气注射到钢水中并使钢水凝固的性能测试之后凝固的钢的横截面状态的照片。图5的(b)是示出了经由使用电子显微镜进行放大的在进行上述性能测试之后凝固的钢中的气泡附近的区域的照片。图5的(c)是示出了使用电子显微镜得到的在上述性能测试之后凝固的钢中的气泡周围的组分的图。在这方面，如图5的(c)中所示，横轴表示例如由电子显微镜检测到的X射线能量强度的keV光谱。参照图5，将对性能测试的过程和结果进行描述，以表明通过将氩气注射到钢水中可以有效地收集并去除微夹杂物。
首先，为了进行通过氩气收集并去除钢水中的夹杂物的性能测试，制备钢水并通过将氩气吹入到钢水中而使钢水凝固。当钢水凝固时，用电子显微镜观察凝固的钢的横截面，使得在通过制备的氩气而凝固的钢中形成的气泡处和气泡周围观察到夹杂物的存在。接着，对夹杂物的性能进行分析。上述过程和结果在图5的(a)、(b)和(c)中示出。
作为该性能测试的结果，如图5的(a)中所示，当在凝固的钢中形成由于氩气引起的气泡时，可以看出在气泡周围存在大量等于或小于30μm的微夹杂物，如图5的(b)中所示的。作为微夹杂物的组分分析的结果，证明包含Al2O3，如图5的(c)中所示的。这表明氩气的气泡可以用于有效地去除钢水中的微夹杂物。
以此方式，当将氩气气泡注射到钢水中时，夹杂物附着至氩气气泡的界面，这是因为夹杂物具有附着至界面张力较低的区域的性能。换言之，由于因氩气引起的气泡的界面张力与钢水的界面张力相比相对较低，因而夹杂物可以收集在氩气气泡的界面处。
就这方面，在本公开的实施方式中，在使用氩气收集并去除钢水中的夹杂物时，可以在钢水中的预定区域中产生旋转流PC，在该预定区域处，氩气被喷射成使得相同的钢水可以旋旋若干次并以高频率反复接触氩气。
因此，具有诸如Al2O3、SiO2等组分的微夹杂物可以被有效地收集并从钢水去除。在这方面，将夹杂物收集在其界面处的氩气气泡可以上升至熔融金属面并逸出至钢水外部。另外，夹杂物可以吸附至熔渣层并且可以被去除。
如上所述，在本公开的实施方式中，夹杂物可以容易地被收集并从钢水去除，因此可以将确保具有与夹杂物相关的清洁度的钢水注射到模具中。因此，将其应用于连续铸造处理可以防止模具中的夹杂物缺陷并且减少由于夹杂物引起的对喷嘴的堵塞。因此，可以提高连续铸造处理中的板坯质量、处理稳定性和生产率。
图6是根据本公开的实施方式的用于对熔体进行流分析的熔体处理装置的结构的图示。图7示出了用于对根据本公开的实施方式的熔体处理装置进行的熔体流分析的结果。首先，熔体处理装置的内部结构如图6中所示的那样被图形建模成用于使用计算流体动力学对熔体处理装置进行数值分析。
在这方面，在模型图中，附图标记1’表示熔体注射单元，附图标记10’表示容器，并且附图标记20’表示第一构件。另外，附图标记30’表示第二构件，附图标记400’表示气体注射单元，并且附图标记500’表示腔体。此外，附图标记70’表示喷嘴。此外，附图标记P1表示熔体注射单元附近的流，P2表示喷嘴附近的熔体流，P’C表示第一构件附近的熔体流，并且V表示形成文丘里效应的区域。
之后，输入预定的分析条件，并且使用CFD(计算流体动力学)对建模结果进行数值分析。分析结果在图7中以图形方式示出。
同时参照图6和图7，作为上述数值分析的结果，在从熔体注射单元1’朝向第一构件20’的方向上产生熔体流，并且该熔体流由于受气体注射单元400’的气体提升的影响而沿着第一构件20’上升。上升熔体流中的一些上升熔体流朝向熔体注射单元1’返回，并且大部分上升熔体流从第一构件20’朝向第三构件30’旋转。朝向第三构件30’流动的熔体撞击腔体500’的壁部分并被向下引导。此时，熔体中的一些熔体流动越过第二构件30’并朝向喷嘴70’流走，并且其余熔体继续在壁部分下方流动。可以看出，从壁部分向下流动的熔体由于在气体注射单元400’上方产生的文丘里效应而沿着容器10’的底部朝向气体注射单元400’在第一构件20’下方行进，使得可以在第一构件20’周围产生旋转流。
根据本公开的实施方式的腔体500的第一壁部分520和第二壁部分530的形状可以以不同的方式改变。在下文中，参照图8，将详细描述根据本公开的变型的腔体500的第一壁部分和第二壁部分的形状。
图8是根据本公开的实施方式和变型的熔体处理装置的腔体的局部视图。就这方面，图8的(a)是根据本公开的实施方式的腔体的局部视图，并且图8的(b)至图8的(i)是按顺序示出了根据第一变型至第八变型的腔体的局部视图。
在一个示例中，在图中示出的附图标记中，“b”至“i”用于区分根据每个变型的部件与实施方式的部件。例如，参照图8，附图标记510b至附图标记510i用于区分根据每个变型的盖部分与实施方式的盖部分510。另外，附图标记520b至附图标记520i用于区分根据每个变型的第一壁部分与根据实施方式的第一部分。此外，附图标记530b至附图标记530i用于区分根据每个变型的第二壁部分与根据实施方式的第二壁部分。
在将图8的(a)与图8的(b)至图8的(i)进行比较时，在本公开的变型中，腔体的第一壁部分和第二壁部分的形状可以是不同的。第一壁部分可以形成为呈如图8的(b)、(c)、(f)、(g)、(h)和(i)中所示的矩形形状或者可以呈如图8的(d)和(e)中所示的直角三角形形状。在这方面，在直角三角形的情况下，与斜边相对应的面可以指向腔体的内部或外部。
第二壁部分530可以在其面向第一壁部分的一个面上的具有向上倾斜的面531、向下倾斜的面531’、竖向面532、弯曲面533和凹槽534中的至少一者，并且在相对侧具有另一个面。第二壁部分530的具体形状为如图8的(a)至图8的(i)中分别所示的。
因此，在本公开的变型中，第一壁部分520和第二壁部分530的形状可以是部分或完全不同的，使得经过壁部分中的每个壁部分的熔体的流动特性可以以不同的方式来调节。因此，在腔体500下方形成的熔体流可以被调节成期望流。
图9是根据本公开的比较示例的熔体处理装置的示意图。图10示出了根据本公开的比较示例的熔体处理的结果，该结果是使用根据本公开的比较示例的常规熔体处理装置进行操作的结果。
根据本公开的比较示例的常规熔体处理装置具有接纳钢水(M’)和熔渣S的中间包81、位于中间包81的中心处的熔体注射单元1、靠近出料孔84与熔体注射单元10间隔开的上堰82、以及靠近出料孔84与上堰82间隔开的下坝83。在使用常规熔体处理装置的熔体处理操作中，如由图中的虚线箭头所指示的，在中间包81内部没有产生环绕上堰82的旋转流。在将该装置应用于连续铸造处理并执行若干次操作之后，如图10中所示的，可以看出在板坯的表面上形成夹杂物缺陷。这是因为，与本公开的实施方式不同，没有产生旋转流并且没有注射气体以使中间包81中的微夹杂物浮动或者收集并去除微夹杂物。
例如，在熔融金属的铸造期间，比如在连续铸造处理中，熔融金属的清洁度是决定铸造产品质量的重要因素。在连续铸造处理中，虽然在钢水M’的脱氧处理中使用的铝或硅与钢水中的氧气进行反应并且大部分作为夹杂物被去除，但是非常小的夹杂物保留在钢水中。这些夹杂物不仅在连续铸造处理中通过引起中间包81的浸入式水口堵塞而干扰钢水注射到模具中，而且在凝固处理中还掺入到板坯中并以夹杂物自身导致缺陷，如图10中所示的。这些夹杂物已经以各种方式被去除，但是在30μm或更小的夹杂物的情况下，上堰82和下坝83在使用钢水M’流来使夹杂物浮动方面具有限制。
另一方面，根据本公开的实施方式，作为使夹杂物的去除效率最大化的手段，通过将例如氩气注射到熔体中来产生旋转流。在这方面，在第一构件例如堰上方设置有腔体，以通过调节氩气的注射位置来使旋转流的产生最大化并产生由旋转和氩气注射引起的裸露熔融金属表面。因此，在熔体中产生较强旋转流并且使旋转流反复接触氩气以有效地去除夹杂物的同时，由于较强旋转流和氩气注射在裸露熔融金属表面处形成惰性气氛，从而防止熔体污染。
应指出的是，本公开的实施方式是用于说明本公开，而不是用于限制本公开。还应指出的是，本公开的实施方式中呈现的布置和方法将彼此组合或交叉连结并且将被转换为各种不同的形式，并且这些变型可以被视为本公开的范围。因此，本公开将在权利要求及其等同物的范围内以各种不同的形式来实施。本领域技术人员将理解的是，在本公开的技术构思的范围内，本公开的各种修改是可能的。

Claims (26)

1.一种熔体处理装置，包括：
容器，所述容器具有内部空间和敞开的顶部，所述容器在所述容器的所述顶部处设置有熔体注射单元，并且所述容器具有限定在所述容器的底部的至少一部分中的孔；
导引构件，所述导引构件与所述熔体注射单元间隔开，其中，所述导引构件设置在所述孔与所述熔体注射单元之间；以及
气体注射单元，所述气体注射单元与所述导引构件间隔开，其中，所述气体注射单元设置在所述熔体注射单元与所述导引构件之间，其中，所述气体注射单元安装在所述容器的所述底部处。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导引构件包括与所述熔体注射单元间隔开的第一构件，其中，所述第一构件设置在所述孔与所述熔体注射单元之间，其中，所述第一构件与所述容器的所述底部间隔开。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述导引构件包括与所述第一构件间隔开的第二构件，其中，所述第二构件设置在所述孔与所述第一构件之间，其中，所述第二构件接触所述容器的所述底部。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述气体注射单元与所述第一构件间隔开，其中，所述气体注射单元设置在所述熔体注射单元与所述第一构件之间或者设置在所述第一构件与所述第二构件之间。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的装置，还包括在所述容器的所述顶部上安装成沿宽度方向延伸的腔体，其中，所述腔体具有内部空间和敞开的底部并且面向所述导引构件和所述气体注射单元。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述导引构件、所述气体注射单元、所述腔体和所述孔中的每一者均以多个的方式设置，其中，所述导引构件、所述气体注射单元、所述腔体和所述孔相应地设置在关于所述熔体注射单元于纵向方向上相对的两个区域中。
7.根据权利要求2至4中的一项所述的装置，其中，所述气体注射单元沿宽度方向延伸、从所述底部的顶部面突出并且具有比所述第一构件的底部面的竖向高度低的竖向高度。
8.根据权利要求2至4中的一项所述的装置，其中，所述气体注射单元定位成与靠近所述熔体注射单元相比相对更靠近所述第一构件。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其中，所述气体注射单元包括：
块体，所述块体安装在所述容器的所述底部上并且具有限定在所述块体的顶部面中的狭缝；
气体注射管，所述气体注射管与所述狭缝连通；以及
控制阀，所述控制阀安装在所述气体注射管上以用于对所述气体注射管的打开程度和开闭方式进行控制。
10.根据权利要求5所述的装置，其中，所述腔体包括：
盖部分，所述盖部分沿所述宽度方向延伸；
壁部分，所述壁部分沿所述宽度方向延伸并且分别安装在所述盖部分的底部面上，其中，所述壁部分彼此间隔开并且设置在于纵向方向上相对的两个区域中，其中，所述第一构件在所述壁部分之间居中，其中，所述壁部分与所述容器的两个纵向侧壁接触或间隔开；以及
凸缘，所述凸缘沿所述纵向方向延伸并且分别安装在所述盖部分的两个宽度方向的边缘上以将两个所述壁部分连接。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述壁部分中的各个壁部分包括：
第一壁部分，所述第一壁部分与所述气体注射单元间隔开并且设置在所述熔体注射单元与所述气体注射单元之间；以及
第二壁部分，所述第二壁部分与所述第二构件间隔开并且设置在所述第二构件上方。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一壁部分的底部面定位成高于所述第一构件的顶部面，其中，所述第一壁部分的底部面能够浸入被注射到所述容器中的熔体中。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第二壁部分的底部面定位成低于所述第一构件的顶部面，并且所述第二壁部分的底部面能够浸入被注射到所述容器中的熔体中。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第二壁部分在所述第二壁部分面向所述第一壁部分的一个面上具有倾斜面、竖向面、弯曲面和凹槽中的至少一者。
15.根据权利要求5所述的装置，还包括供应管和排出管中的至少一者，所述供应管形成为能够供应气体，所述供应管穿透所述腔体并与所述腔体的内部空间连通，所述排出管形成为能够排出气体，所述排出管穿透所述腔体并与所述腔体的内部空间连通。
16.根据权利要求5所述的装置，还包括下述各者中的至少一者：
第一致动单元，所述第一致动单元用于以上升或下降的方式支承所述腔体并且用于根据注射到所述容器中的熔体的顶部面的竖向高度来调节所述腔体的竖向高度；以及
第二致动单元，所述第二致动单元用于以可滑动的方式支承所述腔体并且用于根据注射到所述容器中的熔体的裸露熔融金属表面的形成位置来调节所述腔体在纵向方向上的位置。
17.根据权利要求4所述的装置，还包括与所述第一构件在所述气体注射单元的相对侧间隔开的第二气体注射单元，其中，所述第二气体注射单元安装在所述容器的所述底部上。
18.根据权利要求1至4中的一项所述的装置，其中，所述熔体注射单元形成为允许钢水通过所述熔体注射单元，并且所述熔体注射单元以可拆卸的方式安装在连续铸造设备的钢包上。
19.根据权利要求1至4中的一项所述的装置，其中，从所述气体注射单元注射到所述容器中的气体包括惰性气体。
20.一种熔体处理方法，包括：
制备容器，所述容器具有内部空间和敞开的顶部，所述容器在所述容器的顶部处设置有熔体注射单元，并且所述容器具有限定在所述容器的底部的至少一部分中的孔，并且所述容器在所述孔与所述熔体注射单元之间具有导引构件；
将熔体注射到所述容器中；
使所述熔体溢流越过所述导引构件；以及
通过借助于气体注射单元将气体在所述导引构件与所述熔体注射单元之间注射到所述容器中来产生所述熔体的旋转流。
21.根据权利要求20所述的方法，包括：使用所述腔体来在环绕所述熔体的经由注射到所述容器中的气体形成的裸露熔融金属表面的形成位置的区域中形成惰性气氛或真空气氛。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，产生所述旋转流包括通过调节所述气体注射单元相对于所述导引构件的气体注射位置来控制所述旋转流的流动方向和旋转次数中的至少一者。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，产生所述旋转流包括通过所述气体注射单元以连续方式和间歇方式中的至少一者控制气体注射方式。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，产生所述旋转流包括通过调节所述腔体相对于所述熔体的浸入竖向高度来控制溢流越过所述导引构件且朝向所述孔流动的熔体的流量和溢流越过所述导引构件且朝向所述气体注射单元流动的熔体的流量中的每一者。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，产生所述旋转流包括经由通过第二气体注射单元将气体在所述气体注射单元与所述导引构件之间注射到所述容器中来控制所述旋转流的流动方向和旋转次数中的至少一者。
26.根据权利要求20至25中的一项所述的方法，其中，所述熔体包括钢水，并且其中，所述气体包括惰性气体。
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