液态金属净化 本发明涉及一种净化液态金属的方法和装置，特别适用于连铸过程中净化钢水。为方便起见，下面专门以净化钢水为例对本发明进行说明。
在连续铸钢过程中，钢水从钢包通过中间容器注入连铸结晶器，中间容器被称为中间包，其作用如同一个具有恒定液面的储存器。
通常钢水刚刚被冶炼出来，在其进入钢包之前和/或进入钢包之后就进行处理以去除不需要的杂质或夹杂物，然后才将钢水注入中间包。这些处理一般被总称为二次精炼工艺，其中包括钢包渣去除、真空处理、惰性气体搅拌、熔剂处理或粉剂的惰性气体喷吹。
而且，可综合采用其中两种或多种处理工艺以获得高质量钢水，特别是高的钢水纯净度。然而，总有一部分杂质，不论是固态的还是液态的，要从钢包进入中间包。另外在钢水从钢包流入中间包的过程中，因与空气发生氧化作用会进一步生成夹杂物，如氧化物夹杂。
钢水在中间包中也很容易进一步增加杂质含量。因此，目前通常采用各种方法在中间包内去除钢水中的杂质，其中包括使钢水在中间包内流动过程中通过各种各样的挡墙、堰或隔板。挡墙、堰和隔板可由能够吸收夹杂物颗粒的耐火材料制成。
在日本专利文摘第5卷第43期(M-60)(715)和JP-A-56-001252中曾公开一种去除中间包液态金属中夹杂物的方法。液态金属通过布置在从入口区到出口区之间的一组上下间隔开的、水平伸展的耐火材料搁板，搁板可吸附夹杂物颗粒。在我们的欧洲专利0376523号(FS1410/1421)中公开了另一种类似的方法。所公开的净化金属方法包括使中间包中的钢水通过位于从钢包到中间包的钢水入口区到钢水离开中间包的出口区之间的一组垂直放置的隔板，这组隔板横跨在中间包内，隔板之间留有一定距离，钢液被限制在隔板之间地通道内流动。如果能使金属液，通常是钢水，在中间包内产生向上的流动，并采用一种表面覆盖的活性熔剂层，则前述的这一发明特别有用。这样的熔剂层本身可与钢水中的夹杂物反应并有效地捕捉它们，从而将其从钢流中去除。
可以理解，“夹杂物”一词包括内在夹杂物和外来夹杂物，夹杂物可以是彼此分离的，也可以是成群的。在任何情况下，中间包内钢水夹杂物都是有害的，或者附着在中间包下伸向结晶器的长水口内孔表面，或者进入结晶器内引起铸坯表面和内部质量恶化，从而对铸坯冶金特性产生不良影响。
除上述活性熔剂以外，人们都知道引用一种粉剂覆盖层覆盖中间包内钢水表面，其目的是使钢水与空气之间绝热以减少热损失。
还推荐采用两层或多功能中间包覆盖渣层，这样以便获得既可以保温，又可去除夹杂物的综合优点。典型的保温覆盖渣层的主要成分是氧化镁或硅酸铝，而去除夹杂物的活性熔剂层则含有诸如氧化铝、石灰和二氧化硅等成份。
人们将意识到活性熔剂层比单纯的保温层更贵些，因此，需要提供一种更经济的方法从诸如中间包一类的容器中去除夹杂物。
而且，我们发现活性表面覆盖层可在容器入口区引起一些问题，紊流和熔剂的存在会引起不希望有的反应并使该区内的熔剂形成结壳。另外当使用耐火材料塞棒以开闭容器的水口时，活性熔剂破坏塞棒的化学成份，从而缩短其有效使用寿命。
因此，本发明的目的就是提供一种通过去除有害夹杂物而使液态金属净化的更好的方法，该方法还可以克服上述问题或减少其影响。
所以，一方面本发明提供一种在液态金属处理容器中净化液态金属的方法，该容器具有一个液态金属入口区和一个出口区。其特点在于：在入口区和出口区之间构成一个净化区，使金属液从入口区通过净化区流到出口区，在净化区金属液的表面添加一层具有活性的夹杂物去除覆盖层。
另一方面，本发明提供一种包括金属液入口区和出口区的金属液处理容器。其特点在于：该容器在入口区和出口区之间有一净化区，并具有限制净化区金属液表面覆盖渣层的装置。
本发明特别适用于去除通过中间包的钢水中的夹杂物。如前所述，下面将结合具体实施例进一步说明。
将中间包分成所需要的若干区的装置最好是用适当耐火材料制成的堰，即耐火材料板，该耐火材料板悬挂在中间包的上方，其上端伸出钢水液面，下端伸向中间包底，并与包底之间留有足够的间隙以使钢水通过。在给定的实施例中，中间包由两个这样的堰分为三个区，两个堰沿中间包长度方向布置，每个堰均横跨中间包整个宽度。两堰之间构成中央净化区，净化区的一侧为入口区，另一侧是出口区。
一种活性中间包渣，如REACTOLTM，可浮在净化区钢水表面，中间包渣由伸出钢液面的堰保持在净化区内。如果需要，入口区和出口区内的钢水表面可覆盖不同的保护层，最好是标准的保温覆盖渣。
根据需要，中间包内还可增设普遍中间包所采用的其它的挡墙、堰和具有普通中间包所具有的某些特点。例如，通常在中间包入口区底部设有冲击垫以承受进入中间包的钢水液流并减少液流对该区包底的浸蚀。
在一更好的实施例中，在净化区中间包底部设有一向上延伸的耐火材料挡墙。当钢水从标志着净化区起始位置的堰的底部进入净化区时，受到该挡墙的限制而向上流动，流向活性覆盖层。在该实施例中，最好使挡墙向上延伸的高度超过中间包包底和钢水进入净化区时所流过的堰的底部之间的间隙。
根据需要可采用惰性气体，如氩气，形成上升气泡通过净化区内的钢水。发现这种方法可促进夹杂物上浮，使之与活性覆盖层接触。惰性气体可从上述的挡墙内方便地吹入。
挡墙可以是任何方便的形状，如截头三角形，锥面向上。在这种形状下，惰性气体易于从挡墙的顶面吹出。然而另一种较好的办法是设置一“L”形挡墙，惰性气体从“L”的底部吹出，这样可防止钢水下降流与沿L墙直边向上的钢流发生直接撞击。
在另一实施例中，挡墙上开有许多孔眼，这样挡墙可强制一部分钢水向上流动，其余的钢水则穿过挡墙上孔眼。在这个实施例中，气源最好设在位于带孔挡墙下游一侧的中间包底部，使钢水流过挡墙后就遇到来自气源的上升气流。
作为净化区边界的堰(和中间包中任何其它的挡墙和堰)最好有一不光滑的表面，如表面带有皱褶、瘤状物或沟纹。用这种方法可增大堰与钢水接触的表面积，例如可增大3倍，甚至更多。这样可以显著增加堰表面“捕获”夹杂物的能力。这里给出的实施例表面带有瘤状物，这些瘤状物可以是，比如圆头锥形或金字塔形，或者将表面设计成沿长度方向延伸的沟纹。
堰最好由氧化铝质耐火材料制成，以便于吸收硅酸钙夹杂物，这种夹杂物是中间包钢水中常见的主要的非金属夹杂物。但无需在堰的整个厚度上全部采用氧化铝质耐火材料，发现堰的中间采用比较便宜的耐材，表面层为氧化铝质耐火材料是比较合适的。
下面仅结合附图来说明本发明的实施例。
图1是本发明第一实施例的中间包纵断面图。
图2是剖去图1中部分中间包后的堰的局部透视图。
图3是本发明第二实施例类似于图1的中间包纵断面图。
图4是剖去图3中部分中间包后堰的局部透视图。
图1中，中间包10有一钢制外壳11，外壳11有一整体浇注的耐火材料永久层内衬12，内衬12的内表面，即如果不在其上设耐火材料衬则与中间包钢水接触的表面上有一层可膨胀耐火材料衬13。
中间包被两个耐火材料堰14和15分成三个区A、B和C。堰14和15沿中间包长度方向设置，横跨中间包整个宽度，两堰之间相隔一定距离。堰14和15均向上伸出，高于中间包最高的上沿10A，但向下却没有足够的深度抵达中间包底16。中间包“B”区位于堰14和15之间，为中间包净化区。
堰14的上游“A”区为入口区，钢水通过通常的钢包(未示出)水口保护套17进入该区．一块冲击垫18设在钢包水口保护套管17下方的中间包底部16上用以接受钢流并防止钢流对该区内衬的过份浸蚀。
堰15的下游是出口区“C”，包括位于包底16的一个出口19和一塞棒20。可根据需要升降塞棒以控制出口的开闭。
所示钢水21已灌满中间包，其液面为22。在净化区“B”的钢液面22上是一层活性中间包覆盖渣23。这层覆盖渣由堰14和15所包围，只能保持在净化区内。“A”区和“C”区钢水表面22上覆盖一层标准保温覆盖渣。这样，所需活性覆盖渣用量可相对减少，覆盖层净化效率达到最佳。而且可使活性渣层23与进入中间包的钢包渣完全分开。因此可实现较长的多炉连浇，直至活性覆盖渣层的效率明显降低。
上游堰14伸向中间包底16，堰的下端与包底之间留有高度为“a”的间隙。类似地，下游堰15也伸向包底16，其下端与包底16之间留有高度为“c”的间隙。挡墙25横跨中间包整个宽度，位于堰14和15之间，从包底向上延伸，其上端距包底的高度为“b”。如图所示，“b”大于“a”和“c”，这样可强制从堰14的底部流入“B”区的钢流向上流向钢流面22及其活性渣覆盖层23。
由适当气源(未示出)供给的氩气从出口26吹出。吹氩孔设在挡墙25上沿中间包宽度方向布置，各孔之间有一定间距。氩气气泡27向钢液面22方向上浮，促进钢水中夹杂物(未示出)上浮并与活性覆盖层23相接触。
在中间包出口区c，设一消耗挡墙28，该挡墙设在出口19的上游侧，从包底向上延伸，横跨整个中间包宽度。该挡墙可以是，例如，泥浆状的耐火材料板。当钢水从钢包注入中间包后，在钢水作用下，该挡墙很快，例如不超过10分钟，就被瓦解。其目的是挡住先进入中间包的低温钢水，使温度较高的钢水流过该挡墙后最先到达出口，从而可减少出口处发生钢水冻结的危险。
如图，所示，堰14和15相距为“X”，其中“X”＝“y”＋“z”，“y”为从挡墙25的中心线到堰14的墙面(下游侧)在包底投影的距离；类似地，“z”为挡墙25中心线到堰15的墙面(上游侧)在包底投影的距离。“a”、“b”、“c”、“x”、“y”和“z”的最佳长度当然因中间包而异，但是具有一般技术水平的人员对任何特例的包型都可以很快确定适当的尺寸参数，以使钢水与活性渣层23有最佳的接触时间，并可保证通过中间包抵达出口水口19的钢水流量足以满足连续浇注条件。
图2所示的堰14至少在其面对堰15的墙面上有一系列截锥形的瘤状物29，以提高其“捕获”夹杂物的能力。
图3所示的是类似于图1所示的中间包10’，中间包10’中各部分的标号与图1中相应部分的标号相同，只是标号右上角标“’”。
同图1一样，中间包10’由两个耐火材料堰14’和15’分为三个区A’、B’和C’、B’区为净化区。象前面一样，在入口区A’内设有冲击垫18’，用以接受钢流，在出口区C’的包底16’设有出口19’。
活性中间包覆盖渣23’覆盖在B’区钢水表面，在A’区和C’区则采用一层标准保温覆盖渣24’。
上游堰14’和下游堰15’的设置如图所示，类似于图1给出的相对位置关系。堰14’和15’之间设有带孔的挡墙25’，该挡墙从包底16’向上延伸，横跨整个中间包宽度。象前面一样，从堰14’底部流入B’区的钢流被强制向上流向钢液面22’和活性渣层23’。所不同的是，有一部分钢水通过挡墙25’上的通孔25A。
由适当的气源(未示出)供给的氩气从吹气砖30吹出，吹气砖紧靠挡墙25’的下游侧，横跨中间包包底。氩气泡(未示出)向上浮向钢水表面22’，促进钢水中夹杂物(未示出)上浮以接触活性覆盖层23’。
(应该知道，虽然图上未示出，图3中中间包10’将为出口19’配备象塞棒一类的开闭装置。)
如图4所示，堰14’带有截头金字塔形瘤状物29’以提高夹杂物捕获能力。堰15’也带有类似的瘤状物。
应该知道，上述不同的实施例可以有所变化而不偏离本发明的范围和实质。
如前面所指出的，堰可以具有与所公开的形状不同的表面；出口流量控制装置可以是旋转滑阀、滑动水口阀或简单的定径水口；冲击垫可以是圆拱形或其它所要求的形状。