解決連鑄工藝難題提高產(chǎn)品質(zhì)量

1、解決連鑄工藝難題提高產(chǎn)品質(zhì)量連鑄用耐火材料的技術(shù)進步對連鑄比的快速提高起到了推動作用。長水口、整體塞棒、浸入式水口作為連鑄用三種關(guān)鍵功能耐火材料, 其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到連鑄工藝的順行和產(chǎn)品質(zhì)量。浸入式水口的影響尤為明顯。浸入式水口是鋼水從中間包流入結(jié)晶器的導(dǎo)流管, 使用浸入式水口可防止鋼水二次氧化, 控制鋼水的流動狀態(tài)和注入速度 , 促進夾雜物上浮 , 防止保護渣和非金屬夾雜物卷入鋼水等。隨著連鑄工藝的改進和浸入式水口用耐火材料的開發(fā), 浸入式水口的使用壽命有所延長 , 但是在澆鑄過程中時而發(fā)生的水口結(jié)瘤或堵塞現(xiàn)象一直是困擾連鑄工序的一個難題。水口結(jié)瘤或堵塞不僅降低了連鑄機的生產(chǎn)效率, 而且也

2、是引起鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷的主要原因之一。因此, 解決水口的結(jié)瘤或堵塞問題具有十分重要的意義。防止浸入式水口堵塞的新技術(shù)水口本體內(nèi)加裝芯板。新日鐵研究發(fā)現(xiàn), 開澆時水口內(nèi)壁黏附的薄層金屬是al2o3黏附的起點 , 原因是開澆時水口內(nèi)壁溫度低, 最初與水口內(nèi)壁接觸的鋼水溫度急劇下降 , 甚至凝固 , 給al2o3 黏附提供了條件。因此 , 防止水口內(nèi)壁溫度過低 , 不但可避免 al2o3 黏附造成的水口內(nèi)孔狹窄或堵塞, 而且還可以防止浸入式水口熱震斷裂。辦法是在絕緣材料制成的浸入式水口本體內(nèi)加裝芯板。新日鐵分別進行了加裝不同芯板(芯板 a、芯板 b、芯板 x和芯板 y等)的試驗。芯板 a是先將碳質(zhì)量

3、分?jǐn)?shù)為99% 的天然鱗片狀石墨進行酸處理, 然后在 1000以上進行膨化處理 , 最后軋制成厚度分別為0.1mm 、 0.5mm 和 2.0mm的芯板。芯板b是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% 的石墨和氧化鋁復(fù)合板。先在石墨內(nèi)混入40% 氧化鋁顆粒 ( 粒徑為 100m)和 40% 氧化鋁纖維 (直徑為 50m,長度為 5mm) ,然后在 1000以上進行膨化處理 , 最后軋制成厚度分別為0.1mm 、0.5mm和2.0mm的芯板。將芯板 a 和 b用高耐熱絕緣陶瓷板包裹后, 分別裝入浸入式水口本體內(nèi)。澆鑄之前 , 將芯板 a或 b通電加熱 , 提高水口內(nèi)壁溫度 , 從而避免因鋼水接觸水口內(nèi)壁 , 溫度急劇

4、下降而凝固 , 引起 al2o3 黏附的現(xiàn)象 , 還可以防止?jié)茶T初期的水口熱震斷裂。芯板x與未包裹陶瓷板的芯板a相同, 芯板 y與未包裹陶瓷板的芯板 b相同。新日鐵最新開發(fā)的浸入式水口, 通過提高水口內(nèi)壁溫度 , 可以防止因開澆時溫度急劇下降引起的鋼水凝固和al2o3黏附, 減少了堵塞物剝離水口壁混入結(jié)晶器導(dǎo)致的鑄坯夾渣缺陷 , 還可以避免澆鑄初期水口的熱震斷裂, 保證連澆操作順利。低鋁鋼不用 al 脫氧。為了抑制連鑄水口的堵塞, 防止夾雜物和氣泡的產(chǎn)生 , 新日鐵開發(fā)出不用 al 脫氧的低鋁鋼連鑄技術(shù)。其技術(shù)要點如下: 第一, 當(dāng)生產(chǎn) al 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 0.01%的低 al 鋼時, 不用

5、 al 脫氧, 先用 ti 或 si 脫氧, 再用 ca、mg進行夾雜物變性處理。第二 , 在連鑄時 , 用多個鋼包順次將鋼水注入中間包, 從中間包底部的浸入式水口吹入惰性氣體。把前一包鋼水澆注到原鋼水的1/10 至后一包鋼水開澆到原鋼水量的1/5 為換包區(qū)時間 , 該區(qū)間要增加氣體吹入量 , 同時降低鋼水的流量。第三 , 在換包區(qū)時間內(nèi) , 浸入式水口氬氣吹入量為每流7.0l/min, 鋼水的流量為3.3t/min 。第四 , 在換包區(qū)時間以外的澆鑄時間里, 浸入式水口氬氣吹入量為每流1.05.0l/min 。新型鋼水流出口。日本住友金屬開發(fā)了利用中間包突出部分使鋼水產(chǎn)生渦流的技術(shù)。研究結(jié)果

6、表明 , 浸入式水口內(nèi)產(chǎn)生的渦流對流出鋼水的均勻穩(wěn)定流動具有很好的作用。但是 , 為充分利用渦流的特性 , 必須根據(jù)水口內(nèi)形成渦流鋼水的流動特性, 將鋼水出口做成最佳形狀。住友金屬開發(fā)出了水口內(nèi)裝有旋轉(zhuǎn)葉片使鋼水流形成渦流流出的浸入式水口, 即渦流浸入式水口。它不依靠電磁力的控制就能使結(jié)晶器內(nèi)的鋼水形成穩(wěn)定的流動, 不僅有效地提高了板坯質(zhì)量, 而且提高了板坯的生產(chǎn)率。保護澆鑄。澆鑄過程中的二次氧化源有鋼水、頂渣和中間包覆蓋劑接觸空氣、鋼水接觸爐渣、鋼水接觸耐火材料等。鋼包注入中間包的鋼水吸氮增加, 鋼水中氧也增加 , 二次氧化使夾雜物增多。防止?jié)茶T過程二次氧化的方法主要包括保護澆鑄、堿性包襯、

7、堿性覆蓋劑和中間包密封或充氬氣。水口帶有空氣冷卻和電磁攪拌裝置。最近, 日本神戶制鋼研制出一種帶有空氣冷卻和電磁攪拌裝置的新型水口。采用這種水口, 可以實現(xiàn)全過程低過熱度澆鑄, 避免水口堵塞。據(jù)研究者計算, 把這種新型水口應(yīng)用于小方坯連鑄時, 水口內(nèi)鋼水溫降約為 30, 可實現(xiàn)低過熱度澆注。防止浸入式水口結(jié)瘤的措施優(yōu)化水口的結(jié)構(gòu)。水口內(nèi)壁與鋼水流直接接觸, 成為 al2o3等夾雜物附著的基體。其中 , 內(nèi)腔孔徑和內(nèi)腔形貌是設(shè)計的關(guān)鍵。如果內(nèi)腔孔徑太大, 鋼水與水口接觸面積增大 , 鋼水流速尤其是水口內(nèi)壁鋼水流速會有所減慢, 增加鋼水中 al2o3 等夾雜物黏附的機會。相反 , 如果內(nèi)腔孔徑過小

8、 , 由于向下鋼水流的沖擊 , 水口內(nèi)液面鋼水反彈, 向上和向下的鋼水流在水口的出口發(fā)生碰撞, 會出現(xiàn)一定程度的鋼水滯留, 加速 al2o3 等夾雜物吸附。因此 , 合理設(shè)計水口內(nèi)腔結(jié)構(gòu)有利于改善水口內(nèi)腔的堵塞。此外, 水口出口形狀不僅關(guān)系到鋼水從水口流出的流態(tài)和連鑄坯的規(guī)格, 而且合適的出口形狀可以使結(jié)晶器內(nèi)鋼水中的夾雜物在上浮后被去除, 降低黏附結(jié)瘤的幾率。導(dǎo)致水口結(jié)瘤的還有其他一些結(jié)構(gòu), 如內(nèi)部粗糙度、保溫隔熱層和結(jié)構(gòu)突變等。當(dāng)表面粗糙度超過0.3mm時, 水口與鋼水邊界層的黏滯部分失效, 黏滯層的保護作用消失 , 使得鋼中的 al2o3 等夾雜物易于富集。因此 , 水口工作面應(yīng)盡可能光

9、滑。采取在水口外表面周圍粘貼厚20mm 、渣線部位加厚至25mm 的纖維隔熱材料進行保溫, 降低熱損失 , 減少溫差也可以有效地消除溫降的影響, 減少鋼水中的 al2o3,緩解水口的堵塞。在鋼水流經(jīng)水口的過程中, 應(yīng)避免水口的幾何形狀發(fā)生突變。因為在結(jié)構(gòu)形狀的突變點, 極易出現(xiàn)鋼水分流 , 造成鋼流方向的急劇變化。這種變化會對al2o3 等夾雜物產(chǎn)生一種向心力 , 促使al2o3夾雜與水口內(nèi)壁耐火材料碰撞直至al2o3附著在內(nèi)壁上。因此 , 要通過結(jié)構(gòu)設(shè)計使水口內(nèi)部盡可能減少幾何形狀的突變。合理選用水口材質(zhì)。與鋁碳材料相比, 鎂鋁尖晶石材料具有良好的防止氧化鋁附著能力。這是由于鎂鋁尖晶石材料結(jié)

10、構(gòu)致密, 表面光滑 , 不含 c和 sio2,熱穩(wěn)定性好, 并且能夠與氧化鋁附著物發(fā)生尖晶石化反應(yīng)或形成尖晶石固溶體等。另外, 為了減少浸入式水口的堵塞 , 應(yīng)根據(jù)澆鑄的鋼種不同 , 合理選擇不同材質(zhì)的水口。在澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼時 , 采用熔融石英質(zhì)水口 , 通過生成含 sio2 多的玻璃層來降低玻璃黏度, 可以在一定程度上減少水口堵塞。在澆鑄高錳鋼時, 在鋁碳質(zhì)水口的外表面包上一層耐火材料進行保溫 , 有利于防止水口堵塞。但此時若采用石英質(zhì)水口, 由于水口壁上富集的 mno 與 sio2 生成低熔點的 mnosio2, 會使水口嚴(yán)重熔損 , 導(dǎo)致鋼中夾雜物顯著增加。因此 , 為了防止水口堵塞和提高

11、鋼的質(zhì)量, 澆鑄普碳鋼、低合金鋼應(yīng)該選用鋯質(zhì)和石英質(zhì)水口 , 澆鑄含鋁鋼種或錳含量高于0.65%的鋼種應(yīng)采用石墨高鋁質(zhì)水口。其預(yù)防機理主要是通過減弱鋼水與水口內(nèi)壁的潤濕性, 來減小氧化鋁在水口壁上的粘附力。提高鋼水的潔凈度。鋼水的潔凈度是衡量鋼水質(zhì)量的重要標(biāo)志, 也是造成堵塞的主要因素 , 若鋼水潔凈度不高 , 或者鋼液中的氣體、夾雜物含量高, 一方面會增加鋼水的黏度 , 使其流動性變差 , 另一方面也會增加固態(tài)高熔點夾雜物的絕對濃度, 從而為水口堵塞提供便利條件。因此, 減少鋼水中二次氧化產(chǎn)物的形成和降低脫氧產(chǎn)物的聚集 , 可以有效地防止水口堵塞。通過控制脫氧加鋁量 , 減少鋼水中氧化鋁的含

12、量 , 有利于降低水口的堵塞程度。據(jù)報道 , 用喂絲機加入鋁絲 , 有利于提高鋼中鋁的收得率。另外, 采用 ca 、si 等部分代替鋁脫氧易于控制鋁的加入量。通過鈣處理鋼水, 可以將固態(tài)、高熔點的al2o3夾雜轉(zhuǎn)化為低熔點的12cao7al2o3, 從而減輕水口的堵塞。但要嚴(yán)格控制鈣的加入量, 若加入量太少 , 容易形成高熔點的鋁酸鈣 ; 若加入量過多 , 又會生成高熔點的cas,也會堵塞水口 , 即使鋼水中含硫量很少 , 也會侵蝕塞棒。對水口系統(tǒng)進行吹氣處理, 可以改變鋼水在水口內(nèi)的流態(tài) , 可在一定程度上減少al2o3 等夾雜物在水口內(nèi)壁的吸附沉積。所用的氣體一般是氬氣 , 按吹氣部位的不同 , 可分為三種供氣方式 , 即塞棒吹氣、水口吹氣和塞棒與水口同時吹氣。結(jié)語浸入式水口堵塞的形成是一個復(fù)雜過程, 涉及的影響因素和條件很多, 并且相互影響。從材料角度出發(fā), 通過