連鑄中間包冶金技術(shù)研究,冶金論文

1、連鑄中間包冶金技術(shù)研究,冶金論文摘要:分析了連鑄坯中夾雜物的來源和澆注過程中的二次氧化問題。介紹了國內(nèi)外先進(jìn)煉鋼廠 (新日鐵、JFE、 克魯斯、 迪林根、 浦項和寶鋼等 )中間包夾雜物的去除與控制措施。通過增大中間包容量、 采用 H型中間包或離心流動中間包、 設(shè)置中本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供間包氣幕擋墻和中間包控流裝置 ,優(yōu)化中間包結(jié)構(gòu)。通過采用中間包密封吹氬技術(shù)控制中間包開澆的二次污染;采用匯流旋渦抑制器防止中間包澆注過程中卷渣;采用堿性包襯和堿性覆蓋劑、 中間包無氧化烘烤與電磁感應(yīng)加熱、 中間包連續(xù)真空澆注處理和電磁過濾 ,可以降低鋼水二次污染 ,防止二次氧化 ,促進(jìn)夾雜物上浮 ,提高鑄坯

2、的質(zhì)量。Abstract: The source of inclusion in the continuous casting slab and reoxidation during the pouringp rocess are analyzed. The measures of inclusion removal and control in the tundish in advanced steel2m aking p lants at home and abroad ( such as N ippon S teel , JFE, Corus, D illinger, Posco and

3、 B aosteel)are introduced. The conclusion is: the structure of the tundish can be op tim ized by increasing the capac2ity of tundish, using the type of H tundish or centrifugal f low tundish; secon本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供dary pollution duringtundish f ree - opening can be controlled by using tundish sealed arg

4、on blow ing technology; slag entrap2m ent can be p revented by using vortex controllers; secondary pollution of molten steel can be reduced,reoxidation can be p revented, inclusion f loatation can be p rom oted and the quality of steel can be im2p roved by adop ting alkaline linings and alkaline cov

5、ers, tundish non - oxidation baking and electrom ag2netic induction heating, tundish continuous vacuum casting treatment and electrom agnetic f iltration.Key words: tundish; inclusion; control and removal0 前言隨著用戶對鋼材質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高,中間包的精煉功能也越來越受到人們的關(guān)注。作為設(shè)置在鋼包和結(jié)晶器之間的冶金反應(yīng)器,中間包除了實施鋼水分配、 穩(wěn)定注流和保證連澆的基本功能外,還可以作為

6、鋼水的精煉容器。通過中間包冶金,可以防止鋼水二次氧化和吸氣、 改善鋼水流動狀態(tài)、 防止卷渣和促進(jìn)夾雜物上浮、 微調(diào)鋼水成分、 控制夾雜物形態(tài)和精確控制鋼水過熱度。中間包冶金對提高連鑄機作業(yè)率和優(yōu)化作業(yè)、 順利多爐連澆、 擴大連鑄品種本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供、 改善鑄坯質(zhì)量等均起到重要作用。1 連鑄坯中夾雜物的來源從煉鋼生產(chǎn)流程來看 ,鑄坯的潔凈度主要取決于鋼水進(jìn)入結(jié)晶器之前的煉鋼、 精煉和中間包冶金工序 ,鋼水中夾雜物的主要來源是內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物。1 . 1 內(nèi)生夾雜物內(nèi)生夾雜物主要是脫氧產(chǎn)物 ,是鋼中的合金化元素與溶解在鋼水中的氧以及硫、 氮的反應(yīng)產(chǎn)物。如鋁鎮(zhèn)靜鋼 ,脫氧產(chǎn)物以 Al

7、 2O3為主;硅鎮(zhèn)靜鋼 ,脫氧產(chǎn)物以 MnOSi O2 為主;鈣處理鋼,脫氧產(chǎn)物以 mCaOnAl 2O3、 mCaOnAl 2O3 X為主;鈦處理鋼 ,脫氧產(chǎn)物以 Ti O2、 Al 2O3、 Ti N、 Al 2O3 與Ti N復(fù)合夾雜物為主。內(nèi)生夾雜物數(shù)量多 ,顆粒較小 (一般小于 10m) ,分布較均勻 ,成分簡單 ,對鋼的質(zhì)量危害較小。1 . 2 外來夾雜物外來夾雜物是指從煉鋼到澆注的過程中 ,二次氧化產(chǎn)物和機械卷入鋼中的各種氧化物。外來夾雜物數(shù)量少 ,尺寸較大 ,多在 30300m,成分復(fù)雜 ,在鋼中呈偶然分布 ,對鋼質(zhì)危害大。澆注過程中的二次氧化源有空氣 (主要是鋼水裸露吸氧、

8、注流與空氣接觸和注流卷入空氣吸氧 )、 轉(zhuǎn)爐下渣、 鋼包頂渣和中間包覆蓋劑、耐火材料等。與中間包工序相關(guān)的二次氧化問題如下:(1)注流與空氣接觸吸氧 注流比表面積與水口直徑成反比 ,小方坯水口直徑小 ,注流比表面積大 ,二次氧化嚴(yán)重。如果水口燒氧、 散流 ,則二次氧化加劇。(2)注流卷入空氣吸氧 從鋼包水口流出流到中間包的過程中 ,注流卷入空氣的四種現(xiàn)象是:層流、 脈動注流 (層流 紊流過渡區(qū) )、 注流表面鋸齒狀和紊流注流 (注流表面粗糙 )、 注流變?yōu)橐旱?(吸氧速率比光滑注流大 60倍 )。(3)鋼水裸露吸氧 如果中間包表面積為5 m2,熔池深度 0 . 7 m,由注流沖擊引起的中間包鋼

9、水液面的裸露每 1 . 15 s就更新一次, 1 min內(nèi)則要更新 52次,裸露于空氣中的鋼水表面積為 260 m2,說明由液本論文由無憂 >論文網(wǎng)整理提供面更新造成的二次氧化非常嚴(yán)重。(4)耐火材料二次氧化 中間包包襯材料和覆蓋劑中含有的 Si O2 被鋼水中的 Al還原生成Al 2O3 ,使鋼的潔凈度降低。生產(chǎn)潔凈鋼 ,不僅要通過脫氧和精煉操作最大限度地去除夾雜物 ,更重要的是防止?jié)沧⑦^程中由二次氧化所產(chǎn)生的大顆粒夾雜物及卷渣。2 優(yōu)化中間包結(jié)構(gòu)2 . 1 增大中間包容量中間包容量影響到中間包液面高度和中間包鋼水在包內(nèi)的停留時間。大容量中間包可以保證更換鋼包時中間包內(nèi)的鋼水處于相對穩(wěn)

10、定狀態(tài) ,防止卷渣。為了避免卷渣 ,中間包鋼水必須在最小深度以上操作。北美 20世紀(jì) 80年代以后投產(chǎn)使用的中間包容量均為 45 t以上 ,其中最大的中間包容量為 70 t。日本的中間包容量均在 60 t以上 ,最大的中間包容量達(dá) 84 t。據(jù)報道 ,克魯斯公司的中間包由 25 t擴大到45 t后 ,不僅氧化鋁夾雜數(shù)量減少 ,而且夾雜物在鑄坯內(nèi)弧側(cè)聚集的現(xiàn)象也明顯減少 1 。國內(nèi)某鋼廠對薄板坯用中間包進(jìn)行水模實驗后發(fā)現(xiàn):增大中間包容量 (在相同控流裝置條件下 ,提升中間包內(nèi)鋼水液位 50 mm) ,鋼水靜置時間延長約10 s,死區(qū)減少 3%。有研究表明 ,在控流裝置相同的條件下 , 60 t中

11、間包比 10 t中間包夾雜物去除率明顯提高 ,鋼水的潔凈度大大改善 2, 3 。中間包容量對鋼水清潔度的影響見表 1。還有人認(rèn)為在相同的擋墻條件下 ,中間包加高能延長鋼水停留時間約 30%,有利于鋼中夾雜物的上浮分離 4 。2 . 2H型中間包日本鋼廠通過實驗證實了 H型中間包控制鋼水流動形態(tài)的冶金效果 7 。H型中間包結(jié)構(gòu)見圖 1。 使用 H型中間包 ,不但可以使中間包內(nèi)鋼水流動平穩(wěn) ,而且使鋼水靜置時間延長。更重要的是可以避免在更換鋼包時的鋼水液面波動和卷渣問題。2 . 3 中間包氣幕擋墻中間包氣幕擋墻是隨著中間包冶金技術(shù)的發(fā)展并借鑒鋼包吹氬攪拌技術(shù)而發(fā)明的一種全新技術(shù) ,日本新日鐵和 J

12、FE各有一個相關(guān)專利,鞍鋼也進(jìn)行過試驗。通過鋼包底部布置的成列的吹氬孔向中間包內(nèi)吹氬 ,吹入的氬氣泡在中間包內(nèi)產(chǎn)生一道“氣幕 ” ,被稱之為中間包氣幕擋墻。氣幕使中間包內(nèi)死區(qū)體積顯著減少 本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供,使活塞流體積顯著增大 ,如圖 2所示。利用微小氣泡去除非金屬夾雜物 ,還可以全部或部分代替原有的中間包擋墻 (壩 ) ,從而減少由擋墻 (壩 )侵蝕帶入鋼水中的夾雜物 ,有效地提高鋼水的潔凈度。研究人員將實際生產(chǎn)中使用的氣幕擋墻和原有渣堰的使用效果進(jìn)行對比分析后得出結(jié)論 ,使用氣幕擋墻可使大顆粒非金屬夾雜物的數(shù)量明顯減少。該技術(shù)要求向中間包內(nèi)吹氬的透氣磚具有耐高溫和良好的抗鋼水沖刷

13、能力。2 . 4 離心流動中間包日本川崎鋼鐵公司開發(fā)了電磁驅(qū)動離心流動中間包 , 簡稱 CF中間包。離心流動中間包由圓筒形旋轉(zhuǎn)室和矩形室組成 (圖 3)。鋼水由鋼包長水口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)室 ,在旋轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)的鋼水受電磁力驅(qū)動離心流動 ,然后從旋轉(zhuǎn)區(qū)底部出口進(jìn)入矩形室進(jìn)行澆注。原理是利用電磁場力旋轉(zhuǎn)圓筒狀中間包內(nèi)的鋼水 ,利用轉(zhuǎn)動鋼水所產(chǎn)生的離心力促進(jìn)夾雜物分離。在離心流動中間包中 ,鋼水混合能量是普通中間包的 100倍。由于鋼水混合能量大 ,夾雜物聚集后顆粒增大 ,有利于將其從鋼水中分離。日本川崎鋼鐵公司在千葉廠的 1號板坯連鑄機上做了離心流動中間包工業(yè)試驗 ,并已成功地用于該廠新建的 4號板坯連鑄機的超

14、潔凈不銹鋼的高速連鑄。鋼包容量 160 t,鑄速 2 m /min,中間包旋轉(zhuǎn)室容量 7 t,矩形室容量 23 t (合并一起的中間包容量為 30 t) ,兩室底部連通。實踐證明:使用離心流動中間包與傳統(tǒng)的澆注相比 ,鑄坯氣孔消除 (換包期的鑄坯 ,也未發(fā)現(xiàn)氣孔 ) ,條狀裂紋減少 50%以上。換包期間 ,有無離心旋轉(zhuǎn)對板坯中全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響如圖 4所示。進(jìn)行電磁離心攪拌后 ,鑄坯全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)由20 × 10- 640 × 10- 6降到 8 × 10- 615 × 10- 6,夾雜物總量減少約一半 ,冷軋和熱軋卷板的表面缺陷指數(shù)降低到常規(guī)中間包的 6

15、0%。離心流動中間包對減少夾雜物效果明顯 ,與其他二次精煉技術(shù)相比 ,有較明顯的優(yōu)勢。連鑄實踐表明 ,離心流動中間包可有效提高熱軋和冷軋板卷的表面質(zhì)量。2 . 5 設(shè)置中間包控流裝置中間包控流裝置的設(shè)置對其包內(nèi)非金屬夾雜物的上浮、 均勻鋼水溫度和成分起著至關(guān)重要的作用。國內(nèi)外許多冶金工作者為強本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供化中間包的冶金作用建立了中間包流場模型 ,但其對于滿足當(dāng)前生產(chǎn)高質(zhì)量鋼種要求是否具有實際意義尚無定論。近年來 ,中間包內(nèi)主要的控流裝置有擋墻、壩、 過濾器、 湍流控制器和中間包底部吹氣及其組合裝置。2 . 5 . 1 擋墻、 壩在中間包中安置堰和壩 ,可以有效改變鋼水流向 ,延長

16、鋼水停留時間 ,有利于夾雜物的上浮。堰 ,又稱擋渣堰或上擋墻,橫跨整個中間包寬度 ,從鋼水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。堰在中間包中的作用是:控制鋼包注流沖擊區(qū)的大小和鋼包注流對中間包鋼水的攪拌強度 ,促進(jìn)夾雜物碰撞和聚集成大尺寸夾雜物 ,從而上浮并去除;把隨鋼包注流進(jìn)入中間包的爐渣擋在注流沖擊區(qū)內(nèi) ,減少鋼水因鋼包卷渣造成的二次污染;把鋼包注流沖擊引起的中間包鋼水表面波動限制在堰的上游 ,穩(wěn)定堰下游的中間包鋼水液面 ,減少因表面卷渣、 二次氧化和機 械沖刷所產(chǎn)生的夾雜物數(shù)量。壩 ,又稱導(dǎo)流壩或下?lián)鯄?,橫跨整個中間包寬度 ,從中間包底部向上延伸至距鋼水液面之下一定

17、距離 ,鋼水從其上方流過。設(shè)置壩可以防止中間包短路流的形成 ,延長鋼水在中間包內(nèi)的流動距離 ,增加鋼水在中間包的停留時間;可以將鋼包注流的沖擊限制在沖擊區(qū)內(nèi) ,降低鋼水的水平流動速度;還可縮短夾雜物的上浮距離 ,有利于夾雜物上浮去除和頂渣捕獲夾雜物。在中間包中 ,壩和堰通常一起使用 ,以獲得理想的中間包鋼水流動和冶金效果。有實驗比較了裝與不裝壩 (或壩和堰 )中間包內(nèi)鋼水的最短停留時間 5 ,結(jié)果是設(shè)有控流裝置的中間包最短停留時間延長 ,并且鋼水在較寬中間包內(nèi)的最短停留時間隨著壩高的改變而改變。但壩高應(yīng)限定在一定范圍 (0 . 250 . 75 H, H為中間包熔池深度 )才有效果。如果壩高超

18、出了上限值 ,最短停留時間反而會縮短。但是 ,德國馬普斯技術(shù)中心研究結(jié)果表明 6 ,中間包擋墻促進(jìn)夾雜物上浮的作用并不明顯。因此 ,在歐洲各個鋼廠推廣使用的是無擋墻中間包技術(shù)。理由是 ,如果鋼水在進(jìn)入中間包之前的精煉過程中已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的純凈度 ,中間包擋墻和壩已不再具有繼續(xù)改善鋼水質(zhì)量的作用。在這種情況下 ,除對鋼水純凈度要求特別高的鋼種外 ,可以在中間包內(nèi)不設(shè)置擋墻。2 . 5 . 2 過濾器過濾器為帶有微孔結(jié)構(gòu)材料的隔墻 ,它橫跨整個中間包寬度 ,從鋼水液面上方一直延伸到中間包底部 ,鋼水從微孔流過。在中間包中 ,對直徑大于 50m的大顆粒夾雜物可以采取簡便的凈化措施 ,將其與鋼水分離

19、,使大顆粒夾雜物上本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供浮排除。而過濾器是用來捕捉小顆粒夾雜物,以凈化鋼水。但過濾器因微孔容易堵塞 ,鋼水通過過濾器的流量小且成本高 ,在應(yīng)用上受到限制。2 . 5 . 3 中間包底部透氣磚在密閉的中間包中吹氬 ,可以使中間包內(nèi)的氣氛在開澆和澆注過程中處于惰性氣氛中 ,可以防止鋼水的二次氧化和吸入空氣。透氣磚被設(shè)置在中間包底部 ,位于鋼包注流區(qū)和中間包水口之間 ,底吹氣體一般為氬氣。當(dāng)通過透氣磚吹氬氣時 ,氣泡吸附夾雜物并與夾雜物一起上浮 ,從而提高鋼水的清潔度。這種技術(shù)的弊端是吸附夾雜物的氣泡有可能被卷入鑄坯 ,造成較嚴(yán)重的缺陷。2 . 5 . 4 中間包湍流控制器湍流是

20、由進(jìn)入中間包內(nèi)的高速鋼水流引起的 ,不但能將中間包覆蓋劑卷入鋼水中 ,形成夾雜 ,或卷入空氣發(fā)生二次氧化,而且高速鋼水流沖擊中間包包底 ,侵蝕耐火材料 ,影響中間包壽命。湍流控制器能抑制鋼水流對中間包包底的沖擊。湍流控制器位于鋼包注流下方。鋼水從鋼包長水口高速流出 ,進(jìn)入到湍流控制器中 ,受湍流控制器的限制 ,再從湍流控制器的上口反向流出。湍流控制器的作用如下: 對鋼包注流的沖擊起緩沖和限制作用; 改善中間包鋼水的流動特性 ,延長停留時間 ,有利于鋼水中的夾雜物上浮分離; 鋼包開澆和更換時 ,減輕鋼包注流沖擊中間包鋼水造成的鋼水飛濺 ,減少中間包襯的侵蝕; 增加中間包鋼水流動的活塞流體積 ,降

21、低死區(qū)體積。研究專家對安裝了不同控流裝置的中間包流場和溫度場進(jìn)行水模和數(shù)模實驗后得出了結(jié)論:與裝有堰和導(dǎo)流隔墻但無控流裝置的中間包相比 ,裝有湍流控制器和擋墻的中間包活塞流區(qū)更大 ,能更有效地消除鋼水表面的湍流和擾動現(xiàn)象 ,有利于降低吸氣量 ,促進(jìn)夾雜物上浮;同時減緩出口流速 ,從而降低注入流溫度波動對中間包冶金效果的影響。還有 ,湍流控制裝置的幾何結(jié)構(gòu)對中間包鋼水流動特性有明顯影響 7 。方形無頂緣和圓形無頂緣的湍流控制裝置對抑制鋼包注流動能的作用不大 ,而方形帶頂緣和圓形帶頂緣的湍流控制裝置能夠較好地改善中間包內(nèi)流體的流動特性。但是 ,實際生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過不盡人意的結(jié)果。加防湍流墊后 ,在澆

22、注后期 ,由于湍流控制器經(jīng)受不住高速鋼水流的連續(xù)沖擊,不斷被侵蝕而熔解本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供到鋼水中 ,反而污染鋼水。美國多家鋼廠采用了新型防渦流墊 8 。如LT V鋼公司將其與堰、 壩一起使用 ,表明防渦流墊對中間包鋼水流動狀態(tài)有明顯改善。穩(wěn)定澆注時 ,結(jié)晶器內(nèi)鋼水總氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降了 20%;更換鋼包時下降了 30%。由于鋼水中夾雜物的減少 ,中間包水口堵塞現(xiàn)象減少了 57%。中間包控流裝置的根本目的 ,是有效地延長鋼水在中間包內(nèi)的平均停留時間,最大程度地減小滯留區(qū)的鋼水體積。使用上述多種控流裝置能顯著提高鋼水的潔凈度 ,但是考慮到耐火材料是中間包內(nèi)夾雜物的來源之一 ,以及耐火材料的消耗

23、 ,因此應(yīng)在保證鋼水質(zhì)量的前提下 ,盡量減少各種控流裝置的使用。3 防止中間包澆注過程的二次污染日本住友金屬鹿島廠的實驗結(jié)果表明 ,從冶煉設(shè)備經(jīng)鋼包和中間包出鋼 ,如不加以保護(hù) ,鋼水中將有約 70%的夾雜 (內(nèi)在夾雜和外來夾雜 )來自于中間包。這些夾雜在中間包內(nèi)如不加以分離 ,本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供將對鑄坯質(zhì)量和冶金工藝產(chǎn)生嚴(yán)重危害。過去 ,為了去除中間包內(nèi)夾雜物 ,采用的技術(shù)主要是防止鋼水再污染:換包時盡量減少鋼包渣的卷入、 鋼包到中間包采用長水口澆注、 防止鋼水與包襯耐火材料發(fā)生反應(yīng)、 中間包加蓋等保護(hù)技術(shù)。近年來 ,為進(jìn)一步滿足市場對高質(zhì)量產(chǎn)品的需求 ,當(dāng)今國內(nèi)外圍繞中間包開發(fā)了一

24、系列提高澆注鋼水質(zhì)量的相關(guān)技術(shù)。3 . 1 控制中間包開澆的二次污染頭坯中含 N、 全氧質(zhì)量分?jǐn)?shù) (wT . O )、 MA (重要缺陷 )、 M I(次要缺陷 )數(shù)量均比穩(wěn)態(tài)澆注時高得多 ,見表 2。 為了提高頭坯的潔凈度 ,采用中間包密封吹氬操作。有試驗研究指出 ,開澆時在中間包吹氬 ,二次氧化大大減少。與中間包不吹氬相比 ,鋼中wAls損失由 80 ×10- 6減少到 10 ×10- 6;吸氮由25 × 10- 6減少到 3 × 10- 6; wT . O增加量由 22 × 10- 6減少到 12 × 10- 6。國外不少工廠采

25、用中間包密封吹氬操作 9 。其中克魯斯公司生 產(chǎn) IF鋼時, 68 t中間包,吹氬量1020 m3/min,中間包氣氛中氧含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 1%,減輕了水口堵塞,鑄坯缺陷率降低 38%。迪林根公司, 50 t中間包,吹氬 6 . 5 m3/min,中間包氣氛中氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 1%,氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 5%。在浦項 ,中間包吹氬時 ,氣氛中氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1% ,夾雜物明顯減少。中間包密封吹氬技術(shù)在歐洲板坯生產(chǎn)中占6% ,大方坯生產(chǎn)中占 9% ,北美很少使用 ,日本采用較多。3 . 2 控制中間包內(nèi)鋼水卷渣中間包包襯材料中含有的 Si O2 會被鋼水中的 Al還原成 Al 2O3 ,使鋼水潔凈度降低。

26、因此要求包襯耐火材料中 Si O2 低于 2% ,也就是使用堿性材質(zhì)包襯。對開澆、 換包和異鋼種連澆等非穩(wěn)態(tài)澆注下的中間包來說 ,鋼水卷渣仍然是影響鋼水質(zhì)量的嚴(yán)重問題 ,因此必須對其加以抑制。鋼水卷渣的原因與防止措施見表 3 10 。 北京鋼鐵研究總院的水模研究 ,通過減小中間包水口直徑、 使用塞棒和適當(dāng)降低拉速等 ,對中間包的結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 ,在一定程度上減輕了匯流旋渦的影響,同時成功研制了匯流旋渦抑制器。某鋼廠在無控流條件中間包和現(xiàn)行條件中間包 (即具有上、 下?lián)鯄εc塞棒的中間包 )中使用匯流旋渦抑制器的效果如表 4所示 (其中各高度值為原型的 1 /4)。 表 4中 ,旋

27、渦產(chǎn)生高度、 開始卷渣高度本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供和旋渦全通高度分別是中間包中產(chǎn)生旋渦、 旋渦開始貫通和旋渦全部貫通時對應(yīng)的中間包鋼水臨界液面深度。采用匯流旋渦抑制器可使現(xiàn)在普通使用的具有上、 下?lián)鯄Φ闹虚g包中旋渦的各特征高度減小 1倍以上 ,這樣既增大了鋼水的收得率 ,又提高了鋼水質(zhì)量。3 . 3 采用堿性包襯采用 BOF - RH -大方坯工藝生產(chǎn)軸承鋼時 ,中間包采用不同材質(zhì)對鋼水中的氧含量進(jìn)行分析 ,結(jié)果如表 5所示。在生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼時 ,中間包采用不同材質(zhì)對鋼水中氧的影響的研究結(jié)果見表 6。3 . 4 采用堿性覆蓋劑澆注鋁鎮(zhèn)靜鋼時 ,中間包覆蓋劑中含有Si O2 ,在鋼渣界面將發(fā)生

28、Al + ( Si O2 ) (Al 2O3 )+ Si 反應(yīng) ,通過測定澆注過程鋼水中 Si含量的變化來判斷轉(zhuǎn)移到鋼水中的氧含量。有研究指出 ,如果精煉后鋼水中 wT . O為 30 ×10- 6,鋼水注入中間包后 ,由于覆蓋劑中 Si O2 與Al的反應(yīng) ,使鋼水中 wT . O增加 1倍多。可見覆蓋劑中 Si O2 是有效的氧源 , Si O2 含量應(yīng)盡可能低 ,也就是說要采用堿性覆蓋劑。4 中間包冶金新技術(shù)4 . 1 中間包加熱技術(shù)鋼包更換時 ,由于新鋼包內(nèi)鋼水的密度與已注入中間包內(nèi)鋼水的密度之間存在差異 ,從而影響了中間包內(nèi)鋼水的流動形態(tài) ,而密度的差異主要是源于鋼水之間的

29、溫度差。中間包加熱可以消除鋼水之間的溫度差。4 . 1 . 1 等離子加熱技術(shù)Bghedelstahl鋼廠的水平連鑄機上應(yīng)用了等離子加熱器。直流等離子槍的加熱彌補了鋼水在中間包內(nèi)的熱量損失 本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供,并可以將鋼水加熱到所要求的溫度。NKK京浜廠采用 14 MW 直流轉(zhuǎn)移型等離子弧加熱 ,可將中間包內(nèi)的鋼水溫度控制在目標(biāo)溫度 ± 10 之內(nèi);在鋼包更換期間 ,等離子加熱可將中間包內(nèi)鋼水的溫降控制在 5之內(nèi)。通過精確地控制中間包內(nèi)的鋼水溫度 ,產(chǎn)品的中心偏析現(xiàn)象消失 ,生產(chǎn)率提高。有研究指出 8 ,采用等離子加熱法時 ,中間包加蓋 ,并采用氣體攪拌均勻熔池 ,中間包熱傳

30、輸性好 ,熱利用率高,達(dá)到了去除夾雜物的目的。4 . 1 . 2 氮氣流加熱技術(shù)為降低中間包耐火材料損耗 ,改進(jìn)鋼水質(zhì)量 ,國外有些鋼廠以前曾采用煤氣燒嘴預(yù)熱器來維持熱量。但這種預(yù)熱會導(dǎo)致循環(huán)使用的中間包內(nèi)殘余物的再次氧化。被氧化的殘余物 (如 FeO)會與鋼水中的鋁起反應(yīng) ,產(chǎn)生 Al 2O3夾雜 ,從而降低尤其是初始澆注爐次的鑄坯質(zhì)量。其后進(jìn)行過向循環(huán)使用的中間包內(nèi)吹入惰性氣體的無預(yù)熱密封防氧化操作 ,但必須調(diào)節(jié)密封氣體的流速以保證澆注順利開始的最低中間包溫度 (900)。為解決這些問題 ,即為了保持循環(huán)使用操作中的中間包容器內(nèi)部的熱量和不活躍氣氛 ,日本已開發(fā)出了新型無氧本論文由無憂論文

31、網(wǎng)整理提供化中間包加熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用一種存儲型換熱器 (蓄熱器 ) ,向中間包吹入加熱至 1 500 的氮氣流 ,即使經(jīng)過 20 h的等待 ,中間包溫度仍可保持在 900以上;同時中間包內(nèi)氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至 3 × 10- 4以下。川崎公司水島廠的 4號板坯連鑄機應(yīng)用噴射高溫氮氣加熱 ,結(jié)果表明:與使用密封氣體等待較長時間的情況相比 ,初始爐次的中間包鋼水的總增氧量降低了50% ,有效控制了中間包鋼水的再氧化 ,提高了鋼水的清潔度;鋼材中夾雜相關(guān)缺陷的發(fā)生率降為過去水平的 1 /51 /3。同時 ,加熱中間包有利于防止浸入式水口堵塞。4 . 2 中間包連續(xù)真空澆注處理俄羅斯的研究人員在

32、連鑄過程中對鋼水進(jìn)行連續(xù)真空處理 ,利用如圖 5所示的裝置進(jìn)行脫氣和去除夾雜物。經(jīng)試驗 ,該裝置對鎮(zhèn)靜鋼、 半鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼均有良好的效果。對 08Al鎮(zhèn)靜鋼進(jìn)行真空處理后 ,連鑄坯廢品率減少到原來的 1 /41 /2,脫氫50%60% , 鋼中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于 0 . 004 0% ,各類夾雜物均有不同程度減少 ,且大于 40m的夾雜物由未真空處理的 2 . 38個 / cm2降為真空處理后的 1 . 19個 / cm2。此項技術(shù)工藝布置緊湊、 投資省、 占地面積小、 操作方便 ,脫氣效果比其他真空處理方法優(yōu)越。但是 ,由于該裝置位于鋼包與中間包之間 ,可調(diào)范圍小。4 . 3 電磁過濾電磁過

33、濾原理是根據(jù)非金屬夾雜物與熔體導(dǎo)電性的差異 ,在電磁場作用下非金屬夾雜物與熔體的運動規(guī)律不同 ,使非金屬夾雜物與熔體分離。分析得出 ,采用電磁過濾法比普通過濾方法可更有效去除鋼水中小于 10m的非金屬夾雜物。寶山鋼鐵股份有限公司申請了“ 電磁式中間包擋渣堰 ” 專利 ,電磁式中間包擋渣堰吸附夾雜物能力很強 ,還可改善中間包鋼水流動形態(tài) ,特別適用于潔凈鋼生產(chǎn)。4 . 4 喂線技術(shù)精煉和連鑄過程中 ,容易產(chǎn)生鋼水二次氧化或中間包水口堵塞現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在中間包水口較小或澆注鋁本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供鎮(zhèn)靜鋼條件下尤為突出。為了解決上述問題 ,采用了中間包喂線技術(shù) ,主要是喂 Ca2Si包芯線。在冶

34、煉微合金鋼時,采用了中間包喂微放熱合金線技術(shù)。這種合金線是用添加硅的鐵合金粉末擠壓而成的。實驗結(jié)果表明 ,加入適量的 Si可以顯著地提高合金的熔化速度。例如 ,在 1 400 的溫度下 ,使 FeNb合金完全熔化所需的時間為112 . 5 s,而加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5 %的 Si時 ,熔化時間縮短至 97 . 5 s。Si加入量達(dá)到 10%和 20%時 ,熔化時間可分別縮短到 86 s和 82 . 5 s。加入 Si對于中間包準(zhǔn)確并高效地微調(diào)鋼水成分是十分有利的。Sbaum R等對中間包喂 Ca線技術(shù)進(jìn)行了研究 ,加入的 Ca與 Al 2O3夾雜物反應(yīng) ,生成 2CaOAl 2O3 ,從而降低了夾

35、雜物的熔點和密度 ,有利于夾雜物的上浮分離。當(dāng)中間包中的鋼水溫度開始下降時 ,喂入的 Ca線有助于保持鋼水的流動性 ,從而避免了高熔點夾雜物阻塞水口的現(xiàn)象。當(dāng)連鑄機由于特殊情況延誤而使中間包內(nèi)的鋼水溫度降低至不能繼續(xù)澆注時 ,一般需將鋼包內(nèi)的鋼水返回到煉鋼爐中 ,而喂 Ca線技術(shù)的應(yīng)用大大降低了這種返回的可能性。JFE進(jìn)行了鋼水中噴加鈣粉的實驗和理論研究。首先 ,通過噴粉工藝將鈣粉噴入鋼水,以控制氧化鋁夾雜的形狀;然后 ,往中間包內(nèi)二次添加鋁 ,以控制 MnS和 CaS的形狀。與傳統(tǒng)的通過噴粉加鈣或往中間包加鈣以在 Ca - CaO - Al 2O3 渣系中達(dá)到平衡態(tài)的方法相比,這種兩次加鈣的

36、方法提高了對氧化鋁夾雜形狀控制的效果。為了解釋氧化鋁夾雜的形狀控制率,應(yīng)用了適用于實驗室規(guī)模的非活化形核模型。該模型二次加鈣處理的計算值與觀察值吻合。通過兩次鈣處理 ,可控制酸性環(huán)境下使用的干線用管線鋼內(nèi)的氧化鋁夾雜形狀。4 . 5 液位檢測技術(shù)在鋼水從煉鋼爐出鋼到鋼包 ,然后注入中間包 ,再注入結(jié)晶器的過程中 ,首要目標(biāo)是渣 /鋼徹底分離 ,以最大程度提高鋼水收得率。因此 ,防止將鋼渣從一個罐帶進(jìn)另一個罐極為重要。液位檢測裝置的核心部分是與包內(nèi)底面有一定距離且用灰漿粘在包工作襯層上的一根耐火探桿。桿內(nèi)包藏兩條金屬線 ,線端露出 ,與包內(nèi)底部相距一定距離 ,用作本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供外部兩

37、個電路的接觸電極。澆注當(dāng)中兩個電路都產(chǎn)生連續(xù)電壓信號。當(dāng)電極的接觸相改變 ,即從鋼水變?yōu)槿墼鼤r ,以 PLC為基礎(chǔ)的儀表系統(tǒng)會報警。伯利恒鋼公司雀點廠板坯連鑄機 2號鑄機采用此試驗裝置。試驗結(jié)果表明 11 :傳感器壽命能夠達(dá)到連澆 10包左右鋼水 ,按最終熔池深度 203 mm及每個中間包平均使用期為澆 10鋼包計算 ,預(yù)計收得率提高的幅度為每個中間包多澆 0 . 12%的鋼水。4 . 6 連續(xù)測溫技術(shù)連鑄中間包鋼水溫度測量是控制鑄機拉速、提高澆成率的一項重要監(jiān)測指標(biāo)。常用的測溫方法有快速熱電偶間斷測溫和鉑鍺熱電偶外加保護(hù)套管連續(xù)測溫。前者需要每 510 min人工測量一次 ,勞動強度大 ,且

38、因快速熱電偶的插入深度不同而影響測溫的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性;后者雖能較好解決上述問題 ,但因昂貴的鉑鍺金屬使得測溫費用過大 ,企業(yè)難以承受。基于在線黑體空腔理論的研究成果 ,有人提出了一種新型的鋼水連續(xù)測溫方法 12 。該方法通過在線黑體空腔輻射特性的研究 ,有效解決了在線黑體空腔“ 非密閉性 ” 和“ 不等溫性 ” 對測量的影響。實踐證明該方法具有較高性能價格比:測量誤差 ( ± 3) ,測溫管壽命可達(dá) 2040 h,測溫成本與現(xiàn)行的快速熱電偶實際消耗相當(dāng)或略低 ,同時低于鉑銠熱電偶連續(xù)測溫。還有人研發(fā)了以高溫快速光纖比色溫度傳感器為核心的測溫系統(tǒng) 13 。它的顯著特點是響應(yīng)速度快、 使

39、用壽命長、 抗電磁干擾、 靈敏度高 ,使用溫度區(qū)間為 8002 400。另外還有人提出了輻射測溫方法 ,即紅外系統(tǒng) 14 。該裝置所測溫度為實時溫度 ,測量標(biāo)準(zhǔn)誤差為 ±3 . 4,相對誤差0 . 3%。另外還有利用吹氬中間包塞棒內(nèi)孔 ,通過傳導(dǎo)光纖技術(shù)將中間包內(nèi)鋼水溫度傳導(dǎo)到石英濾波片上對其進(jìn)行濾波與比色 ,再由硅光電池將其輻射光強度轉(zhuǎn)換成電信號 ,然后由計算機進(jìn)行自動采集、 信號處理、 轉(zhuǎn)換,最終顯示出中間包內(nèi)鋼水溫度值。測溫傳感器測量絕對誤差為 ± 5,相對誤差 0 . 4%;使用壽命為 1個月;使用溫度為8001 800。5 結(jié)語隨著用戶對鋼材質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高 ,中間包的精煉功能也越來越重要。(1)生產(chǎn)高附加值鋼材用鑄坯,必須對鋼包到中間包、 中間包鋼水液面和中間包到結(jié)晶器過程全程保護(hù)澆注 ,同時在鋼包到中間包和中間包到結(jié)晶器間要防本論文由無憂論文網(wǎng)整理提供止吸氣和匯流旋渦卷渣。(2)設(shè)置合理的中間包結(jié)構(gòu) (上下?lián)鯄Α?湍流抑制器、 旋渦抑制器 )不僅可以最大程度防止吸氣、 卷渣 ,而且可提高去除夾雜物的能力。(3)利用中間包氣幕擋墻和微小氣泡可以有效去除中間包內(nèi)鋼水中的夾雜物 ,在實際生產(chǎn)中有很大的發(fā)展空間。吹氣參數(shù)的控制是氣幕擋墻技術(shù)能否有效