降低連鑄坯非金屬夾雜物的技術

降低連鑄坯非金屬夾雜物的技術近年來，為了能夠生產(chǎn)高質量、高性能的鋼材，對連鑄坯提出了更高的質量要求，要求無缺陷鑄坯和提高加工性能，為此采取了鋼水純凈化等措施。鋼中非金屬夾雜物（以下稱夾雜物）一般是引起鋼材質量缺陷的重要原因之一。由于夾雜物殘留在鋼中，成為導致產(chǎn)品缺陷的直接原因。由于結晶器內鋼水偏流和保護渣卷入等異常操作引起水口堵塞等，這成為間接產(chǎn)生缺陷的原因。根據(jù)鋼材用途，對鋼材的質量特性要求也不同，所以其夾雜物尺寸、組成和數(shù)量也不同。根據(jù)用戶的加工技術，其評價方法也有變化。本文首先介紹夾雜物來源和降低夾雜物含量的一般方法，其次介紹連鑄過程中控制夾雜物行為的普遍方法，最后討論利用電磁力降低夾雜物。降低夾雜物含量的方法降低夾雜物含量和實現(xiàn)夾雜物無害化的方法大致有：①降低夾雜物的數(shù)量及大小。例如，軸承鋼、鍍錫薄鋼板、汽車用外板等鋁脫氧鋼，為保證二次精煉的處理時間，利用渣改質等徹底去除Al2O3系夾雜物和防止中間包的二次氧化。②通過夾雜物的組成和形態(tài)控制實現(xiàn)無害化。例如，鋼簾線和閥簧材。氧化物系夾雜物的來源大致是：①投入脫氧劑時生成了脫氧物；②與渣發(fā)生反應，空氣氧化生成的二次氧化物；③鋼包、中間包和結晶器保護渣卷入等引入的外來夾雜物。鑄坯純凈度需要考慮表層和內部純凈度，正常部位和非正常部位以及鑄坯厚度方向和拉坯方向?？紤]這些因素的基礎上，還要兼顧產(chǎn)品質量和生產(chǎn)率。鑄坯純凈化技術2.1二次氧化行為笹井等人通過實機中間包開始澆鑄第一包的成分變化和空氣引起的鋼水二次氧化模型，將鋼水的二次氧化量分為注入初期和正常期。主要影響因素為：（a）空氣引起的中間包注入點的空氣氧化；（b）空氣引起的表面鋼水氧化；（c）鋼包堵塞物引起的鋼水氧化；（d）中間包熔劑引起的鋼水氧化（見圖1）。研究結果明確了注入初期空氣引起的中間包注入點的二次氧化（a）與穩(wěn)定澆鑄期空氣引起的鋼水氧化和中間包熔劑引起的鋼水氧化（（b）+（d））的程度基本一致。雖然研究人員采集數(shù)據(jù)的位置和評價方法不同，但是注入初期空氣引起的鋼水氧化、更換鋼包時鋼包渣引起的鋼水氧化、正常澆鑄期鋼包渣和中間包熔劑以及空氣是二次氧化的主要因素。

丸牝宅盤下7U￥i-Si<Xf丸牝宅盤下7U￥i-Si<Xf包我蓋刪逬圖1不同二次氧化因素引起的中間包鋼液二次氧化量夾雜物在接縫處的行為經(jīng)過調查和分析，已經(jīng)明確了導致中間包內鋼水純凈度惡化的主要因素。在實際澆鑄操作中，鋼液經(jīng)過浸入式水口到結晶器，考慮到夾雜物粘附到浸入式水口上，結晶器鑄流內的夾雜物聚集、合并和上浮的可能性，因此確認夾雜物的行為如何影響鑄坯純凈度很重要。本文采用殘渣法評價了立彎式連鑄機鑄坯的純凈度。從表1所示的澆鑄條件下的鑄坯上，在拉坯方向取試樣。圖2是在鋼包交換部位的非穩(wěn)定區(qū)內，在不同影響因素下中間包內鋼水的夾雜物指數(shù)。通過夾雜物的組成分析及熱力學計算，明確了鋼包渣流出、中間包渣卷入引起的氧化鋁團簇粗大化（見圖3）。結果與定性研究結果的趨勢基本一致。由以上結果可見，同一個鋼種在連鑄過程中，為了提高在接縫處的非正常部位的鑄坯純凈度，防止鋼包渣流入中間包、中間包注流沖擊區(qū)的卷渣和空氣氧化非常重要。表1澆鑄條件澆鑄速度，m/min1.2板坯寬度，m1.12-1.16板坯厚度，m0.24中間包容量，kg40x103?A -1" ?A -1" U LU 20 劃血4:'ll2uo0uo細血-4:-''越I圖2不同影響因素下中間包內鋼水的夾雜物指數(shù)圖3澆鑄長度方向夾雜物指數(shù)（氧化鋁團簇）的變化⑼ Ij圖3澆鑄長度方向夾雜物指數(shù)（氧化鋁團簇）的變化⑼ Ij如―站卜in陸歪54—I蟲11±蹈11防止鋼水二次氧化的措施1） 防止空氣吸入：中間包保持密閉并用Ar氣密封，鋼液上表面用保護渣覆蓋;2） 防止鋼包渣流入中間包，及控制渣成分（低（FeO+MnO）+高CaO/SiO2）；3） 維持中間包熔劑的高CaO/SiO2，且低SiO2含量；4） 確保更換鋼包時的中間包內鋼液量；5） 避免鋼包堵塞物?；谝陨侠砟?，還改進了連鑄的操作條件和中間包形狀，顯著提高了連鑄坯的質量但是，非正常部位的純凈度波動比正常部位大，從產(chǎn)品質量要求逐年嚴格化的趨勢來看需要開發(fā)能提高包括非正常部位鑄坯質量的技術。采用電磁力控制夾雜物的行為2.4.1電磁技術新日鐵的連鑄工序采用渦流傳感器、渣流出檢測等檢測技術，以及中間包加熱和結晶器內流動控制等實用技術的同時，還在軟接觸電磁連鑄和等離子表面處理等更高功能的技術開發(fā)中運用了各種電磁技術。以下將介紹通過控制結晶器內的流動來減少連鑄坯夾雜物的技術。2.4.2結晶器內電磁攪拌關于板坯連鑄，在澆鑄鎮(zhèn)靜鋼時，引入了線性電動機式電磁攪拌器（EMS）,目的是通過控制流動抑制CO管狀氣泡的生成。通過抑制鑄坯表層的氣泡和夾雜物，從而提高了板坯表面質量（見圖4）。在引入電磁攪拌技術后，繼續(xù)進行了提高攪拌均勻性的技術開發(fā)。電磁攪拌是以彎月面處為中心進行旋轉攪拌，盡量減少與鑄流的相互干擾。在電磁場中，因為是交流移動磁場，控制參數(shù)有尺寸、頻率、電極數(shù)、相位和波形等。新日鐵開發(fā)了使用有限元法的電磁場解析技術。忽略由于流場和磁場相互作用發(fā)生的感應磁場的影響，將由電磁場解析求出的洛倫茲力代入納維爾-斯托克斯方程式的外力項進行流動解析。此外，還需要考慮自由界面行為。2.4.3結晶器內電磁制動為控制結晶器內鋼液流動，采用電磁制動可以追溯到80年代初期。在電磁制動技術的歷史中，最初使用的是后來稱為第一代的局部電磁場。為了提高制動效率，過渡到稱為第二代的均勻電磁場（LMF）。新日鐵的結晶器磁場強度，中心最大值約0.3T。通過降低結晶器內拉速，降低了鑄坯內部的夾雜物和氣泡缺陷，可以縮短不同鋼種在混澆時的混合長度，有助于提高拉速。流場和電磁場相互作用產(chǎn)生感應電流，感應電流與磁場相互作用產(chǎn)生制動力。熔融金屬是電的導體，所以產(chǎn)生的感應電流形成一個回路。由于熔劑成為了近似絕緣的邊界，結晶器內的電流基本封閉在用凝固殼包裹的鋼水熔池內。關于電磁制動的控制參數(shù)，在結晶器內主要是電磁力和慣性力之比，可以用下面定義的無因次的相互作用系數(shù)表達。將電導率設為O，磁通密度設為B,流速設為u,代表長度設為L時，用OB2u/L表示電磁力，如果鋼水密度為p，用p(u/L)2表示慣性力，電磁力和慣性力之比為OB2L/(p*u)，這就是相互作用系數(shù)。圖5為相互作用系數(shù)與夾雜物數(shù)量的關系。如圖所示，若從鑄坯的夾雜物數(shù)量看，將各種尺寸、速度和磁場條件匯總進行分析研究，電磁制動對鋼液流動的控制及對夾雜物質量的影響是一種復雜的現(xiàn)象，但可以看出這些現(xiàn)象是受電磁制動的基本參數(shù)控制的，這對于夾雜物控制有很大意義。a蟲乳連酹肌oa蟲乳連酹肌o血書式連轉機'll I 1U