板坯连铸机保护浇注工艺优化
2010-07-26 08:50 来源： 我的钢铁 试用手机平台
连铸坯
最终被污染的程度取决于钢水二次氧化程度。提高连铸坯洁净度，就是要减少内生和外来夹杂物，尤其是大颗粒夹杂物的数量。关键就是防止钢水在连续浇注过程中的二次氧化。保护浇注是连铸机浇注过程中防止钢水二次氧化的工艺技术，它对铸坯质量和连铸机生产都有重要影响。如果没有采取良好的保护浇注措施，钢水就不可避免地与空气接触，造成二次氧化，降低了钢中溶解铝
的含量。同时，对生产的稳定顺行也造成一定影响，特别是生产SPHC等含Al钢种时，极易出现“套眼”(水口结瘤)问题。研究人员通过长期跟踪试验，对保护浇注措施进行了优化改进。1连铸过程钢水二次氧化的主要环节
•第一炉中间包开浇初期钢水裸露氧化；
•中间包钢水冲击区；
•中间包注流浇注过程二次氧化。
2钢包注流保护浇注的优化
为了防止钢包到中间包的钢流与空气接触，设计了带吹氩沟槽的铝碳质钢包长水口，使钢包长水口与钢包下水口呈啮合连接。在连接处吹入氩气，形成氩气气幕，防止空气进入，起到了一定保护浇注作用。同时，还设计了纤维水口密封圈，放置在钢包下水口与钢包长水口碗之间。通过液压把持器挤压密封，更有效地防止了氩气被钢流吸入。
为了提高保护浇注效果，在长期生产操作实践中，研究了“一清、三正、快插入”操作法。一清，是指每炉钢进入长水口前，使用氧气清理干净钢包长水口碗内的冷钢，保证水口密封圈完全放入钢包长水口碗内。三正:一正，是指纤维水口密封圈在钢包长水口碗内放正，保证密封圈与水口良好接触；二正，是指挂钢包长水口时，钢包下水口和钢包水口对正后再对接，防止密封圈被碰坏；三正，是指钢包在浇注过程中保证长水口放正、挂直，保持长水口与中间包钢液面垂直，避免倾斜、碗部产生缝隙而吸入空气。快插入，每炉钢包转至浇注位，开浇后迅速降落钢包，将长水口插入中间包钢液面以下开浇，防止开浇时钢水二次氧化。
3中间包初期钢水的保护措施
投产初期，中间包第一炉在开浇前期基本没有保护浇注措施，二次氧化严重，经常出现开浇前期“套眼”、坯头皮下气泡等生产质量问题。为了解决该问题，在中间包第一炉开浇期间采取了保护措施。一是，第一炉钢包开浇前，先在包底加入一层中间包覆盖剂，防止开浇前期钢水裸露。二是，第一炉钢包开浇前，在中间包冲击区加入硅钙块，对钢水进行脱氧。三是，采取中间包预吹氩技术。该技术的工艺原理是:在开浇前的规定时间内，向中间包内吹入一定量的氩气。由于氩气的密度比空气小，在中间包内扩散后，将包内空气排出。从而使中间包内形成氩气氛围，阻止了空气与钢水接触，有效地避免了钢水二次氧化。
通过以上措施实施，使开浇初期钢水二次氧化程度得到抑制，有效避免了开浇初期钢水二次氧化、“套眼”、坯头皮下气泡等问题。
4中间包冲击区保护浇注措施
云盘控在钢包浇注过程中，中间包冲击区是需要采取保护浇注措施的区域之一。原因在于，当钢
流冲击到包底后反弹回流至钢水液面，造成冲击区钢水液面翻钢，覆盖剂难以形成稳定的保护层，造成钢水二次氧化。
经过实践研究，采取了以下措施。一是，优化钢包长水口长度和内孔尺寸，保证插入中间包钢液面的合理深度，通过钢水静压力减轻钢水上浮冲击力；改变钢包长水口内孔尺寸减轻了注流冲击力。二是，对中间包稳流器进行优化，改变稳流器冲击区大小及冲击区深度，使钢水注入稳流器后，其冲击力及流量得到合理释放，减轻反弹注流对中间包钢液面的冲击，减轻了翻钢问题。三是，通过控制中间包钢渣合适的厚度和性能，保证钢渣具有良好的覆盖性。四是，制定了钢包长水口定时更换制度，避免在浇注过程中钢包水口渣线侵蚀严重，甚至渣线断裂问题。
5中间包注流保护浇注
板坯连铸机采用浸入式水口浇注，在浇注过程中，由于钢流流动造成对空气的抽吸作用，将空气吸入钢液中，造成钢水污染。为了防止空气被吸入，在中间包上水口与浸入式水口之间通入氩气保护，在上水口下表面上制作氩封环，氩气通过氩气孔进入氩封环，在钢流周围形成环形氩气环，防止空气吸入钢流。
通过对保护浇注措施的优化改进，钢中平均氮、氧气体含量分别由原来66.81ppm、68.79ppm，降低至31.26ppm、33.82ppm，取得了明显的效果。铸坯质量良好，无表面及皮下气泡(针孔)。中碳及中碳合金系列钢种中心偏析控制在B类1.5级，中心疏松0.5～1.0级。船板系列包晶合金钢和高碳钢，中心偏析控制在B类1.0级，中心疏松0.5～1.0级。管线系列钢种，中心偏析控制在A类0.5级，基本无中心疏松现象，铸坯表面及内部质量控制良好。
钢水的二次氧化与连铸水口堵塞 |
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在洁净钢的生产中必须控制各生产环节的二次氧化。长期以来，洁净度对钢性能的影响已被人们熟知，主要是长材和HIC钢。今天，许多研究表明了钢中总氧量或炉渣成分与成材的表面缺陷发生率之间有着直接的关系。这部分文字综合研究了为解决钢水二次氧化和水口堵塞所付出的努力，这些对实现所要求的洁净度是至关重要的：二次氧化的量化，对渣、空气和耐火材料造成的二次氧化控制，吹氩控制，连铸水口堵塞的机理和缓解。
二次氧化的量化在今天有几个辅助技术是可用的：渣中FeO含量和粘度测量，用镧示踪铝镇静钢中的脱氧产物来标定二次氧化夹杂物，使用BaO、SrO或结合使用镧示踪与SIMS评定来追踪可能的二次氧化源。 炉渣二次氧化控制当氧化渣与脱氧钢水接触时，就会形成明显的氧和脱氧剂浓度梯度。反应区位于渣金界面附近的钢水一侧，溶解氧和脱氧成分反应生成沉淀物。在冶金容器即将排空时，由于漩涡漏斗和draining漏斗的出现，渣被卷入。开发了许多防止炉渣带入钢包的技术，最常见的是转炉和EBT电炉使用的挡渣镖。目前在推广的红外相机侦测系统提高了挡渣效率。通常合并使用电磁AMEPA炉渣侦测系统与钢包滑动水口自动关闭系统来解决钢包到中间包的带渣问题。钟形钢包长水口是防止钢渣乳化、卷渣的有效方法。 通过撇渣可避免钢水在钢包内被炉渣二次氧化，对于大部分用RH生产的铝镇静钢，进行炉渣脱氧可将二次氧化降到一定程度。炉渣脱氧主要使用铝基制品，可能还配加CaC2pi调节器，主要是在转炉出钢时进行，也有时在二次精炼结束后进行。其目的是使FeO小于5％，甚至2％。为避免中间包内的二次氧化，使用密实的不会造成二次氧化的覆盖熔剂，如液态的富含CaO的碱性熔剂，添加15％MgO来制约与中间包衬发生反应。 大气二次氧化的控制必须控制钢包内的搅拌强度，以防羽毛状气柱破坏覆盖层，确保容器的气密性和惰性。在向中间包注入用镧示踪的钢水时，第一个水口上能看到沉积物，这是强烈二次氧化的证据。中间包无氧化预热能避免氧化预热产生的渣壳。中间包盖和最大0.1％—0.5％的预钝化能有效避免开浇阶段的包内二次氧化。对长水口、塞棒和浸入式水口的压力测量、计算表明是负压，尤其是靠近滑动水口和塞棒处。因此，要求耐火砖、耐火衬保持密实是非常重要的，必要时可吹氩进行钝化保护。 耐材二次氧化的控制生产洁净钢的钢包衬通常使用优质耐火材料，如低硅高铝砖。对于白云石质钢包和MgO-C渣线，由于侵蚀的原因，Mg向钢水迁移，有可能生成尖晶石或CaO—Al2O3—MgO夹杂。中间包喷涂的MgO衬可能是二次氧化夹杂的源头，钢水与MgO夹杂和水反应。氧化铝石墨质耐火砖是复杂反应的发生地，因此使用无碳衬能有效地抑制这些反应。 水口堵塞控制堵塞是二次精炼产生的非金属固体夹杂在耐火材料上沉积。这些夹杂物，对于碳钢是氧化铝和铝酸盐，对于Ti稳定不锈钢是氧化钛和TiN。 浇铸时的后期二次氧化和吸氮夹杂物随着温度的下降而析出，这是排在第二位的特征。钙处理是一种解决铝镇静钢水口堵塞的方法。无氩浇铸是可能的。添的加钙合金在浇铸温度下可生成液态铝酸钙。合金添加量与钢水成分和总氧量有关。固态铝酸钙会造成水口堵塞。钙处理不合格是一个原因。另一个是渣金反应，尤其是优质长材，如帘线钢。 青铜旋塞阀为得到优质长材，必须吹氩。湍流的钢水促进了夹杂物与耐材壁的接触。使用叉形水口和塞棒及流量调节可减轻这种现象。经常需要5L／min的最小氩气流量。应该参照流出量以避免结晶器液面剧烈波动。流量控制器和压力计是需要的，并要进行校准。耐火材料的质量与性质决定了氩气的标准流量。氩气管路中可能会留有吸入的空气。对耐火件的组装必须格外小心。唯一能用的高效耐火材料方案是所谓的氧化铝水口和无碳衬。耐材中氧化性气体少、绝热好、粗糙度低，这就提高了它的效率。对这些耐材的预热必须小心控制。 |
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这里的套眼是指在钢水温度基本正常的情况下，钢水在钢包水口或下注钢锭时，在流钢砖中发现堵塞现象，这在炼钢生产中是经常见到的。
通过国内外的大量工作，对这一现象的定性解释渐趋一致，但还缺少统一的数据，不能做出定量的计算。
造成钢流堵塞（在水口或汤道中）都可以发现有自钢水中析出的固体粉末存在，这种粉末颗粒很细，呈白或灰白、黄自，数量很多。经厂分析其成份是CaO.A12O3,其熔点是1700℃以上。但这种氧化物为什么集中在水口或流钢砖处析出沉淀，它的热力学及动力学条件尚不清楚。
为了减少Cao.6Al2o3的生成，下面几个问题值得引起注意：
（一）减少终点钢中的(O),这样脱氧产物也必定减少。
（二）减少合金中的A1及Ca含量。
譬如在冶冻45MnSiV钢时，所使用的Fe-Si 中，要求含Al≤1.8％，Ca≤0.8％。
育苗袋 （三）保持钢中的Ca/Al有一定比例。
有的厂认为通过钢水的Ca处理，使CaO.6A12O3向熔点低（约1500℃）的12Cao.7A12o3转化，防止套眼。
对钢中的Ca/Al比多少，说法不完全一致。例如有的要求Ca/Al为<0.03，或＞0.09。
有的提出Ca/A1应>0.13。
这可能是各厂因条件不同而异，但发生“套眼”后应注意调整Ca/Al比例是肯定无疑的。
钢水可浇性不良的控制
来源：中国钢铁现货网 2011-04-16
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钢水可浇注性不良不仅影响铸坯表面质量、内部质量和连铸机正常浇注，而且严重的会导致铸机非计划断浇或提前换包，影响炼钢厂的生产组织管理，给企业造成严重的经济损失。分析认为这与钢水温度过低、夹杂物堵塞等有关，因此控制措施为： 1、提高中包钢水温度合格率 中包钢液温度过低会引起钢水浇注变差，容易造成水口堵塞。应采取的措施为 1保证钢包在线烘烤时间≥8min。 2防砸玻璃对于经直吹氩站路线钢种，除保证软吹氩时间≥3min外，还应有3-5min的大流量吹氩时间，以保证钢包顶渣全部熔化和钢包内钢水温度均匀。 3对新钢包或退出周转时间较长的钢包，尽可能安排LF工艺路线，延长钢包蓄热时间，以降低在浇注过程中的温度损失。 4浇注过程钢包加盖，降低钢水表面热辐射降温。 5保证中包烘烤时间大于90min，保证中包“烘透”。 6若钢包钢水温度较低时，应通过钢水进LF升温推迟开浇时间，提高开浇成功率。 2rj45防水接头、提高钢水洁净度 提高钢水的洁净度，降低钢水中的固体夹杂物总量，是降低夹杂物在浇注过程中发生堵塞的有效途径。应采取措施： 1转炉冶炼过程减少“点吹”次数，防止钢水过氧化，从源头减少钢水夹杂物生成量。 2处理好经直吹氩站路线钢水喂入Al线预脱氧、钢水浇注堵塞和铸坯发生“气泡”缺陷的关系，保证软吹吹氩时间≥3min，尽量延长软吹氩时间≥5min。 3做好挡渣出钢操作，防止大量氧化性炉渣进入钢包，确保(FeO+(MnO<1%。 4LF钙处理后的软吹氩时间≥8min，保证钢水中夹杂物充分上浮去除。 5若钢包下水口、中包长水口破裂时，由于钢包钢水不断下注，在水口内会形成“真空泵”抽气，使流经水口的钢水氧化，产生大量颗粒夹杂物，恶化钢水可浇性。出现此情况应尽快处理。 3、钙处理 钙处理将脱氧产生的高熔点Al2O3夹杂物变成低熔点的铝酸钙，在炼钢温度下呈液态，可迅速浮出钢液去除，避免水口堵塞现象。 来源： 大宗商品网 |
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根据脱氧程度不同，模铸时分为：①沸腾钢；②半镇静钢；③镇静钢。而连铸时，基本为镇静钢，根据钢种和产品质量，脱氧分为3种模式： ①硅镇静钢（用Si+Mn脱氧）； ②硅铝镇静钢（Si+Mn+少量Al脱氧）； ③铝镇静钢（用过剩Al>0.01%）。硅镇静钢用Si+Mn脱氧，形成的脱氧产物有：①纯SiO2(固体)；②MnO·SiO2（液体）；③MnO·FeO（固溶体）。对于硅镇静钢，控制Mn/Si，使其生成液态的MnO·SiO2，钢水可浇性好，但与Si、Mn相平衡的[O]D较高（（40～60）×10-6），在结晶器内钢水凝固时易生成皮下针孔或气泡，影响铸坯质量。采用Si+Mn脱氧后，使钢水可浇性好（不堵水口），又不使铸坯产生针孔或皮下气泡，要控制钢水中溶解氧[O]D在（10～20）×10-6。对于含碳较高的硅镇静钢（如高碳硬线钢、弹簧钢），为避免Al2O3夹杂的有害作用，一般不加铝脱氧，而是用低铝的铁合金脱氧，钢水中的酸溶铝[Al]s极低（<0.002%），则钢中溶解氧[O]D较高。为降低钢中[O]D，在LF精炼采用白渣操作+氩气搅拌，钢渣精炼扩散脱氧，既能把钢水中[O]D降到<20×10-6,也能有效地脱硫（[S]<0.01%）。硅镇静钢（C0.29%,Mn0.8%～1.2%,Si0.15%～0.40%）,LF精炼后钢水中[O]D与水口堵塞和针孔的关系可知：钢水中[O]D控制在（10～20）×10-6，既可防止水口堵塞，铸坯又无皮下气孔生成。但钢水中[O]D<10×10-6，水口堵塞的可能性增加，因此应控制好：（1）合适的Mn/Si①Mn/Si低时
形成SiO2夹杂，增加了水口堵塞的可能性；②Mn/Si高（>2.5）时生成典型的MnO·SiO2（MnO54.1%,SiO245.9%），夹杂物容易上浮。（2）铁合金中铝含量。如果铁合金中带入的铝使钢水中[Al]s>0.003%,就会形成固态Al2O3。（3）控制LF白渣精炼时间，减少MnO·Al2O3生成。3.2 硅铝镇静钢仅用Si+Mn脱氧，铸坯易形成皮下针孔，除采用LF白渣精炼降低钢中[O]D外，还可用Si+Mn+少量铝脱氧。但如果既要保持连铸的可浇性又要防止铸坯产生皮下针孔，应用Si+Mn+少量铝脱氧，形成的脱氧产物可能有：①蔷薇辉石（2MnO·2Al2O3·5SiO2）；②锰铝榴石（3MnO·Al2O3·3SiO2）；③纯（Al2O3>25%）。要把夹杂物成分控制在相图中锰铝榴石的阴影区，这样就可达到：①夹杂物熔点低（1400℃），球形易上浮；②热轧时夹杂物可塑性好（800～1300℃）；③锰铝榴石夹杂物中Al2O3接近20%左右，变形性最好；④无单独Al2O3的析出，钢水可浇性好，不堵水口；⑤脱氧良好，不生成气孔。理论计算指出，在钢中Si=0.2%，Mn=0.4%，温度为1550℃条件下，若钢中酸溶铝[Al]s≤0.005%，则钢中[O]<20×10-6,生成锰铝榴石而无Al2O3析出，钢水可浇性好，铸坯又不产生皮下气孔。这对连铸生产是非常重要的。对于高碳硬线钢，用Si+Mn脱氧控制好钢中的[Al]s来得到易变形的锰铝榴石而防止脆性Al2O3夹杂析出，这对于防止拉拔脆断是非常重要的。3.3 铝镇静钢对于中低碳细晶粒钢，要求
钢中酸溶铝[Al]s≥0.01%；对于低碳铝镇静钢，为改善薄板深冲性能，要求钢中[Al]s=0.02%～0.05，为此要求用过剩铝脱氧。这样，需要解决两个问题。（1）加铝方法如何把铝加到钢水中达到目标值，且铝的回收率尽可能高。（2）如何避免Al2O3夹杂的有害作用对于加铝方法，将一部法加铝改为两部法加铝：①出钢时加铝量脱除钢水中超出C—O平衡的过剩氧量：②精炼加铝量为脱除C相平衡的氧+目标铝含量（喂铝线）。钢水中与酸溶铝[Al]s相平衡的[O]D很低，为（2～6）×10-6，脱氧产物全部为Al2O3，其害处是：①Al2O3熔点高（2050℃），钢水中呈固态；②可浇性差，堵水口；③Al2O3可塑性差，不变形，影响钢材性能，尤其是深冲薄板的表面缺陷。为此，采用钙处理（喂Si-Ca线或Ca线）来改变Al2O3形态。（1）加铝较少，[Al]s较低，采用轻钙处理轻钙处理后生成钙长石CaO·Al2O3·2SiO2(CaO20%～25%,Al2O337%,SiO244%)或钙黄长石2CaO·Al2O3·SiO2（CaO40%,Al2O337%,SiO222%）。希望把夹杂物成分控制在CaO-SiO2-Al2O3相图中的阴影区。夹杂物钙长石熔点低（1200～1400℃），在钢液中易上浮，可浇性好，不堵水口；热轧时夹杂物易变形不会发生拉拔脆断现象。（2）加铝较多，[Al]s较高，采用重钙处理溶解钙与钢水中固相Al2O3生成不同组成的铝酸钙（CaO-Al2O3）夹杂，CaO和Al2O3生成五个中间相，其组成与熔点见表2。应控制钢中钙含量，
避免生成中间相CA6、CA2、CA而生成液相的12CaO·7Al2O3，有利于夹杂物上浮，也能够防止水口堵塞。生成的铝酸钙夹杂中富集CaO，具有高的硫容量，能吸收足够的硫，当钢水凝固时，夹杂物中硫的溶解度降低，硫化物沉淀形成中心为铝酸钙CaO-Al2O3,外壳为CaS的双相夹杂。钢中加入的Ca除与反应外，还能与硫反应生成CaS。CaS也会引起水口堵塞。为提高钙处理转变Al2O3为12CaO·7Al2O3的效率，应控制钢水中的硫含量小于0.01%。若S=0.010%～0.015%，钙处理后有CaS生成；S=0.030%～0.040%时，钙处理首先生成CaS，CaS堵塞水口严重。钙处理铝镇静钢，判断钢水中Al2O3向球化转变的指标，文献中有不同的说法：①Ca/Al>0.14；②Ca/T[O]=0.7～1.2。对于铝镇静钢，钙处理后：①解决了可浇性，不堵水口；②夹杂物易上浮去除；③消除了Al2O3不变形夹杂物对钢性能的有害作用。
