镁钙质和镁质中间包涂料对钢液洁净度的影响

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镁钙质和镁质中间包涂料对钢液洁净度的影响

由于对钢质量的要求愈来愈严格 , 除了钢液在钢包中的精炼外 , 应充分发挥中间包作为最终精炼容器的作用 , 有效地除去非金属夹杂物以及改善钢液的成分 , 进一步提高钢的纯度。但是 , 又不能忽视中间包内衬耐火材料可能带来的污染。因为在连铸的浇注过程中 , 中间包包衬耐火材料与钢液长时间接触 , 可能发生机械侵蚀、化学反应及吸附现象 , 从而影响钢液的洁净度。因此 , 重视中间包内衬在钢液净化时的作用已被提到日程上来 , 其材质也从硅质向镁质方向发展。近年来 , 国内外有文献报道说镁钙质涂料具有较好的脱硫和吸附夹杂的功能 [1 ～ 3 ] , 宝钢、首钢、鞍钢等几个大钢厂也进行过这方面的研究 , 据说有一定的效果。但从有关文献的数据及实验方法来分析 , 还难以得出肯定的结论。本实验通过在中间包内衬两侧分别涂上镁钙质与镁质涂料 , 在保证相同原始钢液的条件下 , 对比两种涂料的作用 , 以期对此问题有个较明确的认识。

1 实验

实验在某一炼钢厂的大方坯 4 流连铸机上进行。中间包容量 30 t 。在中间包内两侧分别涂上镁质和镁钙质涂料 ( 化学组成见表 1) ,1 、 2 流侧 为镁钙质 ,3 、 4 流侧为镁质 ( 见图 1) 。钢液通过冲击区后由两侧挡渣堰的导流孔分流入中间包两边。中间包采用的覆盖剂是镁质覆盖剂。

表 1 中间包涂料的化学组成 ( w

) %

图 1 中间包示意图

考虑到钢液脱氧处理方式的不同 , 选取了两种钢做实验 : 一种是铝镇静钢 (45U) , 钢液中含有 Al ; 另一种是硅镇静钢 (70 # ) , 钢液中不含 Al 。钢液浇注后 , 在每炉钢浇注一半左右时 ( 此时钢液成分比较稳定 ), 在中间包冲击区用石英玻璃管吸取钢样 , 作为进入中间包的钢液初始组成。对应地 , 分别在 1 流和 4 流的结晶器内各取一个样 , 作为钢液离开中间包的最终组成。在 1 个中间包使用浇次中 , 连续取 6 ～ 8 炉钢样 , 观察通过中间包

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后钢液中全氧及硫含量的变化 , 并用脱氧率来衡量脱氧效果。

2 结果与讨论

2. 1 钢液全氧含量的变化

铝镇静钢及硅镇静钢钢液通过包衬两侧分别涂有镁钙质涂料和镁质涂料的中间包后 , 其全氧含量的变化如图 2 所示。可见 , 钢液通过中间包后 , 全氧含量均降低 , 说明镁钙质和镁质涂料对钢液均 有明显的脱氧作用 , 且涂料的脱氧率与原始全氧含量有关 ( 见图 3) , 原始氧含量越高 , 脱氧率越大。对铝镇静钢 , 脱氧率在 20 % ～ 70 % 之间波动 ; 对 70 # 钢 , 在 30 % ～ 75 % 之间波动。同时还可以看出 , 虽然是连续冶炼同种钢 , 到达中间包后各炉次的钢液原始全氧含量波动是很大的 , 其值可相差几倍 , 而通过中间包后 , 各炉次钢液的全氧含量却在非常窄的范围内波动。

图 3 钢液原始氧含量与涂料脱氧率的关系

对比镁钙质与镁质涂料对钢液的影响 , 可以明显看出 : 对铝镇静钢而言 , 在 1 个中间包浇次连浇 8 炉钢的过程中 , 涂有镁钙质涂料侧的钢液全氧含量均低于镁质区 ( 见图 2a ) , 镁钙质涂料的脱氧率比镁质的高 5 % ～ 15 %( 见图 3a ) ; 而对硅镇静钢而 言 , 两种涂料对脱氧率的影响几乎没有任何差别 ( 见图 2b 、图 3b)

2. 2 硫含量的变化

铝镇静钢与硅镇静钢通过两侧分别涂有镁钙质和镁质涂料的中间包后 , 其硫含量变化见图 4 。

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图 4 钢液的硫含量对比

从 1 个中间包浇次 8 个炉次的连续取样结果来看 , 无论是两侧涂料或两种钢种 , 通过中间包后硫含量的变化是有时增加有时减少 , 其变化值都很小而且无序 , 只是对铝镇静钢 , 镁钙质区的硫含量整体上略低于初始值和镁质区的。因此可以说明 , 在本实验条件下 , 镁钙质涂料对铝镇静钢只有轻微的脱硫作用 , 而对硅镇静钢无脱硫作用 , 镁质涂料对两种钢均无脱硫作用。

2. 3 讨论

钢液通过中间包时其全氧含量的变化主要由两方面决定 : 一为夹杂物上浮 , 包衬和覆盖剂吸附 , 从而净化钢液 ; 二为钢液的二次氧化 , 包衬材质被侵蚀、脱落 , 进入钢液 , 从而污染钢液。最终氧含量取决于这两方面的结果。因此 , 那种通过一炉钢与另一炉钢 ( 包括有限数量统计 ) 的对比来判断包衬净化作用的方法是不科学的。从上述实验数据也可以看出 , 即使是同一钢种连续冶炼多个炉次 , 钢液进入中间包的原始全氧含量波动是很大的 , 而夹杂物上浮情况与钢液原始全氧含量有关。可以说 , 在生产实际中 , 不可能保证每炉钢液的原始条件相同 , 即夹杂物上浮量是不同的。因此 , 不同炉次使用不同材质的包衬 , 无法用通过中间包后钢液的氧含量变化去衡量其净化作用的优劣。而本实验是在同一中间包两侧分别涂不同材质的涂料 , 有效地解决了上述矛盾。

本实验结果还无法区别出这两种涂料吸附夹杂物量的多少 , 但可以确定镁钙质涂料有吸附现象存在 , 而且对铝镇静钢来说 , 镁钙质涂料的吸附现象更明显。但是还不能判断镁质涂料有无吸附现象存在。

结论

( 1 ) 镁钙质和镁质中间包涂料对钢液均有明显 的脱氧作用 , 脱氧率视钢液原始含氧量而定 , 在20 % ～ 70 % 之间波动。

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(2) 对铝镇静钢而言 , 镁钙质涂料比镁质涂料具有更好的脱氧效果 , 其脱氧率高出 5 % ～ 15 ; 而对硅镇静钢而言 , 这两种涂料对钢液的脱氧效果几乎没有差别。

(3) 镁钙质和镁质涂料对铝镇静钢和硅镇静钢均无明显的脱硫作用。