国内外连铸中间包冶金技术

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国内外连铸中间包冶金技术

潘秀兰,梁慧智,王艳红,冯士超(鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山 114009)

摘要:分析了连铸坯中夹杂物的来源和浇注过程中的二次氧化问题。介绍了国内外先进炼钢厂(新日铁、JFE、克鲁斯、迪林根、浦项和宝钢等)中间包夹杂物的去除与控制措施。通过增大中间包容量、采用H型中间包或离心流动中间包、设置中间包气幕挡墙和中间包控流装置,优化中间包结构。通过采用中间包密封吹氩技术控制中间包开浇的二次污染;采用汇流旋涡抑制器防止中间包浇注过程中卷渣;采用碱性包衬和碱性覆盖剂、中间包无氧化烘烤与电磁感应加热、中间包连续真空浇注处理和电磁过滤,可以降低钢水二次污染,防止二次氧化,促进夹杂物上浮,提高铸坯的质量。关键词:中间包;夹杂物;控制与去除

IntroductionofTundishMetallurgicalTechnology

atHomeandAbroad

PANXiulan,LIANGHuizhi,WANGYanhong,FENGShichao(AngangSteelCo.,Ltd.,Anshan114009,Liaoning,China)

Abstract:Thesourceofinclusioninthecontinuouscastingslabandreoxidationduringthepouring

processareanalyzed.Themeasuresofinclusionremovalandcontrolinthetundishinadvancedstee-lmakingplantsathomeandabroad(suchasNipponStee,lJFE,Corus,Dillinger,PoscoandBaosteel)areintroduced.Theconclusionis:thestructureofthetundishcanbeoptimizedbyincreasingthecapac-ityoftundish,usingthetypeofHtundishorcentrifugalflowtundish;secondarypollutionduringtundishfree-openingcanbecontrolledbyusingtundishsealedargonblowingtechnology;slagentrap-mentcanbepreventedbyusingvortexcontrollers;secondarypollutionofmoltensteelcanbereduced,reoxidationcanbeprevented,inclusionfloatationcanbepromotedandthequalityofsteelcanbeim-provedbyadoptingalkalineliningsandalkalinecovers,tundishnon-oxidationbakingandelectromag-neticinductionheating,tundishcontinuousvacuumcastingtreatmentandelectromagneticfiltration.Keywords:tundish;inclusion;controlandremoval

0 前言

随着用户对钢材质量要求的进一步提高,中间包的精炼功能也越来越受到人们的关注。作为设置在钢包和结晶器之间的冶金反应器,中间包除了实施钢水分配、稳定注流和保证连浇的基本功能外,还可以作为钢水的精炼容器。通过中间包冶金,可以防止钢水二次氧化和吸气、改善钢水流动状态、防止卷渣和促进夹杂物上浮、微调钢水成分、控制夹杂物形态和精确控制钢水过热度。中间包冶金对提高连铸机作业率和优化作业、顺利多炉连浇、扩大连铸品种、改善铸坯质量等均起到重要作用。

1 连铸坯中夹杂物的来源

,决于钢水进入结晶器之前的炼钢、精炼和中间包冶金工序,钢水中夹杂物的主要来源是内生夹杂物和外来夹杂物。1.1 内生夹杂物

内生夹杂物主要是脱氧产物,是钢中的合金化元素与溶解在钢水中的氧以及硫、氮的反应产物。如铝镇静钢,脱氧产物以Al2O3为主;硅镇静钢,脱氧产物以MnO#SiO2为主;钙处理钢,脱氧产物以mCaO#nAl2O3、mCaO#nAl2O3#X为主;钛处理钢,脱氧产物以TiO2、Al2O3、TiN、Al2O3与TiN复合夹杂物为主。内生夹杂物数量多,颗粒较小(一般小于10Lm),分布较均匀,成分简单,对钢的质量危害较小。1.2 外来夹杂物

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次氧化产物和机械卷入钢中的各种氧化物。外来夹杂物数量少,尺寸较大,多在30~300Lm,成分复杂,在钢中呈偶然分布,对钢质危害大。

浇注过程中的二次氧化源有空气(主要是钢水裸露吸氧、注流与空气接触和注流卷入空气吸氧)、转炉下渣、钢包顶渣和中间包覆盖剂、耐火材料等。与中间包工序相关的二次氧化问题如下:

(1)注流与空气接触吸氧 注流比表面积与水口直径成反比,小方坯水口直径小,注流比表面积大,二次氧化严重。如果水口烧氧、散流,则二次氧化加剧。

(2)注流卷入空气吸氧 从钢包水口流出流到中间包的过程中,注流卷入空气的四种现象是:层流、脉动注流(层流y紊流过渡区)、注流表面锯齿状和紊流注流(注流表面粗糙)、注流变为液滴(吸氧速率比光滑注流大60倍)。

(3)钢水裸露吸氧 如果中间包表面积为5m,熔池深度0.7m,由注流冲击引起的中间包钢水液面的裸露每1.15s就更新一次,1min内则要

2

更新52次,裸露于空气中的钢水表面积为260m,说明由液面更新造成的二次氧化非常严重。(4)耐火材料二次氧化 中间包包衬材料和覆盖剂中含有的SiO2被钢水中的Al还原生成Al2O3,使钢的洁净度降低。

生产洁净钢,不仅要通过脱氧和精炼操作最

2

大限度地去除夹杂物,更重要的是防止浇注过程中由二次氧化所产生的大颗粒夹杂物及卷渣。2 优化中间包结构

2.1 增大中间包容量

中间包容量影响到中间包液面高度和中间包钢水在包内的停留时间。大容量中间包可以保证更换钢包时中间包内的钢水处于相对稳定状态,防止卷渣。为了避免卷渣,中间包钢水必须在最小深度以上操作。北美20世纪80年代以后投产使用的中间包容量均为45t以上,其中最大的中间包容量为70t。日本的中间包容量均在60t以上,最大的中间包容量达84t。

据报道,克鲁斯公司的中间包由25t扩大到45t后,不仅氧化铝夹杂数量减少,而且夹杂物在铸坯内弧侧聚集的现象也明显减少。国内某钢厂对薄板坯用中间包进行水模实验后发现:增大中间包容量(在相同控流装置条件下,提升中间包内钢水液位50mm),钢水静置时间延长约10s,死区减少3%。有研究表明,在控流装置相同的条件下,60t中间包比10t中间包夹杂物去除率明显提高,钢水的洁净度大大改善

[2,3][1]

。中

间包容量对钢水清洁度的影响见表1。还有人认为在相同的挡墙条件下,中间包加高能延长钢水停留时间约30%,有利于钢中夹杂物的上浮分离

[4]

。

表1 中间包容量对钢水洁净度的影响

夹杂物去除率/%

容量/t1060

wT.O2567.4

宏观夹杂物

45.571.1

微观夹杂物

516.8

wT.O/%87@10-450@10-4

洁净度

宏观夹杂物/(mg#(10kg)

14.69.2

-1

微观夹杂物/

)

(mg#(10kg)-1)

7.45.2

2.2 H型中间包

日本钢厂通过实验证实了H型中间包控制钢水流动形态的冶金效果。H型中间包结构

见图1。使用H型中间包,不但可以使中间包

内

[7]

钢水流动平稳,而且使钢水静置时间延长。更重要的是可以避免在更换钢包时的钢水液面波动和

卷渣问题。2.3 中间包气幕挡墙

中间包气幕挡墙是随着中间包冶金技术的发展并借鉴钢包吹氩搅拌技术而发明的一种全新技术,日本新日铁和JFE各有一个相关专利,鞍钢也进行过试验。

通过钢包底部布置的成列的吹氩孔向中间包内吹氩,吹入的氩气泡在中间包内产生一道/气幕0,被称之为中间包气幕挡墙。气幕使中间包

图1 H型中间包示意图

,,

世 界 钢 铁

图2所示。利用微小气泡去除非金属夹杂物,还可以全部或部分代替原有的中间包挡墙(坝),从而减少由挡墙(坝)侵蚀带入钢水中的夹杂物,有效地提高钢水的洁净度。研究人员将实际生产中使用的气幕挡墙和原有渣堰的使用效果进行对比分析后得出结论,使用气幕挡墙可使大颗粒非金属夹杂物的数量明显减少。该技术要求向中间包内吹氩的透气砖具有耐高温和良好的抗钢水冲刷

能力。

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