经过精炼后的钢水的洁净度是很高的,如何保持、甚至更进一步提高钢水的洁净度,是连铸工序操作中需要控制的重点。
1、钢包—中间包的保护浇注技术
中间包钢水和空气的接触一般有以下几种情况:敞开浇注或钢包长水口密封不严导致吸入空气;钢包长水口下方因铸流冲击而导致钢水液面剧烈波动引起的钢水暴露和空气卷入;空气通过中间包覆盖剂进入钢水中。
因吸入空气造成中间包钢水氧含量的增加是上述三种情况之和,常用钢包到中间包钢水中氮含量的增加来衡量所吸入空气的数量。为防止二次氧化,广泛采取钢包钢流的保护浇注技术,同时在中间包钢水表面加覆盖剂来隔绝空气。
保护铸流的方法很多,国内大多采用长水口加吹氩技术,密封的效果与水口结合部的设计、所采用的密封材料以及操作密切相关。所存在的问题是效果不够理想,并且不够稳定,而国外钢厂现在追求的目标是吸氮量等于零。
在中间包容量大、长水口浸入深度适当、钢水液面不存在剧烈的波动时,长水口下的紊流是有利于夹杂物的碰撞、聚合的,但国内中间包普遍容量较小、熔池较浅,而钢包注入的钢水有很大的动量,造成钢水由中间包底部反弹上去,使长水口周围的顶渣无法严密覆盖钢水,成为二次氧化氧源的主要入口。
现场实验时经常发现,铸流冲击区周围钢、渣十分活跃,不断更新的钢水将空气中的氧源不断地带入钢水中,反冲的钢水还会将一些顶渣卷入钢水而形成外来夹杂,此处成为国内大多数钢厂空气和炉渣卷入的主要场所。国外广泛采用的大容量中间包,既可以增加钢水平均停留时间,又可以减轻铸流冲击区钢液面的波动。
此外,针对空中间包对第一炉钢水的氧化,采用中间包顶盖密封、预充Ar气(O2<1%,N2<5%)来解决,可使头坯吸氮减少5ppm,T[O]减少10~15ppm,[Al]s损失减少70ppm。
2、中间包覆盖剂和耐材
在中间包钢液面广泛采用覆盖剂对钢水进行保温和隔绝空气,也有的厂家采用中间包惰性气体密封和真空中间包,因中间包盖高温下容易变形,出现水冷氩封中包盖。中间包真空浇注还可以降低铸流对结晶器坯壳的冲击,避免弯月面附近钢液的卷渣,使结晶器内钢液面的波动明显降低。
随着企业所生产的钢种对清洁度的要求越来越高,人们对中间包覆盖剂吸收夹杂的作用也越来越加以重视。中间包采用的覆盖剂一般可分为以下几种:
酸性覆盖剂:典型的即碳化稻壳,其绝热性能好,但在钢渣界面难于形成液渣层,难于隔绝空气,吸附夹杂能力也较差。
中性覆盖剂:一般CaO/SiO2=0.9~1.0,钢水面易形成液渣层,有较强的隔绝空气和吸收Al2O3能力,但保温性能较差,渣中SiO2易与钢水中[Al]发生反应。
碱性覆盖剂:(CaO+MgO)/ SiO2>3,吸收Al2O3能力强,但碱度较高时易结壳。
双层覆盖剂:钢水面使用碱性覆盖剂以形成液渣层隔绝空气,同时吸收夹杂物,其上再添加碳化稻壳保温。
据Suito和Schenck研究结果,渣中碱度增加,FeO的活度系数降低,而MnO的活度系数则增加,因此使用碱性覆盖剂可抑制钢水中[Al]与覆盖剂中(FeO)、(SiO2)反应,因低碳铝镇静钢中Mn含量和中间包覆盖剂中MnO含量较低,所以理论上应优先使用高碱度中间包覆盖剂。
目前中间包覆盖剂国内一般中小型钢厂仍采用碳化稻壳,大型钢厂多采用中性覆盖剂,碱性和双层覆盖剂则尚待进一步开发。
随着浇注时间的延长,进入中间包的引流砂、浸蚀的耐材、上浮的夹杂等造成中间包成分发生较大改变。
3、下渣和卷渣
连铸过程的下渣和卷渣是造成钢水二次氧化的主要原因,所以卷入的炉渣同时成为钢中大型非金属夹杂物,具有极大的危害。
发生在中包区域的下渣和卷渣主要有:
(1)钢包开浇时的引流砂和烧氧形成的氧化产物进入钢水中;
(2)钢包开浇时钢水从中间包渣面上进入熔池中,由此造成的冲击乳化卷渣,常发生在连浇换包时;
(3)钢包浇注末期和中间包液面较低时,钢水面低于临界液面高度出现涡流造成的下渣。
此外还有中间包容量过小或长水口进入较浅引起的水口区域钢水剧烈波动造成的卷渣。
针对下渣和卷渣所采取的措施有:
(1)钢包全自动快速开浇和浸入式开浇技术:全自动是为了避免烧氧而造成的氧化性渣,同时为浸入式开浇创造前提条件;快速是为了保证中间包液面足够的高度,以避免中间包钢水液面过低造成的卷渣。浸入式开浇是在钢包长水口浸入中间包熔池之前排出引流砂,在钢包水口浸入到中间包熔池下面时钢水流出,以避免钢包引流砂的污染和开浇钢流对中间包的炉渣的冲击卷渣。
(2)实行钢包称重或采用下渣检测装置,主要目的是防止钢包浇注后期的涡流下渣,同时避免了浇铸后期撤出长水口人工判断终点造成的二次氧化。
(3)实行中间包恒重浇铸或采用液面检测装置,主要为恒定中间包液面,避免中间包液面过低造成涡流下渣,或结晶器钢液面波动造成的卷渣。
(4)钢包水口端部采用破渣器,以防止水口粘附渣带入结晶器。
(5)中间包开浇时在浸入水口上方采用挡渣器,防止渣子直接进入结晶器。
(6)采用H型中间包,减少钢包更换时中包钢水液面波动,提高过渡坯质量。
连浇时钢包更换前后以及开浇、浇注末期(统称非稳态浇注期)十分容易引起下渣和卷渣,生产实践表明这些铸坯往往引起轧制过程产品不同程度的缺陷,因此许多钢厂已开始注重将非稳态浇注期铸坯的清洁度提高到稳态铸坯水平,由此开发了下渣检测和钢水液面检测等技术。以减少铸坯清洁度水平不稳定的因素。
——本文摘自文献综述