4、中间包夹杂物的去除
中间包主要采用以下方法促进夹杂物的去除:
(1)通过合理地设置流动控制元件(如挡墙、坝、阻流器等),为夹杂物上浮提供合适的流动形态和尽可能长的上浮时间。这已是广泛采用的常规技术,国内不少钢厂中间包容量偏小,因条件所限难于扩大,但通过合理地设置挡墙和坝,也能取得较明显的大型夹杂物去除效果。
(2)增大中间包容量和熔池深度,以延长钢水平均停留时间,同时可减轻钢包长水口区域钢流冲击造成的液面波动和暴露,如日本钢厂中间包多为60~85t。在中间包容量足够大和进入中间包钢水洁净度较高时,可简化中间包设置。
(3)使用过滤器强制吸附夹杂物,对去除钢中细小(<5μm)夹杂颇为有效。实践证明,采用过滤器技术,中间包水口结瘤明显减少,铸坯中夹杂物总量可减少40~80%,Al2O3夹杂减少50%左右,但由于过滤器对钢水流动影响较大,容易失效,加之成本较高,目前生产中尚不可能广泛采用。
(4)中间包吹气或电磁旋转搅拌:吹气一方面可吸附夹杂上浮,另一方面对减少中间包的死区也有效果。但应严格控制吹气流量以避免造成中间包液面的剧烈波动,尤其在中间包容量较小时。在钢包长水口注流冲击区采用电磁旋转搅拌可促进细小夹杂物的聚集和上浮。
(5)中间包加热:中间包感应或等离子加热可恒定中间包温度(±5°C),实现恒速、低过热度浇注。加热所产生的钢水向上流动有利于夹杂物的去除,此外中间包加热对防止连浇时钢水温度差异造成的短路也有效果。
5、结晶器冶金
结晶器冶金主要是通过控制钢水流动为夹杂物的上浮去除创造最后的条件,同时减少保护渣的卷入,提高保护渣吸收夹杂物的能力也越来越引起人们重视。所采用的相关技术有:
(1)钢水流动行为控制:主要有浸入式水口内型结构优化、采用FC结晶器或电磁制动(EMBr)技术等。如将水口底部结构由Y型改为凹型。
采用FC结晶器其上磁场减少了弯月面的紊流,可防止保护渣卷入凝固壳;其下磁场可减少铸流冲击深度,有利于夹杂物和气泡的上浮。
采用电磁制动技术是通过电磁力对浸入式水口流出的钢流进行抑制,使钢流冲击深度变浅,促进夹杂物的上浮。采用真空中间包也有利于降低结晶器中铸流的冲击深度。
(2)结晶器液面控制:结晶器液面波动是进入结晶器钢水流速过大或钢水流量变化过大造成的,中间包液面高度的波动、塞棒吹氩流量过大或变化过大、浸入式水口插入深度过浅,均可造成结晶器液面波动。
(3)保护渣性能的改善:结晶器保护渣具有保温、隔绝空气、润滑等作用,近年来,保护渣吸附夹杂物的作用越来越为人们所重视。与中间包覆盖剂相比,结晶器保护渣是消耗性的,若具有一定的吸附夹杂能力,其改善钢水洁净度的作用是十分巨大的。
6、夹杂物变性处理
钢中的脆性夹杂物是造成许多钢种出现缺陷的主要原因,同时脆性Al2O3夹杂也是引起浇注过程水口堵塞的主要原因,进入钢中的水口堵塞物还可能成为铸坯中大型夹杂。
钢中脆性Al2O3等夹杂物的控制集中在两个方面:一是采用一些特殊的措施减少其生成,二是对其进行改性,使其生成低熔点的液相夹杂物。
(1)先用Si脱氧降低钢中溶解氧含量,然后再用Al终脱氧。所生成的SiO2起到了二次氧化源的作用必须降低SiO2活度,以防止其与钢水中Al发生反应[32]。
(2)用碳代替部分Al进行钢水粗脱氧。采用该法可降低钢水脱氧成本8%,减少钢中Al2O3,使出钢时钢水吸氮量减少50%。
(3)对炉渣改性,提高其溶解吸收Al2O3夹杂的能力;或在脱氧和精炼中控制 [Al]和渣中Al2O3含量,从而有效地控制钢中夹杂物的成分,得到理想的夹杂物成分,使脆性夹杂转变为塑性夹杂。
(4)在精炼过程中钢水进行钙处理变固态脆性Al2O3为液态钙铝酸盐。对钢液进行钙处理还可以控制炉渣成分、改变脱氧过程的热力学条件,从而生产氧含量很低的钢种。以铝脱氧钢为例,1600°C与钢中[Al]s=0.02%~0.05%处于热力学平衡的[O]s=(4~8)×10-6;以CaO-Al2O3为基熔渣中Al2O3活度可达0.001%,与液态钢中[Al]s=0.01%相平衡的[O]s<1×10-6。其前是改变脱氧产物的形态,同时形成的脱氧产物能很快进入炉渣。
(5)对钢水进行喷粉处理,如浦项将CaO-15%CaF2粉剂喷入250t铝脱氧后的钢液(1kg/t),发现所形成氧化物夹杂为球形铝酸盐(CaO. Al2O3和CaO. 2 Al2O3),极易聚集和从钢液中分离出去。与传统的吹氩+RH处理工艺相比,铸坯中平均总氧含量从27×10-6降低到15×10-6,氧化物夹杂平均面积比从0.035%降低到0.015%,同时这些球形低熔点铝酸盐夹杂物对产品的表面质量和机械性能没有影响。
——本文摘自文献综述