板坯连铸浇注时进行浸入式水口吹氩,氩气主要通过上水口、塞棒或滑板进入结晶器,其目地在于对水口进行清扫,防止结瘤堵塞以及钢液二次氧化，延长水口寿命，进入结晶器中的氩气急剧膨胀上浮,有利于带走钢水中夹杂物。但是,在结晶器内，气泡及其吸附的夹杂物可能被凝固坯壳捕获，形成铸坯皮下缺陷；另外，气泡从保护渣层逸出时会对钢液表面产生扰动,产生不利的表面湍流，形成铸坯表面缺陷。
因此，针对不同生产状况和设备条件，选择合理吹氩量及方式是连铸工作者重视的。
本文研究对象为直弧型高拉速板坯连铸机,断面200mm×(900～1600)mm,设计平均工作拉速1.2m/min以上。浸入式水口吹氩通过塞棒和上水口进行。采用了水模试验、低倍冷蚀检验以及金相分析等手段,通过现场试验取样,分析了稳态与非稳态浇注条件下水口吹氩对铸坯质量的影响,关注了针状气孔产生,讨论了如何合理设置吹氩工艺。
1水模试验
通过水力学模拟实验,对浸入式水口吹入惰性气体后结晶器内的流场特征进行了研究,在不同的拉速和结晶器断面等工艺参数下,要防止液面剧烈波动及卷渣等现象的产生,存在对应临界吹气量(q临)。 q临近似与结晶器内钢液浇注流量Q成正比,将其回归成一元方程为q临=0.0841×Q-19.97(式中q临和Q的单位为L/min), 见图1。
在实际生产中,这些工艺参数应调整相互匹配,以使结晶器内流场达到理想状态。 依据浇注流量(结晶器过量)与拉速断面的对应关系可以得出不同断面、拉速情况下的临界吹气量。如结晶器断面900mm×200mm情况下,不同拉速对应临界吹气量见表1 。
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2现场试验
结合实际生产状况,建立了现场试验方案。试验分为两部分:首先是对结晶器内有无吹气时,铸坯针状气孔产生情况进行比较分析。由于连铸机开浇后的一段时间结晶器内没有吹气
,而浇注末期的前一段时间仍进行吹气,因此,选用开浇后和终浇前的铸坯,对这两种条件下的铸坯样进行对比;其次,根据水力学模拟得出的临界吹气量与浇注流量间的关系,对现场正常浇注条件下的吹气参数进行优化设置,并进行铸坯样的采集和分析,与原有工艺条件铸坯质量作对比分析。在开浇和浇末的铸坯上进行取样,每块铸坯上间隔1m取样1块。连铸机生产试验时的断面分别为1050mm×200mm, 1150mm×200mm。根据临界吹气量与浇注流量间的关系,在不同拉速条件下,设定了两种断面对应吹气量。
3现场取样记录
取样时浇注的低碳钢钢种为SPHC。对开浇头坯和终浇尾坯试样按取样方案进行了采集,记录见表2。试验铸机吹气方式,除了外装水口的氩封外,采用上水口吹氩与塞棒吹氩相结合,因此在现场试验中应保证两部分吹气量总和不超过当前拉速条件下的临界吹气量。现场试验时,当铸机拉速保持稳定后,根据当前拉速对应的临界吹气量q临,将吹气量控制在q
临以内进行浇注,并对铸坯低倍样进行采集,试验条件见表3。
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4结果分析
根据YB/T400321997和GB22621991,对铸坯试样进行了低倍评级,头坯和尾坯试样检验结果表明开浇后未进行吹气时,根据铸坯检测结果,铸坯内部基本上没有发现针状缺陷,而浇注末期,由于继续进行吹气,因此在铸坯试样上可检测到针状气孔缺陷。 本次试验与前期试验金相检测结果相似,根据金相试样数据表明,开浇后2号坯没有检测到气孔，而在浇注尾坯上发现较大气孔。
