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浸入式水口多炉次浇铸超低碳钢工艺技术

发表时间: 2020-08-08 15:06:50

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连铸耐火材料的“四大件”,即浸入式水口、长水口、整体塞棒及滑板、定径水口。它们起到输送钢水、隔断气体和控制钢流的作用,其质量好坏直接关系到连铸工艺的顺行和产品质量。浸入式水口尤为明显,它是钢水从中间包流入结晶器的导流管,使用浸入式水口可防止钢水二次氧化; 控制钢水的流动状态和注入速度; 促进夹杂物上浮,防止保护渣和非金属夹杂物卷入钢水等。


连铸耐火材料的“四大件”,即浸入式水口、长水口、整体塞棒及滑板、定径水口。它们起到输送钢水、隔断气体和控制钢流的作用,其质量好坏直接关系到连铸工艺的顺行和产品质量。浸入式水口尤为明显,它是钢水从中间包流入结晶器的导流管,使用浸入式水口可防止钢水二次氧化; 控制钢水的流动状态和注入速度; 促进夹杂物上浮,防止保护渣和非金属夹杂物卷入钢水等。

近年来,国内汽车制造业高速发展,汽车用钢需求量增长迅速。IF 钢具有优良的超深冲性能,不仅要求其超低碳、氮,还要保证钢液高洁净度。通常超低碳IF 钢连铸时浸入式水口的堵塞和熔损速度是普通钢连铸时的5 倍以上,因此难以实现多炉连浇,不仅影响生产节奏,更会影响其洁净度。以邯钢生产中遇到的问题为背景,系统分析了邯钢常规生产工艺,影响浸入式水口结瘤的因素; 通过机理分析和现场探索,提出了改善水口结瘤的措施,以达到多炉连浇的目的。

1 浸入式水口的结瘤现象

浸入式水口堵塞的形成是一个复杂过程,涉及的影响因素和条件很多,并且相互影响。尤其是渣线以下部位,堵塞物主要有Al2O3、FeAl2O4夹杂、MgO 和MnO 等。铝碳质水口在浇铸铝镇静钢时,发生堵塞水口现象,粘附在水口内壁的聚集物主要是Al2O3,Fe2O3和其他高熔点化合物的混合物[1]。

邯宝炼钢厂的水口堵塞照片图1 和图2 所示。利用扫描电镜能谱分析,对浸入式水口内壁堵塞物检测结果为Al2O3 = 78. 22%、MgO = 3. 14%、Fe2O3= 1. 82%,其他= 16. 82%。由此可见,堵塞物主要为小颗粒聚集成簇状的Al2O3夹杂,还有少量冷钢和TiO2夹杂。Al2O3 - TiO2夹杂物尺寸较小,而且难以上浮去除[2]。

 

 

2 浇铸超低碳钢的工艺路线和存在问题

邯宝炼钢厂拥有先进的装备条件,但在连铸生产中出现多起浸入式水口结瘤后脱落现象,造成浇铸困难,以及产品产生表面缺陷等问题。

浸入式水口结瘤脱落后主要出现在低碳软钢系列产品,超低碳汽车钢系列产品较多。为保证IF 钢的优良性能,必须对钢中化学成分及夹杂物含量严格控制。工艺流程的每一步,都影响着IF 钢成品的质量和性能,河钢邯钢生产超低碳钢的工艺和普通低碳钢有所不同,见图3。

点击打开原图

从生产工艺上分析,生产超低碳IF 钢比普通低碳钢更易堵塞水口,其原因如下。

( 1) 在转炉出钢过程中,生产普碳钢时采用吹氩搅拌,帮助氧化物上浮。在生产超低碳钢时,为了控制其洁净度不采取吹气搅拌,导致钢水中存在少量的Al2O3。

( 2) 普通钢种经LF 炉造白渣工艺,渣中( FeO+ MnO) 含量低,对钢液中酸溶铝含量进行控制,有效抑制了酸溶铝与氧反应生成高熔点氧化物Al2O3,避免了含铝钢在连铸时出现水口堵塞现象。

( 3) 钢水中的酸溶铝达到一定比例要求钢水中必须有一定量的钙,钙铝比达到0. 13 以上钢水具有良好的流动性。LF 结束后进行钙处理技术,合适的钙处理可以使钢液中的Al2O3与CaO 反应生成12CaO·7 Al2O3,易于从钢液中去除。

( 4) 由于钢材性能需要,超低碳钢中一般含有钛元素,而钛是表面活性物质,在Al2O3颗粒附近钛元素会与其发生化学反应,所以在水口结瘤物中会有少量的钛化物[3]。

综上所述,从工艺路线出发,生产超低碳IF 钢的堵塞几率更大。

3 防止水口结瘤的技术方案

目前,防堵塞的主要方法可以从两方面入手: 一是控制钢液高熔点夹杂物产生; 二是浸入式水口结构和材质方面[4]。河钢邯钢主要从控制高熔点夹杂物的产生入手,在各产线采取了以下措施。

3. 1 降低钢液氧含量

钢液氧含量直接影响一次氧化产物的数量。

3. 1. 1 转炉方面

优化复吹工艺: 调整底吹供气制度,建立“底吹透气砖完好状况动态分析表”。根据实际制定出亟待恢复底吹的炉座和透气砖,并掌握“转炉底吹快换”技术,及时更换新的透气砖。

杜绝后吹: 后吹使钢中增氧0. 010 0%。顶渣改质: 转炉出钢1 /3 时加入改质剂,保证高碱度和低氧化性。

下渣控制: 红外线下渣检测、滑板挡渣。

3. 1. 2 精炼方面

传送时间: 保证转炉出钢到RH 精炼的传送时间< 20 min。

T -OB 升温: 用T -OB 升温,吹氧量<100 Nm3。

静置时间: 精炼结束后,保证静置时间≥30min,保证夹杂物上浮。

采取措施: 提高转炉复吹效果来降低出钢氧值;转炉沸腾出钢时经RH 工艺,可利用真空条件下碳是一种良好的脱氧元素,将钢水中的氧尽可能地脱除,使铝终脱氧前钢水中的氧尽可能的低。

3. 2 加铝操作和上浮控制的影响

在可控范围内,减少铝的损失。铝的加入量根据氧值动态调控[5]:

Al = ( 1. 125%[O]+ Δ%[Al]) ·W/( R·C)

式中,Δ%[Al]———铝的实际浓度与目标浓度的差;

%[O]———钢水中的自由氧含量;

W ———钢水重量;

R ———铝收得率;

C ———铝的纯度。

邯宝炼钢厂精炼工序的主要控制措施如下:

( 1) 保证加铝操作后有足够的反应时间,然后再加合金,控制在3 min 以上。

( 2) 保证其纯脱气时间在8 min 以上。

( 3) 精炼结束保障钢包的静置时间≥30 min。

3. 3 保护浇铸

在连铸方面,采用全程保护浇铸,防止钢水二次氧化,保持合适的氩气吹入量。

( 1) 钢包长水口选择吹氩密封。

( 2) 上水口吹氩使上水口内壁形成氢气层,防止钢水中的Al2O3夹杂在上水口附着。

( 3) 滑板间氢气流形成的环形密封,隔绝了钢流与空气中氧的接触。

( 4) 氩气通过塞棒进入SEN 内部钢流,调整钢水在水口的流动状态和流速。进入结晶器后气泡上浮并搅动钢水,促进钢中非金属夹杂物碰撞长大,上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体,同时粘附悬浮于钢水中的夹杂物带至结晶器钢水表面被渣层吸收。

通过河钢邯钢西区炼钢连铸现场实践探索,获得如下效果: 动态控制塞棒流量5 ~ 7 L /min 能实现结晶器液面波动≤ ± 3 mm; 中包板间吹氩量保持8.5 ~ 11 L /min,可以保证钢液与空气隔绝。

4 改进效果

在排除设备、钢水纯净度等因素后,浇铸超低碳IF 钢时连浇炉数达到6 炉,并且液面稳定,结晶器液面波动≤ ± 3 mm。图4 是改进后塞棒和液面波动曲线FDA 截图,图5 连续浇铸6 炉超低碳钢后的水口内壁。


浸入式水口多炉次浇铸超低碳钢工艺技术
连铸耐火材料的“四大件”,即浸入式水口、长水口、整体塞棒及滑板、定径水口。它们起到输送钢水、隔断气体和控制钢流的作用,其质量好坏直接关系到连铸工艺的顺行和产品质量。浸入式水口尤为明显,它是钢水从中间包流入结晶器的导流管,使用浸入式水口可防止钢水二次氧化; 控制钢水的流动状态和注入速度; 促进夹杂物上浮,防止保护渣和非金属夹杂物卷入钢水等。
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