解决连铸工艺难题提高产品质量

1、解决连铸工艺难题提高产品质量连铸用耐火材料的技术进步对连铸比的快速提高起到了推动作用。长水口、整体塞棒、浸入式水口作为连铸用三种关键功能耐火材料, 其质量好坏直接关系到连铸工艺的顺行和产品质量。浸入式水口的影响尤为明显。浸入式水口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。随着连铸工艺的改进和浸入式水口用耐火材料的开发, 浸入式水口的使用寿命有所延长 , 但是在浇铸过程中时而发生的水口结瘤或堵塞现象一直是困扰连铸工序的一个难题。水口结瘤或堵塞不仅降低了连铸机的生产效率, 而且也

2、是引起钢铁产品产生缺陷的主要原因之一。因此, 解决水口的结瘤或堵塞问题具有十分重要的意义。防止浸入式水口堵塞的新技术水口本体内加装芯板。新日铁研究发现, 开浇时水口内壁黏附的薄层金属是al2o3黏附的起点 , 原因是开浇时水口内壁温度低, 最初与水口内壁接触的钢水温度急剧下降 , 甚至凝固 , 给al2o3 黏附提供了条件。因此 , 防止水口内壁温度过低 , 不但可避免 al2o3 黏附造成的水口内孔狭窄或堵塞, 而且还可以防止浸入式水口热震断裂。办法是在绝缘材料制成的浸入式水口本体内加装芯板。新日铁分别进行了加装不同芯板(芯板 a、芯板 b、芯板 x和芯板 y等)的试验。芯板 a是先将碳质量

3、分数为99% 的天然鳞片状石墨进行酸处理, 然后在 1000以上进行膨化处理 , 最后轧制成厚度分别为0.1mm 、 0.5mm 和 2.0mm的芯板。芯板b是碳质量分数为20% 的石墨和氧化铝复合板。先在石墨内混入40% 氧化铝颗粒 ( 粒径为 100m)和 40% 氧化铝纤维 (直径为 50m,长度为 5mm) ,然后在 1000以上进行膨化处理 , 最后轧制成厚度分别为0.1mm 、0.5mm和2.0mm的芯板。将芯板 a 和 b用高耐热绝缘陶瓷板包裹后, 分别装入浸入式水口本体内。浇铸之前 , 将芯板 a或 b通电加热 , 提高水口内壁温度 , 从而避免因钢水接触水口内壁 , 温度急剧

4、下降而凝固 , 引起 al2o3 黏附的现象 , 还可以防止浇铸初期的水口热震断裂。芯板x与未包裹陶瓷板的芯板a相同, 芯板 y与未包裹陶瓷板的芯板 b相同。新日铁最新开发的浸入式水口, 通过提高水口内壁温度 , 可以防止因开浇时温度急剧下降引起的钢水凝固和al2o3黏附, 减少了堵塞物剥离水口壁混入结晶器导致的铸坯夹渣缺陷 , 还可以避免浇铸初期水口的热震断裂, 保证连浇操作顺利。低铝钢不用 al 脱氧。为了抑制连铸水口的堵塞, 防止夹杂物和气泡的产生 , 新日铁开发出不用 al 脱氧的低铝钢连铸技术。其技术要点如下: 第一, 当生产 al 的质量分数低于 0.01%的低 al 钢时, 不用

5、 al 脱氧, 先用 ti 或 si 脱氧, 再用 ca、mg进行夹杂物变性处理。第二 , 在连铸时 , 用多个钢包顺次将钢水注入中间包, 从中间包底部的浸入式水口吹入惰性气体。把前一包钢水浇注到原钢水的1/10 至后一包钢水开浇到原钢水量的1/5 为换包区时间 , 该区间要增加气体吹入量 , 同时降低钢水的流量。第三 , 在换包区时间内 , 浸入式水口氩气吹入量为每流7.0l/min, 钢水的流量为3.3t/min 。第四 , 在换包区时间以外的浇铸时间里, 浸入式水口氩气吹入量为每流1.05.0l/min 。新型钢水流出口。日本住友金属开发了利用中间包突出部分使钢水产生涡流的技术。研究结果

6、表明 , 浸入式水口内产生的涡流对流出钢水的均匀稳定流动具有很好的作用。但是 , 为充分利用涡流的特性 , 必须根据水口内形成涡流钢水的流动特性, 将钢水出口做成最佳形状。住友金属开发出了水口内装有旋转叶片使钢水流形成涡流流出的浸入式水口, 即涡流浸入式水口。它不依靠电磁力的控制就能使结晶器内的钢水形成稳定的流动, 不仅有效地提高了板坯质量, 而且提高了板坯的生产率。保护浇铸。浇铸过程中的二次氧化源有钢水、顶渣和中间包覆盖剂接触空气、钢水接触炉渣、钢水接触耐火材料等。钢包注入中间包的钢水吸氮增加, 钢水中氧也增加 , 二次氧化使夹杂物增多。防止浇铸过程二次氧化的方法主要包括保护浇铸、碱性包衬、

7、碱性覆盖剂和中间包密封或充氩气。水口带有空气冷却和电磁搅拌装置。最近, 日本神户制钢研制出一种带有空气冷却和电磁搅拌装置的新型水口。采用这种水口, 可以实现全过程低过热度浇铸, 避免水口堵塞。据研究者计算, 把这种新型水口应用于小方坯连铸时, 水口内钢水温降约为 30, 可实现低过热度浇注。防止浸入式水口结瘤的措施优化水口的结构。水口内壁与钢水流直接接触, 成为 al2o3等夹杂物附着的基体。其中 , 内腔孔径和内腔形貌是设计的关键。如果内腔孔径太大, 钢水与水口接触面积增大 , 钢水流速尤其是水口内壁钢水流速会有所减慢, 增加钢水中 al2o3 等夹杂物黏附的机会。相反 , 如果内腔孔径过小

8、 , 由于向下钢水流的冲击 , 水口内液面钢水反弹, 向上和向下的钢水流在水口的出口发生碰撞, 会出现一定程度的钢水滞留, 加速 al2o3 等夹杂物吸附。因此 , 合理设计水口内腔结构有利于改善水口内腔的堵塞。此外, 水口出口形状不仅关系到钢水从水口流出的流态和连铸坯的规格, 而且合适的出口形状可以使结晶器内钢水中的夹杂物在上浮后被去除, 降低黏附结瘤的几率。导致水口结瘤的还有其他一些结构, 如内部粗糙度、保温隔热层和结构突变等。当表面粗糙度超过0.3mm时, 水口与钢水边界层的黏滞部分失效, 黏滞层的保护作用消失 , 使得钢中的 al2o3 等夹杂物易于富集。因此 , 水口工作面应尽可能光

9、滑。采取在水口外表面周围粘贴厚20mm 、渣线部位加厚至25mm 的纤维隔热材料进行保温, 降低热损失 , 减少温差也可以有效地消除温降的影响, 减少钢水中的 al2o3,缓解水口的堵塞。在钢水流经水口的过程中, 应避免水口的几何形状发生突变。因为在结构形状的突变点, 极易出现钢水分流 , 造成钢流方向的急剧变化。这种变化会对al2o3 等夹杂物产生一种向心力 , 促使al2o3夹杂与水口内壁耐火材料碰撞直至al2o3附着在内壁上。因此 , 要通过结构设计使水口内部尽可能减少几何形状的突变。合理选用水口材质。与铝碳材料相比, 镁铝尖晶石材料具有良好的防止氧化铝附着能力。这是由于镁铝尖晶石材料结

10、构致密, 表面光滑 , 不含 c和 sio2,热稳定性好, 并且能够与氧化铝附着物发生尖晶石化反应或形成尖晶石固溶体等。另外, 为了减少浸入式水口的堵塞 , 应根据浇铸的钢种不同 , 合理选择不同材质的水口。在浇铸铝镇静钢时 , 采用熔融石英质水口 , 通过生成含 sio2 多的玻璃层来降低玻璃黏度, 可以在一定程度上减少水口堵塞。在浇铸高锰钢时, 在铝碳质水口的外表面包上一层耐火材料进行保温 , 有利于防止水口堵塞。但此时若采用石英质水口, 由于水口壁上富集的 mno 与 sio2 生成低熔点的 mnosio2, 会使水口严重熔损 , 导致钢中夹杂物显著增加。因此 , 为了防止水口堵塞和提高

11、钢的质量, 浇铸普碳钢、低合金钢应该选用锆质和石英质水口 , 浇铸含铝钢种或锰含量高于0.65%的钢种应采用石墨高铝质水口。其预防机理主要是通过减弱钢水与水口内壁的润湿性, 来减小氧化铝在水口壁上的粘附力。提高钢水的洁净度。钢水的洁净度是衡量钢水质量的重要标志, 也是造成堵塞的主要因素 , 若钢水洁净度不高 , 或者钢液中的气体、夹杂物含量高, 一方面会增加钢水的黏度 , 使其流动性变差 , 另一方面也会增加固态高熔点夹杂物的绝对浓度, 从而为水口堵塞提供便利条件。因此, 减少钢水中二次氧化产物的形成和降低脱氧产物的聚集 , 可以有效地防止水口堵塞。通过控制脱氧加铝量 , 减少钢水中氧化铝的含

12、量 , 有利于降低水口的堵塞程度。据报道 , 用喂丝机加入铝丝 , 有利于提高钢中铝的收得率。另外, 采用 ca 、si 等部分代替铝脱氧易于控制铝的加入量。通过钙处理钢水, 可以将固态、高熔点的al2o3夹杂转化为低熔点的12cao7al2o3, 从而减轻水口的堵塞。但要严格控制钙的加入量, 若加入量太少 , 容易形成高熔点的铝酸钙 ; 若加入量过多 , 又会生成高熔点的cas,也会堵塞水口 , 即使钢水中含硫量很少 , 也会侵蚀塞棒。对水口系统进行吹气处理, 可以改变钢水在水口内的流态 , 可在一定程度上减少al2o3 等夹杂物在水口内壁的吸附沉积。所用的气体一般是氩气 , 按吹气部位的不同 , 可分为三种供气方式 , 即塞棒吹气、水口吹气和塞棒与水口同时吹气。结语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。从材料角度出发, 通过