降低连铸坯非金属夹杂物的技术

降低连铸坯非金属夹杂物的技术近年来，为了能够生产高质量、高性能的钢材，对连铸坯提出了更高的质量要求，要求无缺陷铸坯和提高加工性能，为此采取了钢水纯净化等措施。钢中非金属夹杂物（以下称夹杂物）一般是引起钢材质量缺陷的重要原因之一。由于夹杂物残留在钢中，成为导致产品缺陷的直接原因。由于结晶器内钢水偏流和保护渣卷入等异常操作引起水口堵塞等，这成为间接产生缺陷的原因。根据钢材用途，对钢材的质量特性要求也不同，所以其夹杂物尺寸、组成和数量也不同。根据用户的加工技术，其评价方法也有变化。本文首先介绍夹杂物来源和降低夹杂物含量的一般方法，其次介绍连铸过程中控制夹杂物行为的普遍方法，最后讨论利用电磁力降低夹杂物。降低夹杂物含量的方法降低夹杂物含量和实现夹杂物无害化的方法大致有：①降低夹杂物的数量及大小。例如，轴承钢、镀锡薄钢板、汽车用外板等铝脱氧钢，为保证二次精炼的处理时间，利用渣改质等彻底去除Al2O3系夹杂物和防止中间包的二次氧化。②通过夹杂物的组成和形态控制实现无害化。例如，钢帘线和阀簧材。氧化物系夹杂物的来源大致是：①投入脱氧剂时生成了脱氧物；②与渣发生反应，空气氧化生成的二次氧化物；③钢包、中间包和结晶器保护渣卷入等引入的外来夹杂物。铸坯纯净度需要考虑表层和内部纯净度，正常部位和非正常部位以及铸坯厚度方向和拉坯方向。考虑这些因素的基础上，还要兼顾产品质量和生产率。铸坯纯净化技术2.1二次氧化行为笹井等人通过实机中间包开始浇铸第一包的成分变化和空气引起的钢水二次氧化模型，将钢水的二次氧化量分为注入初期和正常期。主要影响因素为：（a）空气引起的中间包注入点的空气氧化；（b）空气引起的表面钢水氧化；（c）钢包堵塞物引起的钢水氧化；（d）中间包熔剂引起的钢水氧化（见图1）。研究结果明确了注入初期空气引起的中间包注入点的二次氧化（a）与稳定浇铸期空气引起的钢水氧化和中间包熔剂引起的钢水氧化（（b）+（d））的程度基本一致。虽然研究人员采集数据的位置和评价方法不同，但是注入初期空气引起的钢水氧化、更换钢包时钢包渣引起的钢水氧化、正常浇铸期钢包渣和中间包熔剂以及空气是二次氧化的主要因素。

丸牝宅盘下7U¥i-Si<Xf丸牝宅盘下7U¥i-Si<Xf包我盖刪逬图1不同二次氧化因素引起的中间包钢液二次氧化量夹杂物在接缝处的行为经过调查和分析，已经明确了导致中间包内钢水纯净度恶化的主要因素。在实际浇铸操作中，钢液经过浸入式水口到结晶器，考虑到夹杂物粘附到浸入式水口上，结晶器铸流内的夹杂物聚集、合并和上浮的可能性，因此确认夹杂物的行为如何影响铸坯纯净度很重要。本文采用残渣法评价了立弯式连铸机铸坯的纯净度。从表1所示的浇铸条件下的铸坯上，在拉坯方向取试样。图2是在钢包交换部位的非稳定区内，在不同影响因素下中间包内钢水的夹杂物指数。通过夹杂物的组成分析及热力学计算，明确了钢包渣流出、中间包渣卷入引起的氧化铝团簇粗大化（见图3）。结果与定性研究结果的趋势基本一致。由以上结果可见，同一个钢种在连铸过程中，为了提高在接缝处的非正常部位的铸坯纯净度，防止钢包渣流入中间包、中间包注流冲击区的卷渣和空气氧化非常重要。表1浇铸条件浇铸速度，m/min1.2板坯宽度，m1.12-1.16板坯厚度，m0.24中间包容量，kg40x103•A -1" •A -1" U LU 20 划血4:'ll2uo0uo细血-4:-''越I图2不同影响因素下中间包内钢水的夹杂物指数图3浇铸长度方向夹杂物指数（氧化铝团簇）的变化⑼ Ij图3浇铸长度方向夹杂物指数（氧化铝团簇）的变化⑼ Ij如―站卜in陆歪54—I虫11±蹈11防止钢水二次氧化的措施1） 防止空气吸入：中间包保持密闭并用Ar气密封，钢液上表面用保护渣覆盖;2） 防止钢包渣流入中间包，及控制渣成分（低（FeO+MnO）+高CaO/SiO2）；3） 维持中间包熔剂的高CaO/SiO2，且低SiO2含量；4） 确保更换钢包时的中间包内钢液量；5） 避免钢包堵塞物。基于以上理念，还改进了连铸的操作条件和中间包形状，显著提高了连铸坯的质量但是，非正常部位的纯净度波动比正常部位大，从产品质量要求逐年严格化的趋势来看需要开发能提高包括非正常部位铸坯质量的技术。采用电磁力控制夹杂物的行为2.4.1电磁技术新日铁的连铸工序采用涡流传感器、渣流出检测等检测技术，以及中间包加热和结晶器内流动控制等实用技术的同时，还在软接触电磁连铸和等离子表面处理等更高功能的技术开发中运用了各种电磁技术。以下将介绍通过控制结晶器内的流动来减少连铸坯夹杂物的技术。2.4.2结晶器内电磁搅拌关于板坯连铸，在浇铸镇静钢时，引入了线性电动机式电磁搅拌器（EMS）,目的是通过控制流动抑制CO管状气泡的生成。通过抑制铸坯表层的气泡和夹杂物，从而提高了板坯表面质量（见图4）。在引入电磁搅拌技术后，继续进行了提高搅拌均匀性的技术开发。电磁搅拌是以弯月面处为中心进行旋转搅拌，尽量减少与铸流的相互干扰。在电磁场中，因为是交流移动磁场，控制参数有尺寸、频率、电极数、相位和波形等。新日铁开发了使用有限元法的电磁场解析技术。忽略由于流场和磁场相互作用发生的感应磁场的影响，将由电磁场解析求出的洛伦兹力代入纳维尔-斯托克斯方程式的外力项进行流动解析。此外，还需要考虑自由界面行为。2.4.3结晶器内电磁制动为控制结晶器内钢液流动，采用电磁制动可以追溯到80年代初期。在电磁制动技术的历史中，最初使用的是后来称为第一代的局部电磁场。为了提高制动效率，过渡到称为第二代的均匀电磁场（LMF）。新日铁的结晶器磁场强度，中心最大值约0.3T。通过降低结晶器内拉速，降低了铸坯内部的夹杂物和气泡缺陷，可以缩短不同钢种在混浇时的混合长度，有助于提高拉速。流场和电磁场相互作用产生感应电流，感应电流与磁场相互作用产生制动力。熔融金属是电的导体，所以产生的感应电流形成一个回路。由于熔剂成为了近似绝缘的边界，结晶器内的电流基本封闭在用凝固壳包裹的钢水熔池内。关于电磁制动的控制参数，在结晶器内主要是电磁力和惯性力之比，可以用下面定义的无因次的相互作用系数表达。将电导率设为O，磁通密度设为B,流速设为u,代表长度设为L时，用OB2u/L表示电磁力，如果钢水密度为p，用p(u/L)2表示惯性力，电磁力和惯性力之比为OB2L/(p*u)，这就是相互作用系数。图5为相互作用系数与夹杂物数量的关系。如图所示，若从铸坯的夹杂物数量看，将各种尺寸、速度和磁场条件汇总进行分析研究，电磁制动对钢液流动的控制及对夹杂物质量的影响是一种复杂的现象，但可以看出这些现象是受电磁制动的基本参数控制的，这对于夹杂物控制有很大意义。a虫乳連酹肌oa虫乳連酹肌o血書式連轉机'll I 1U