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铝业技术铝脱氧钢板坯连铸水口堵塞成因及解

发布时间:2019-04-11 07:08:57

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连铸中间包水口堵塞一直是困扰炼钢厂的一个难题,对于它的研究已经开展了30多年,然而该课题仍没有很好地解决。堵塞是由钢水中的固态微小夹杂物(尤其是Al2O3、TiO2和CaS)沉积引起。浇铸时,Al2O3等非金属夹杂在浸入式水口壁上逐渐形成,周期性地剥落带入结晶器,使铸坯中有害的大型夹杂物增加。此外,水口堵塞导致浇铸提前结束,以致连浇炉数减少和降低连铸机的生产率。尽管通过向塞棒、中间包水口和套管吹氩可以减少堵塞,但分散的非金属夹杂和弯月面处的扰动仍会增加连铸板坯的大型夹杂物的数量,因此影响产品的表面质量。

京唐公司在生产过程中发现连铸水口堵塞与品种、工艺有关,低碳、超低钢比其他品种易出现堵塞现象;LF炉工艺发生水口堵塞现象后棒位上涨迅速,CAS、RH工艺发生水口堵塞现象后棒位上涨相对缓慢。京唐公司技术人员对连铸水口堵塞原因进行分析,对其堵塞机理有了一定的认识,并提出了改善措施。

水口堵塞物的特征

通过大量收集典型易堵品种连铸水口的堵塞图片,对水口堵塞物、钢水中非金属夹杂物的成分以及组成进行分析,以便弄清水口堵塞物的来源。

水口侵蚀只是造成水口堵塞的一个必要条件。观察大量的废弃水口氧乐果
,都有不同程度的侵蚀,但其中一部分水口的粘附层很薄,甚至没有粘附层。这说明即使水口发生侵蚀,但只要钢水中氧化夹杂物,特别是氧化铝夹杂少,水口堵塞几率就能大大降低。因此,尽量降低钢水氧化性夹杂,并做好防止钢水二次氧化工作,是降低水口结瘤率的关键。堵塞的水口由基体、中间反应层、表面沉积层三部分组成。

低碳、超低钢比其他品种易出现堵塞现象,钢水中硅含量、碳含量越低越易出现堵塞现象,钢水中钛含量越高越易出现堵塞现象。低碳和超低钢水口堵塞的不同是超低钢水口堵塞含有一定量的钢。

对典型的堵塞水口堵塞物进行分析,低碳钢LF工艺造成的堵塞物其主要是由高熔点氧化物组成,大多数是Al2O3,其中混有MgOAl2O3(尖晶石),CaOAl2O3系矿相及少量硅酸盐。低碳钢CAS、RH工艺造成的堵塞物其主要是由高熔点Al2O3组成。含Ti超低碳钢水口堵塞物主要由Al2O3及其外部包裹着一定量的TiO2组成,并含有一定量的钢。

水口堵塞形成的原理

堵塞的水口由基体、中间反应层、表面沉积层三部分组成,目前许多研究普遍认为水口堵塞形成的原因主要有以下四方面:

钢中存在的氧化物向水口壁的传输:水口堵塞重要的原因是钢水中的固态夹杂物在水口壁上的沉积;固态夹杂物来源较多,如炼钢及精炼过程中的脱氧产物、二次氧化产物、卷渣、化学反应形成的固态夹杂物等。

水口接缝处的吸气:水模型实验和数值计算表明钢水流经滑动水口或塞棒后产生较大的负压,极易造成空气吸入;如空气进入水口,氧气将和Al反应生成氧化铝夹杂;吸入的氧在水口壁产生表面张力,这种张力在水口壁上对钢中夹杂物颗粒产生一种不可思议的吸附作用;Rackers计算得出:即使是导致增氮0.3ppm的较小氧气吸入量产生的表面张力可以使一个10m的颗粒以0.9m/s的速度向水口壁运动,这可能是在湍流程度较低的区域产生水口堵塞的主要机理。

水口耐火材料和钢水之间的反应:某些区域的堵塞从形貌上看是一层均匀的薄层,而不是颗粒的状烧结物,这种堵塞产生的原因是由于钢中的Al和耐火材料中的氧反应造成的;

SiO2(s)+C=SiO(g)+CO

3SiO(g)+2(Al)=Al2O3(s)+3(Si)

3CO(g)+2(Al)=Al2O3(s)+3(C)

控制耐火材料的成分或在水口内壁覆以各种材料,如纯铝质材料等可以避免产生此类堵塞。钢水含硅量高快速卷帘门厂家
,可以阻止反应的进行。反之,水口堵塞几率就会加大,生产低硅钢SPHC容易水口结瘤就证明这一点。

钢水在水口壁上的凝固:虽然通过水口耐火材料的热损失很少,在开浇初期如果水口预热不好,钢水就会在水口壁凝固;在钢水过热度很小的情况下更有可能发生。

水口堵塞的主要影响因素

随着FeO+MnO含量的升高水口堵塞率升高,LF工艺顶渣FeO+MnO含量1%时水口堵塞率较低,CAS、RH工艺顶渣FeO+MnO含量在510%水口堵塞率较低。

钙处理效果对水口堵塞的影响。由于铝镇静钢经LF精炼处理后钢中S较低,这里不考虑S对Ca收得率的影响。经过钙处理,确保钢中形成低熔点化合物C12A7,减少连铸水口堵塞。实践表明,控制喂入钙在Ca/AlS=0.060.09时水口堵塞现象大幅度降低。

软吹时间大于8min,纯循环时间大于6min水口堵塞率明显降低。这是因为夹杂物上浮需要一定的时间。

调铝后延缓调钛时间与水口堵塞率降低,这是因为含Ti超低碳钢的生产工艺为在RH脱碳结束后向钢水中加入铝来脱除过剩的溶解氧,铝与钢中的氧反应形成Al2O3夹杂物与钢水不润湿,易在钢水中碰撞簇集形成大颗粒夹杂物,从钢水中上浮排除,随后进行Ti合金化,Ti与钢中的过剩氧结合形成TiO2,其以Al2O3为核心,形成TiO2Al2O3复合夹杂物。而且随着钢水中Ti含量的增加,TiO2Al2O3数量增加。由于TiO2处于Al2O3夹杂物的外层,增加了Al2O3夹杂物与钢水的润湿作用,使Al2O3夹杂物碰撞絮集并从钢水中上浮的能力减弱,从而使钢水中夹杂物的尺寸降低,数量增加。TiO2Al2O3复合夹杂物数量的增加加剧了其在浸入式水口内壁粘结的机率。延缓调钛时间,钢中Al2O3夹杂物减少,形成TiO2Al2O3复合夹杂物减少。

钢水纯净度对水口堵塞率有较大的影响,降低水口堵塞率,首先要提高钢水纯净度,要求ALS/ALT0.90%。

水口形状对水口堵塞的影响。必须避免水口几何形状的突变,确保形成层流,减少紊流。水口内表面的粗糙度大于0.3mm,可以完全破坏涡流边界层的粘滞部分,粘滞层的保护作用消失。所以水口耐火材料的工作面必须尽可能地光滑,并在浇铸过程中,不能破坏钢液的连续性。经过实践发现圆形水口比方形或跑道形不易堵塞,同时水口内壁制作工艺不标准易堵塞。

其它参数对水口堵塞的影响。通过实践,发现RH升温吹氧量,下渣检测自动连锁灵敏度,转台镇静,中间包钢水增氮量,塞棒、上水口和板间背压等,对降低水口堵塞率也都有显著影响,水口堵塞是各种因素综合作用产生的喷砂机

降低水口堵塞的措施

转炉炼钢:降低终点O含量(C控制、底吹强度、终点命中);钢包残渣清理;出钢严格挡渣,采用滑板挡渣;钢包渣改质。

炉外精炼:防止中后期加铝调整Al,LF炉渣控制(碱度≧5,Al2O3:2530%,FeO+MnO含量1%),CAS、RH工艺顶渣FeO+MnO含量在510%;软吹时间大于8min,纯循环时间大于6min,钙处理效果钙在Ca/AlS=0.060.09;超低碳钢RH加铝循环5min后加钛,RH升温吹氧量100m3。

连铸:下渣检测自动连锁灵敏度10%,转台镇静大于10min,中间包钢水增氮量3ppm,塞棒、上水口和板间背压0.2bar,控制合理的吹氩流量,将跑道形水口改为圆形,水口保温。

通过改进后,因水口堵塞造成的断浇次数由67次/月降低到目前的1次/月;单支浸入式水口的使用寿命由原来的平均120min延长到230min;夹杂物缺陷发生率由原来的0.9%降低到目前的0.3%。

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