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净化中间包内的钢水

1.前言

近年来对薄板及表面处理钢板的质量要求日趋严格,进一步要求减少非金属类夹杂的存在。特别是从提高产品质量和防止水口堵塞两方面来看.净化中间包内的钢水尤为重要。中间包除分配钢水的功能而外,还有一个作用,就是使浇包内的夹杂在中间包内上浮并分离 出来,从而达到净化钢水的目的。但在实际应用中,这种作用还受到一些因素的影响.例如,连铸时会发生卷渣或钢水的二次氧化等污染,因此,要想稳定地生产出高洁净度的铸坯,除最大限度地发挥中间包的净化作用而外,还必须排除上述有碍钢水净化的因素。

本文是关于八幡制铁所第3制钢厂1号连铸机 (二流60吨中间包)进行中间包内钢水净化及污染机理定理分析的结果及各种净化技术。

2 . 中间包内夹杂情况

2 . 1 试验方法

试验标准如表1所示

表1实验条件

试验采用3包低碳Ae—K钢,第一包的条件是不使对钢水洁净度有影响的浇包滑动水 口塞物(以下称包塞物)及浇包渣等流入中间包内。在中间包内长水口的位置。(以下称中间包流入部)以及中间包内浸入式水口的位置 (以下称中间包的流出部)取钢水试样,置于钢水显微镜下测出夹杂的个数 (以下称镜检)。镜检内容是指、按形状(链状、块状、球状)、粒径对 10μm以上的夹杂进行测定并用电子探针显微分析仪测出其成分。

2 . 2 调查结果

2 . 2 . 1 中间包内钢水夹杂的组成

经过电子探针显微分析仪检测,发现链状和块状夹杂组成为Al2O3;球状夹杂除极少的 Al2O3外,大多是Ca Al2O3体系。中间包流出部及流入部的球状夹杂组成如图1所示,由图中可见,球状夹杂是混入中间包内的浇包渣。以下我们称链状和块状夹杂为Al2O3系夹杂;称球状杂质为渣系夹杂。

 图1中间包流入及流出部

另外,根据图1我们还可看出,流入部和流出部的夹杂组成变化很小。当流出部的mgo升高,中间包的耐火物就会出现溶损。不过这种熔损的增加量是非常小,只有4%,对这种 熔损量可不考虑。

2.2.2 中间包内夹杂质个数的迁移:

图 2表示Al2O3系及渣系夹杂从第1包到第3包的个数迁移情况。中间包流入部的Al2O3系和渣系夹杂的个数,随着包数的增加而增加。而且 ,随着中间包内这种个数的迁移,渣系夹杂在流入部和流出部的迁移情况基本相同,流出部比流入部略少。由此可见,流入中间包内的部分渣系夹杂可上浮并除掉。另一方面,渣 、浇包塞物或钢水的二次氧化也会造成 Al2O3系夹杂在中间包内的增加。

图2中间包内杂质个数的迁移

2 . 3 考察

为了弄清使中间包内的钢水洁净度恶化的原因,我们引用了公式(1)所示的表示中间包 内流出部钢水洁净度的理论概念。在分析中,我们将镜检得出的10μm以上夹杂的个数换算成钢水中夹杂物的浓度,作为洁净度的指标,再按一下顺序定量明确中间包内污染因素的影响量。

公式(1)

中间包流出部钢水洁净度=中间包流出部钢水理论洁净度+中间包内污染量=∑ (中间包流入部的每一尺寸夹杂的面积率X 每一尺寸夹杂在中间包内的残留率)+中间包内污染量

2.3.1 每一尺寸夹杂的残留率

根据图2所示的渣系夹杂在中间包内流入部和流出部的个数变化,求得每一尺寸夹杂的上浮率,结果如图3所示,夹杂的颗粒越大 ,上浮率越高。超过200μm以上的夹杂,在中间包内几乎可完全上浮并分离。

图3每一尺寸夹杂的上浮率

2 . 3 . 2 中间包内钢水污染因素的定量化

中间包流出部的理论钢水洁净度与实测钢水洁净度的比较如图 4所示。这一理论洁净度与实测洁净度之差,就意味着从中间包流入部到流出部之间的钢水污染量 。而且包内理论钢水洁净度的变化峰值,就意味着中间包流入部钢水的污染。

图4中间包污染的实验分析 

a.二次氧化

根据图4求出的中间包流出部的钢水理论洁净压与实测洁净度之差如图 5所示。从中间包流入部到流出部之间钢水污染的主要原因有:(1)二次氧化、(2)混入中间包内的渣与 钢水反应、(3)中间包耐火物的熔损。如上述图1所示,第(2)、(3)条原因影响很小,所以,从中间包流入部到中间包流出部之间的主要污染原因,是钢水的二次氧化。该二次氧化量在包内有一定的迁移,从第1包开始浇铸及在各包之间更换浇包时,会增加污染量。其影响甚至可持续到浇铸时间的2/3。

b.浇包渣 、浇包塞物造成的污染

图6只将图4的中间包流出部理论钢水洁净度标示出来。第1包控制了浇包渣和浇包塞物的流入,因而污染量较小,其它包内的污染量基本按一定标准递增。另外,第2包从开始的1/3的时间开始污染量增加,是流入中间包的浇包塞物 (98%SiO2)所造成的。接下来污染量减少一段时间以后,装料末期浇包渣流入造成污染量增加。尤其是第3包 ,由于渣在 中间包内积存,污染量要比第2包大得多,污染量的递增也几乎与第2包相同。

图5图6中间包内二次氧化

综上所述,要想使中间包内的钢洁净,至关重要的是从防止钢水的二次氧化消除浇包塞 物的有害性以及减少渣的流出量三个方面开展工作。

3 . 中间包内钢水净化技术

3 . 1 防止防水二次氧化的技术:

为了防止钢水的二次氧化,以往总是采用更换中间包内的气体来解决,但由于完全密 封难度较大,加之高温使中间包外壳变形,所以至今尚未能完全防止二次氧化。因此,我们研究出一种新的技术,就是以熔点较低的熔融性保温材料覆盖钢水的表面。

3 . 1 . 1 实验室试验结果

实验室试验,是在100kg的大气溶解炉中,往钢水表面添加保温材料 ,待其融化后 ,每 2分钟取钢水试样.分析“N”成分。实验所采用的熔融系保温材料采用不含SiO2。Al2O3一CaO系,与非熔融系的MgO系保温材料比较。图7中△[N]表示递增。采用非熔融系保温材料时,[N]增加,出现 二次氧化;与此相反,采用熔融系保温材料时不见 [N]增加,因而具有防止二次氧化的功效。

图7二中中间仓覆盖剂锅水试样对比

3 . 1 . 2 实机实验结果:

实机实验是将铝镇静钢分3包/浇铸,在中间包中央的上堰间和上堰外侧的第一流侧 添加熔融系保温材料,在第二流侧添加非熔融系保温剂,然后在同一时间分别取出流入部和 流出部的钢水试样,对保温材料进行判断 ,△[N] 代表的非熔融保温材料为2.1 ppm:与 此相反,熔融保温材为0.3ppm.具有预防二次氧化的效果。特别是图8中显示的钢水中T[O]浓度变化,△T[0]的溶融保温材料只有0.6ppm,而非溶融保温材却高达5.9ppm。通过使用熔融保温材料,我们确定了它能降低中间包中夹杂物的生成量。

图8锅水中浓度变化

3 . 2 浇包填充物的无害化技术:

为了防止浇包填充物流入生成夹杂,我们将填充物分为上下两层,研制出减少SiO2含量的填充物。

3 . 2 . 1 实验室试验结果:

实验室试验主要从填充物本身要求的烧结性这一点发,探讨取代SiO2的材质,但因没有找到有效的材质,所以,进而考虑到将填充物分为两层。上层仍采用SiO2,就下层的组成,我们又进行了以下探讨.即下层必须具有以下特点:

1、难烧结性,以提高开浇率

2、在冷时和倒入钢水时出现较大的温差下具有低膨胀性。

3、上下层之间不能生成反应层。

实验对烧结性、热膨胀率以及上下层间反应层的厚度进行了探讨。 判断结果如表2。从而了解到填充物的下层材质可采用Al2O3、尖晶石。

表2双层水口填充器的实验结果

3 . 2.2实机试验结果:

实机试验中采用Al2O3质填充物为下层材质。夹杂调查结果如图 9所示。改用上述材质既保持了浇包以往的开口性,又防止了更换浇包时Al2O3夹杂的生成。

图9夹杂物数量的改善结果

3 . 3 防止浇包渣流出技术

对于浇包流出的渣,过去都是靠操作员肉眼断进行作业,所以平均约有70 kg/ch的渣流入中间包。与此相反,由于应用了电磁式渣检测器,人工判断浇铸完毕平均早3.7秒,所以,提高了钢水的洁净度。其效果如图10。

图10渣检器的清洁效果

4 . 结论

为了净化中间包内的钢水。我们对钢水污染因素进行了定量分析、应用了防止钢水二 次氧化、填充物的无害化技术以及浇包渣流出检测新技术,并证实了各项技术的优良效果。

目前我们正努力使这些技术设备化,以便今后更好地净化钢水。