浇注过程钢水二次氧化与水口堵塞-.ppt

浇注过程钢水二次氧化与水口堵塞 目目 录录v1.前言前言v2.炼钢过程钢水氧含量控制炼钢过程钢水氧含量控制v3.浇注过程钢水二次氧化现象浇注过程钢水二次氧化现象v4.浇注过程水口堵塞现象浇注过程水口堵塞现象v5.结语结语21.前言前言v钢中氧钢洁净度的度量钢中氧钢洁净度的度量v钢中的总氧钢中的总氧TOO溶溶+O夹杂夹杂 v钢中钢中TO越低，钢越越低，钢越“干净干净”3产品分类钢种代表规格产品材质特性要求清洁度要求薄板DI罐低碳铝镇静钢0.20.3mmt飞边裂纹TO20ppm,D20m深冲钢超低碳铝镇静钢0.20.6mmt超深冲，非时效性表面线状缺陷C20ppm,N20ppm TO20ppm,D100m荫罩钢低碳铝镇静钢0.10.2mmt防止图像侵蚀D100m,低硫化导架结构材13%Cr0.150.25mmt打眼加工时的裂纹D100m42NiD5m，N50ppm中厚板管线钢X5270级低合金钢1040mmt氢引起的裂纹夹杂物形态控制低硫化，S10ppm低温用钢9%Ni1040mmt低温脆化P0.003%,S0.001%抗层状撕裂钢结构高强钢1040mmt层状撕裂低磷化、低硫化无缝管座圈材轴承钢50300mm转动疲劳寿命TO10ppm,Ti20ppm净化管不锈钢10 mm电解浸蚀时表面光洁度TO20ppm,N50ppm D5m棒材轴承轴承钢3065 mm转动疲劳特性TO10ppm,Ti15ppmD15m渗碳钢SCM432、420疲劳特性、加工性TO15ppm，P0.005%线材轮胎钢丝SWRH72、82B0.10.4 mm冷拔断裂非塑性夹杂D20m弹簧钢SWRSSi-Cr钢1.610 mm0.10.15 mm疲劳特性、残余应变性非塑性夹杂D20m典型纯净钢对洁净度的要求典型纯净钢对洁净度的要求42.炼钢过程氧含量控制炼钢过程氧含量控制vTOO溶溶O夹杂夹杂v出钢时：出钢时：O夹杂夹杂0，TOO溶；溶；v生产统计表明，终点生产统计表明，终点O溶（溶（aO）决定）决定于：于：v(1)终点终点Cv(2)终点温度；终点温度；v(3)终渣终渣(FeO)含量含量 5(1)终点终点C含量影响含量影响v区：区：O溶波动在溶波动在C-O平衡曲线附近平衡曲线附近v (C0.04%，O=600900ppm)CO=0.0027 炉龄炉龄2500炉炉v 区：区：O溶远离溶远离C-O平衡曲线平衡曲线v (C2500炉炉6(2)终点温度影响终点温度影响v当终点当终点C=0.0250.04%时，随着温度的升高，终点时，随着温度的升高，终点O溶呈上升趋势溶呈上升趋势v当当T1680时，终点时，终点O溶明显增加溶明显增加 7(3)终渣终渣(FeO)含量含量v终点终点C越低越低(或后吹或后吹)，吹入，吹入氧主要用来生成氧化铁，使氧主要用来生成氧化铁，使渣中渣中(FeO)大增，同时增加大增，同时增加了终点了终点O溶。溶。8 在铁水成分和吹炼制度一定的条在铁水成分和吹炼制度一定的条件下，要降低转炉终点件下，要降低转炉终点O溶，必须准确溶，必须准确控制终点钢水碳和温度：控制终点钢水碳和温度：(1)控制控制C终不要终不要0.035%；(2)控制终点温度在控制终点温度在16401680；(3)渣中渣中(FeOMnO)在在1418%；(4)动态控制，提高转炉终点碳和温度动态控制，提高转炉终点碳和温度的命中率，杜绝后吹；的命中率，杜绝后吹；(5)强化复吹效果强化复吹效果(尤其是对低碳钢尤其是对低碳钢)。C终终0.020.05%顶吹终点顶吹终点O溶溶700ppm900ppm C终终0.020.05%复吹终点复吹终点O溶溶250ppm600ppm9v应该指出，转炉终点应该指出，转炉终点O溶高，溶高，RH脱碳结束后，脱碳结束后，O溶也高溶也高v BOF-RH-CC工艺生产超低碳钢比较如下：工艺生产超低碳钢比较如下：v C初始初始/%O初始初始/ppm C目标目标/ppm O目标目标/ppmv国外某厂国外某厂 0.020.04 400500 2015 150250v国内某厂国内某厂 0.020.04 700900 3010 400600 对生产低碳、超低对生产低碳、超低碳钢用于深冲用途的薄碳钢用于深冲用途的薄板，应强调复吹效果降板，应强调复吹效果降低终点低终点O，保证产品质，保证产品质量。而不是强调溅渣护量。而不是强调溅渣护炉，提高炉龄。炉，提高炉龄。103.浇注过程中钢水的二次氧化现象浇注过程中钢水的二次氧化现象3.1 二次氧化的定义二次氧化的定义二次氧化：广义来说，二次氧化是指钢水中二次氧化：广义来说，二次氧化是指钢水中的合金元素与空气中的氧、炉渣、耐火材料中的合金元素与空气中的氧、炉渣、耐火材料中的氧化物发生化学反应，生成新的氧化物相而的氧化物发生化学反应，生成新的氧化物相而污染钢水。污染钢水。生产洁净钢，通过脱氧和精炼操作最大限度生产洁净钢，通过脱氧和精炼操作最大限度去除脱氧夹杂物外，更重要的是防止在浇注过去除脱氧夹杂物外，更重要的是防止在浇注过程中二次氧化所产生的外来的大颗粒夹杂物。程中二次氧化所产生的外来的大颗粒夹杂物。从提高钢洁净度上讲，提高产品质量就是减少从提高钢洁净度上讲，提高产品质量就是减少大颗粒夹杂物而努力大颗粒夹杂物而努力 11项目项目脱氧产物脱氧产物二次氧化产物二次氧化产物1来源来源 内生夹杂物内生夹杂物 外来夹杂物外来夹杂物2平衡氧源平衡氧源 元素元素-溶解溶解O夹杂物平衡。夹杂物平衡。如如Al-K钢，钢，Als0.05%,相平相平衡氧衡氧O=23ppm O2-元素元素-夹杂物平衡。空气中夹杂物平衡。空气中的氧可源源不断供给钢水进行氧的氧可源源不断供给钢水进行氧化可把合金元素消耗殆尽。化可把合金元素消耗殆尽。3夹杂物尺夹杂物尺寸寸 细小，一般细小，一般30300m,，甚至几百微米，甚至几百微米4夹杂物组夹杂物组成成 组成单一，如组成单一，如Al-K钢，钢，Al2O3，Si-K钢钢MnOSiO2 组成复杂，是多种氧化物复合夹组成复杂，是多种氧化物复合夹杂物杂物5冷却速度冷却速度 冷却速度越快，生成夹杂物冷却速度越快，生成夹杂物越细小越细小 影响不大影响不大6钢中分布钢中分布 细小弥散分布细小弥散分布 偶然性分布偶然性分布7危害程度危害程度 较小较小 较大较大脱氧产物与二次氧化产物的比较脱氧产物与二次氧化产物的比较123.2浇注过程中的二次氧化源浇注过程中的二次氧化源v钢水钢水/空气空气v钢水钢水/炉渣、顶渣、中间包覆炉渣、顶渣、中间包覆盖剂盖剂v钢水钢水/耐火材料耐火材料v浇注过程中下渣、卷渣现象浇注过程中下渣、卷渣现象v浇注过程中不稳态浇注的二浇注过程中不稳态浇注的二次氧化次氧化13钢水钢水/空气的二次氧化空气的二次氧化v注流与空气接触吸注流与空气接触吸O2v注流卷入空气吸氧：注流卷入空气吸氧：v 从钢包水口流出到中间包路程中注流卷入空气的四种机从钢包水口流出到中间包路程中注流卷入空气的四种机理：理：v光滑层注流光滑层注流(层流层流)；v脉动注流脉动注流(层流层流紊流过渡区紊流过渡区)，表面锯齿状；，表面锯齿状；v紊流注流紊流注流(注流表面粗糙注流表面粗糙)；v注流变为液滴注流变为液滴(吸氧速率比光滑注流大吸氧速率比光滑注流大60倍倍)v 14v钢水裸露吸氧：钢水裸露吸氧：v 如中包表面积如中包表面积15m2，熔池深度，熔池深度0.7m，由注流冲击引起中包液，由注流冲击引起中包液面裸露面裸露1.15s就更新一次，则一分钟内更新就更新一次，则一分钟内更新52次，裸露于空气中钢水表次，裸露于空气中钢水表面积为面积为260m2，可见由液面更新造成的二次氧化是非常严重的。，可见由液面更新造成的二次氧化是非常严重的。v二次氧化模式二次氧化模式 v (1)硅镇静钢硅镇静钢(Als0.01%)硅镇静钢夹杂物形成示意图硅镇静钢夹杂物形成示意图 Al镇静钢夹杂物形成模式镇静钢夹杂物形成模式 15 钢包钢包中包，钢水经空气中吸中包，钢水经空气中吸O2后，表现为：后，表现为：钢水中酸溶铝钢水中酸溶铝Als降低，降低，Al-K钢钢Als=0.01%左右左右钢水钢水TO增加，夹杂物增加；增加，夹杂物增加；钢水中钢水中N增加。增加。式中：氧气吸收速率常数，为式中：氧气吸收速率常数，为0.256610-5cm/spa；氮气吸收速率常数，为氮气吸收速率常数，为1.010-2cm/spa；钢液饱和氮含量，钢液饱和氮含量，ppm，为，为440ppm；钢包中钢包中N含量，含量，ppm；铸坯中铸坯中N含量，含量，ppm；钢液密度，取钢液密度，取7.0kg/cm3;气体分子量，为气体分子量，为32；气体中氧的分压，气体中氧的分压，0.21atm。16v以某厂生产以某厂生产IF钢钢 为例，采用长水口保护浇注各工序的吸氮来计算为例，采用长水口保护浇注各工序的吸氮来计算O；v钢包钢包中间包钢水吸中间包钢水吸N增加，钢水中增加，钢水中TO也是增加也是增加(左下图左下图)，说明二次氧，说明二次氧化使夹杂物增多。化使夹杂物增多。N/ppmN/ppmO/ppmRH处理前13.75-RH处理后151.253.56中间包16.751.755.01铸坯214.2511.1017保护浇注保护浇注v仅用长水口：仅用长水口：N=1117ppmv长水口长水口+Ar封封：N0(零吸氮零吸氮)v 钢包钢包中间包保护效果好坏主要集中在钢包中间包保护效果好坏主要集中在钢包下水口与长水口连接上，利用密封垫圈和下水口与长水口连接上，利用密封垫圈和Ar封来防封来防止空气渗入。止空气渗入。v 中包中包结晶器结晶器 N1ppm(0.5ppm)v 中间包中间包结晶器的注流保护不好发生二次氧结晶器的注流保护不好发生二次氧化形成夹杂物，很难上浮而留在铸坯中，同时也会化形成夹杂物，很难上浮而留在铸坯中，同时也会造成水口结瘤。同样造成水口结瘤。同样SEN的连接的连接+Ar封也是非常重封也是非常重要的。要的。18钢水钢水/炉渣、顶渣、中间包覆盖剂二次氧化炉渣、顶渣、中间包覆盖剂二次氧化v渣中渣中(FeO+MnO)增加，板坯中增加，板坯中TO含量增加，冷轧板缺陷率增加含量增加，冷轧板缺陷率增加；v必须控制转炉出钢下渣量和成分：必须控制转炉出钢下渣量和成分：v (1)出钢挡渣：目标钢包渣层厚度出钢挡渣：目标钢包渣层厚度50mm，甚至，甚至20mm，2kg/t；v (2)渣稀释法：钢包加石灰、萤石、铝矾土造低熔点渣以降低渣中渣稀释法：钢包加石灰、萤石、铝矾土造低熔点渣以降低渣中v (FeO+MnO)含量；含量；v (3)渣还原处理：石灰渣还原处理：石灰+Al粉，合成渣粉，合成渣(CaO+Al2O3)+Al粉在出钢时加到粉在出钢时加到钢包钢包 v 渣面上，以脱去渣中渣面上，以脱去渣中FeO。v 2Al+3FeO(渣渣)=Al2O3(渣渣)+3Fe(1)转炉终点渣：转炉终点渣：19v LF炉要求脱硫，则顶渣加还原剂炉要求脱硫，则顶渣加还原剂(SiFe、Al粉、粉、CaC2等等)造高硫容量碱性还原渣，使造高硫容量碱性还原渣，使钢包顶渣中钢包顶渣中(FeO)1%，既要提高脱硫效率，既要提高脱硫效率，也要良好吸收夹杂物。也要良好吸收夹杂物。v RH处理时，出钢渣高氧化性，增加钢水处理时，出钢渣高氧化性，增加钢水TO量和冷轧板缺陷。量和冷轧板缺陷。v TFe+MnO/%冷轧板表面缺陷冷轧板表面缺陷/%v 46 1.07v 810 2.83v 1012 6.35v 所以出钢渣进行渣脱氧以防止钢包顶渣所以出钢渣进行渣脱氧以防止钢包顶渣二次氧化。钢二次氧化。钢-渣强烈搅拌，脱氧合金化后，渣强烈搅拌，脱氧合金化后，钢包顶渣中的钢包顶渣中的(SiO2)可被钢水中可被钢水中Als还原。还原。v (SiO2)+4/3Al=2/3(Al2O3)+Si (2)钢包顶渣钢包顶渣20v浇铝镇静钢浇铝镇静钢(Al-K钢钢)中间包覆盖剂中含有中间包覆盖剂中含有SiO2在钢在钢/渣界面发生渣界面发生Al+(SiO2)(Al2O3)+Si这一反应，可以测定浇注过程中钢水中这一反应，可以测定浇注过程中钢水中Si变化来判断转移到钢水中变化来判断转移到钢水中O含量。含量。v如果精炼后钢水中如果精炼后钢水中TO为为30ppm，浇入中包后由于渣中，浇入中包后由于渣中(SiO2)与与Al的还原反应，使钢水中的还原反应，使钢水中TO增加一倍多。因此渣中增加一倍多。因此渣中(SiO2)是有效的是有效的氧源，渣中氧源，渣中(SiO2)含量应尽可能低，中包渣应采用碱性覆盖剂。含量应尽可能低，中包渣应采用碱性覆盖剂。(3)钢包壁挂渣：钢包壁会粘附高氧化性渣子，它是氧的存储器。钢包壁挂渣：钢包壁会粘附高氧化性渣子，它是氧的存储器。(4)中间包渣中间包渣/覆盖剂覆盖剂21v酸性渣比碱性渣钢水中酸性渣比碱性渣钢水中Al损失损失50ppm，说明渣，说明渣中中(SiO2)氧化氧化Al之故。之故。CaO/%SiO2/%Al2O3/%MgO/%TO/ppm4052418213657515415925103.530中包覆盖渣中中包覆盖渣中(SiO2)对对TO影响影响 22钢水钢水/耐材耐材v试验指出：对铝镇静钢，包衬材质对钢水中试验指出：对铝镇静钢，包衬材质对钢水中TO影响：影响：v 材质材质 CaO质质 MgO-CaO 高高Al2O3 ZrO2-SiO2v TO/ppm 5-8 5-8 5-10 5-15v对对BOF-RHBloom工艺生产轴承钢研究指出：中间包衬使用：工艺生产轴承钢研究指出：中间包衬使用：v 碱性白云石碱性白云石 钢水钢水TO7-8ppmv MgO涂料涂料 钢水钢水TO7-9ppmv 高高Al2O3MgO涂料涂料 钢水钢水TO6-9ppmv包衬材料中含有包衬材料中含有SiO2被钢水中被钢水中Al还原生成还原生成Al2O3，使钢洁净，使钢洁净度降低，故要求度降低，故要求SiO20.65%就存在上述反应发生。因此浇注高就存在上述反应发生。因此浇注高Mn和含和含Al的钢时，必须使用铝碳质水口，以抵抗的钢时，必须使用铝碳质水口，以抵抗Mn、Al的化的化学侵蚀。学侵蚀。v但铝碳质水口在浇注含但铝碳质水口在浇注含Al、Ti钢时易发生钢时易发生Al2O3、TiO2堵水堵水口及长时间浇注渣线部位的口及长时间浇注渣线部位的“颈缩现象颈缩现象”，因此渣线部位采，因此渣线部位采用铝锆碳质。用铝锆碳质。(2)浸入式水口浸入式水口24浇注过程中的下渣、卷渣浇注过程中的下渣、卷渣v浇注过程中钢包渣、中包渣、浇注过程中钢包渣、中包渣、结晶器渣会以渣滴形式卷入结晶器渣会以渣滴形式卷入钢水中，卷入渣滴氧势高钢水中，卷入渣滴氧势高(FeO、MnO、SiO2)。一。一方面与钢水中合金元素发生方面与钢水中合金元素发生二次氧化生成夹杂物；另外二次氧化生成夹杂物；另外渣滴也会在钢中生成大颗粒渣滴也会在钢中生成大颗粒夹杂物。夹杂物。v在某厂在某厂BOF-LF-CC生产流生产流程中，为了跟踪铸坯中夹杂程中，为了跟踪铸坯中夹杂物来源，进行了示踪试验。物来源，进行了示踪试验。见右图。见右图。25v铸坯中统计铸坯中统计100个夹杂物，个夹杂物，70%夹杂物含有示踪元素，夹杂物示踪元素平夹杂物含有示踪元素，夹杂物示踪元素平均含量：均含量：CeO2：0.14%SrO：0.156%v ZrO2：0.25%La2O3：0.41%v Na2O+K2O：1.64%。v粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献：粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献：v 外来夹杂物外来夹杂物(下渣下渣+卷渣卷渣)：41%v 二次氧化：二次氧化：39%v 脱氧产物：脱氧产物：20%v 由此可知钢包由此可知钢包中间包中间包结晶器过程中防止下渣、卷渣是生产洁净结晶器过程中防止下渣、卷渣是生产洁净钢非常重要的操作。钢非常重要的操作。结晶器渣中结晶器渣中Ce2O和和SrO含量变化含量变化263.2.5 浇注过程不稳态浇注的二次氧化现象浇注过程不稳态浇注的二次氧化现象v钢包水口自开率钢包水口自开率v钢包长水口操作钢包长水口操作v中间包开浇中间包开浇v连浇换钢包连浇换钢包v浇注尾坯浇注尾坯27v水口自开比烧氧打开钢水口自开比烧氧打开钢中中TO要低要低1015ppm，因此提高钢包水口自，因此提高钢包水口自开率是很重要的。开率是很重要的。(1)钢包水口自开率钢包水口自开率28v美国美国Weirton Steel试验指出：试验指出：v操作操作1：敞开浇注，板坯有：敞开浇注，板坯有15m过渡区过渡区的质量指数变坏，不能做镀锡板；的质量指数变坏，不能做镀锡板；v操作操作2：长水口距中包液面：长水口距中包液面46cm开浇后开浇后插入钢水中，板坯质量指数有改善；插入钢水中，板坯质量指数有改善；v操作操作3：长水口距中包钢液距离降为：长水口距中包钢液距离降为25cm开浇，质量指数比敞开浇注降低开浇，质量指数比敞开浇注降低了一半，但还不能用于了一半，但还不能用于DTR制罐生产线制罐生产线上。上。v操作操作4：钢包长水口浸入中包钢水面下：钢包长水口浸入中包钢水面下13cm开浇，开浇，DTR制罐线缺陷降低了制罐线缺陷降低了50%，但仍有问题。发现板坯过渡区主，但仍有问题。发现板坯过渡区主要是要是Al2O3、铝酸盐、铝酸盐(CaOAl2O3)夹杂夹杂和细小渣粒。和细小渣粒。v操作操作5：长水口浸入钢液并在长水口头：长水口浸入钢液并在长水口头部安装一个锥形破渣器开浇，阻止了中部安装一个锥形破渣器开浇，阻止了中间包渣粘附长水口上，板坯过渡区缩短间包渣粘附长水口上，板坯过渡区缩短了一半，了一半，DTR生产线上质量指数达到生产线上质量指数达到80%以上，满足镀锡板要求。以上，满足镀锡板要求。（2）钢包长水口操作）钢包长水口操作29(3)中间包开浇中间包开浇厂名厂名板坯尺寸板坯尺寸/mm钢种钢种N/ppm头坯头坯/正常坯正常坯TO/ppm头坯头坯/正常坯正常坯MA/mg(10kg)-1头坯头坯/正常坯正常坯MI头坯头坯/正常坯正常坯甲甲2301300IF51.5/2166.8/26.25.0/1.7173.8/24.6(ppm)乙乙701350SPHD61/4870/3432/3.8012.9/8.2(个个/mm2)丙丙2501050硅钢硅钢63/52-23/1.07-丁丁15015045#87.7/64.346.9/32.825/1016.7/8.2(个个/mm2)开浇连铸头坯夹杂物检验结果开浇连铸头坯夹杂物检验结果(平均值平均值)30头坯中头坯中N、TO、MA、MI均比稳态浇注时高的多。均比稳态浇注时高的多。为了提高头坯的洁净度，采用中间包密封充为了提高头坯的洁净度，采用中间包密封充Ar操作。操作。试验指出，开浇时中包充试验指出，开浇时中包充Ar，二次氧化大大减少，二次氧化大大减少，与中包不充与中包不充Ar相比：相比：Als损失由损失由80ppm减少到减少到10ppm；N吸氮由吸氮由25ppm减少到减少到3ppm；TO增加由增加由22ppm减少到减少到12ppm。31 国外不少工厂进行中间包密封吹国外不少工厂进行中间包密封吹Ar操作：操作：Sangno Steel：50t 8m3容积中包，需吹容积中包，需吹Ar 50m3/min，使中，使中包内氧气含量包内氧气含量0.1%。Corus：IF钢，钢，68t中包吹中包吹Ar量量1020m3/min，中间包内，中间包内O21%，减轻水口堵塞，铸坯缺陷率降低，减轻水口堵塞，铸坯缺陷率降低38%；Dillingen：中包：中包50t 8.58m3，吹，吹Ar 6.5m3/min，中包气氛中，中包气氛中O21%，N25%；POSCO：中包吹：中包吹Ar使气氛中使气氛中O21%，沿铸坯长度夹杂物明显，沿铸坯长度夹杂物明显减少。减少。据报导，中包密封吹据报导，中包密封吹Ar在欧洲使用不多在欧洲使用不多(板坯板坯6%，大方，大方坯坯9%)，北美很少使用，日本采用较多。，北美很少使用，日本采用较多。32(4)连浇换钢包连浇换钢包厂名厂名板坯尺寸板坯尺寸/mm钢种钢种N/ppm连浇坯连浇坯/正常坯正常坯TO/ppm连浇坯连浇坯/正常坯正常坯MA/mg(10kg)-1连浇坯连浇坯/正常坯正常坯MI连浇坯连浇坯/正常坯正常坯甲甲2301300IF23/2123/182.29/1.7046.2/24.6(ppm)乙乙701350SPHD-53/346.4/3.88.2/10.7(个个/mm2)丙丙2501050硅钢硅钢59/52-4.8/1.07-丁丁15015045#72.9/64.346.8/32.715/108.5/8.2(个个/mm2)连浇坯夹杂物检验结果连浇坯夹杂物检验结果(平均值平均值)换钢包期间处于非稳态浇注过程，易产生：换钢包期间处于非稳态浇注过程，易产生：安装水口前敞开浇注，二次氧化严重；安装水口前敞开浇注，二次氧化严重；拉速不减，中包液面下降，漩涡下渣。拉速不减，中包液面下降，漩涡下渣。33(5)浇注尾坯浇注尾坯尾坯与正常坯洁净度比较尾坯与正常坯洁净度比较厂名厂名板坯尺寸板坯尺寸/mm钢种钢种N/ppm尾坯尾坯/正常坯正常坯TO/ppm尾坯尾坯/正常坯正常坯MA/mg(10kg)-1尾坯尾坯/正常坯正常坯MI尾坯尾坯/正常坯正常坯甲甲2301300IF26/2134/188.2/1.7047/24.6(ppm)乙乙701350SPHD-53/3411.4/3.89.74/8.2(个个/mm2)丙丙2501050硅钢硅钢62/52-/3238.4/1.07-丁丁15015045#37/3254/64.315/108.2/8.28(个个/mm2)尾坯中尾坯中TO、N、MA、MI明显高于拉速稳定的正常坯明显高于拉速稳定的正常坯；原因是中包下降到一定高度时产生的漩涡下渣原因是中包下降到一定高度时产生的漩涡下渣 中包液面降到临界高度时就关闭水口，要正确处理铸坯中包液面降到临界高度时就关闭水口，要正确处理铸坯质量与钢水收得率的矛盾质量与钢水收得率的矛盾 343.3防止二次氧化措施防止二次氧化措施1)防止二次氧化防止二次氧化保护浇注保护浇注(N5ppm)；碱性包衬；碱性包衬；碱性覆盖剂；碱性覆盖剂；中间包密封充中间包密封充Ar。2)防止浇注过程下渣防止浇注过程下渣出钢挡渣操作；出钢挡渣操作；钢包下渣探测器；钢包下渣探测器；中间包恒重、恒液位操作；中间包恒重、恒液位操作；提高钢包自开率和钢包长水口操作。提高钢包自开率和钢包长水口操作。353)防止结晶器卷渣防止结晶器卷渣结晶器液面控制结晶器液面控制(0.017%CaS析出析出 Als=0.03%S0.011%CaS析出析出 Als0.06%S0.009%CaS析出析出51 所以对于低碳铝镇静钢，钢中所以对于低碳铝镇静钢，钢中Als=0.020.04%，S=0.010.02%，CaS析出较少，事实还证明对于低碳铝析出较少，事实还证明对于低碳铝镇静钢，镇静钢，S0.010.02%时，水口堵塞时，水口堵塞主要是由于主要是由于Al2O3所引起的，而不是由所引起的，而不是由CaS所致。所致。52 有的作者研究指出：钙处理钢水不有的作者研究指出：钙处理钢水不充分时没有生成液态铝酸钙充分时没有生成液态铝酸钙(12CaO7Al2O3)时，会形成时，会形成CaOAl2O3、CaS-MnS夹杂，会加剧夹杂，会加剧水口堵塞。水口堵塞。53vCSP结晶器断面小结晶器断面小(7090mm)，SEN水口内径有水口内径有限，为防止限，为防止CaS生成堵水口来提高连浇炉数，要求生成堵水口来提高连浇炉数，要求钢水钢水S0.007%。为此。为此CSP厂为满足厂为满足S20mm不堵水口；不堵水口；v 如采用水口直径如采用水口直径15-16mm，钢中，钢中Als必须小必须小于于0.006%才不会堵水口。才不会堵水口。v一般情况下，小方坯定径一般情况下，小方坯定径水口直径水口直径14-16mm，仅能，仅能浇注浇注Si-K钢，要浇注钢，要浇注Al细细晶粒钢，则会堵水口，为晶粒钢，则会堵水口，为此必须经过钙处理。此必须经过钙处理。56硅镇静钢堵水口硅镇静钢堵水口v对于中高碳对于中高碳Si-Mn脱氧钢未加脱氧钢未加Al脱氧，钢水中脱氧，钢水中Als很低很低(0.003%)也发生水口堵塞现也发生水口堵塞现象。象。v对于连铸对于连铸Si-K钢的成分钢的成分(%)：C 0.29，Mn 0.81.2,Si 0.150.40。钢中。钢中O控制合控制合理范围如下图。理范围如下图。57v(1)铁合金尤其是铁合金尤其是SiFe中含有残余中含有残余Al、Ca等元素，生等元素，生成了高熔点的铝酸钙夹杂成了高熔点的铝酸钙夹杂(CaO2Al2O3、CaO6Al2O3)和和Al2O3MgO尖晶石，导致水口堵塞。尖晶石，导致水口堵塞。v(2)硅酸锰夹杂形成硅酸锰夹杂形成v(3)控制控制Al2O3夹杂形成夹杂形成 v(4)镁铝尖晶石形成镁铝尖晶石形成为什么浇注为什么浇注Si-K钢，钢中钢，钢中Als很低，还会发生水口堵塞呢？其很低，还会发生水口堵塞呢？其原因是：原因是：58(1)铁合金铁合金v右图可知：右图可知：vSi0.2%的钢中的钢中CaOxAl2O3和和Al2O3MgO夹杂比夹杂比Si0.01%要高很多，要高很多，说明是说明是SiFe中带入中带入Ca、Al元元素之故；素之故；vH炉号炉号MgOAl2O3最高，可能最高，可能是是LF炉精炼时间太长，促进炉精炼时间太长，促进了了MgOAl2O3形成；形成；v高的高的CaOxAl2O3、Al2O3MgO造成水口堵塞指造成水口堵塞指数最高数最高 59SiCaBaTiCeAlMg一般一般SiFe/%78 1.070.0270.130.0151.30.033高纯高纯SiFe/%80 0.0240.0050.0530.0150.0470.003%，可能有，可能有固态固态Al2O3析出堵水口。析出堵水口。为保持为保持Als0.003%水平，则可提高水平，则可提高Si含量含量以得到液态夹杂。然而以得到液态夹杂。然而增加增加Si加入加入SiFe也多，也多，带入的残余带入的残余Al也多，成也多，成本增加，也降低了本增加，也降低了Mn/Si比，促进了固态比，促进了固态SiO2夹杂形成。夹杂形成。63(4)镁铝尖晶石形成镁铝尖晶石形成 v对高碳对高碳Si-K钢水口堵塞的另一个主要因素是形成钢水口堵塞的另一个主要因素是形成MgOAl2O3。对于高碳。对于高碳Si-K钢，不用钢，不用Al脱氧，靠脱氧，靠LF炉造白炉造白渣脱氧以得到渣脱氧以得到TO20ppm。在。在LF炉还原精炼气氛和低炉还原精炼气氛和低O条件下条件下(O15ppm)，钢包渣或，钢包渣或MgO-C砖中释放出砖中释放出Mg形成形成MgOAl2O3，堵塞水口。，堵塞水口。LF炉白渣精炼时间越长，炉白渣精炼时间越长，MgOAl2O3形成的多，堵水口严重。形成的多，堵水口严重。v为此操作上应注意：为此操作上应注意：v白渣精炼时间不应太长；白渣精炼时间不应太长；vLF顶渣加脱氧剂顶渣加脱氧剂(CaC2、SiFe粉、粉、Si-Ca粉粉)不应过量；不应过量；v石灰加入不要过量，保持合适碱度，吸收石灰加入不要过量，保持合适碱度，吸收MgO。64含含Ti不锈钢堵水口不锈钢堵水口v奥氏体不锈钢会含有奥氏体不锈钢会含有Ti(0.25%)、Al(0.02%)，在浇注过程中，结晶，在浇注过程中，结晶器保护渣结块和器保护渣结块和SEN水口结瘤，常常在连铸坯和产品水口结瘤，常常在连铸坯和产品(中板、薄板中板、薄板)表面留下表面缺陷，严重影响成材率和生产成本。表面留下表面缺陷，严重影响成材率和生产成本。v浇注过程中漂浮在结晶器保护渣浇注过程中漂浮在结晶器保护渣“结块结块”，研究表明：它是由气，研究表明：它是由气孔、夹杂物团簇孔、夹杂物团簇(MgOAl2O3TiN、TiN、MgOAl2O3CaOTiO2、CaOTiO2)和保护渣团和保护渣团(Na2OAl2O3SiO2、CaO、TiO2)组成，组成，使保护渣性能恶化，造成卷渣，引起铸坯表面缺陷。使保护渣性能恶化，造成卷渣，引起铸坯表面缺陷。(a)结晶器保护渣结晶器保护渣“结块结块”形貌形貌 (b)“结块结块”中典型夹杂物团簇的形貌中典型夹杂物团簇的形貌 65(1)TiN型结瘤型结瘤SEN内壁结瘤物大量分布着网状连接的夹杂物，主要内壁结瘤物大量分布着网状连接的夹杂物，主要是是TiN和和MgOAl2O3混合物，熔点在混合物，熔点在1900以上，以上，附着在水口壁上。附着在水口壁上。控制钢中控制钢中Al0.01%、Ti%N%10-311%；中包覆盖剂；中包覆盖剂R=1.10，Al2O311%)；v防止钢液的二次氧化。如防止钢液的二次氧化。如LF炉吹炉吹Ar防止钢水翻腾，防止钢水翻腾，连铸保护浇注等；连铸保护浇注等；v适当提高中包钢水过热度适当提高中包钢水过热度(10)；v控制钢中控制钢中Al0.01%，保持钢液中，保持钢液中Ti%N%0.14Ca/TO=0.71.2 如果钙处理不充分，如果钙处理不充分，钢中钢中Ca较低，中包钢较低，中包钢水中水中Ca为为812ppm就就会浇注不畅，发生堵塞，会浇注不畅，发生堵塞，也就是说钢水中固态铝也就是说钢水中固态铝酸钙夹杂增加，导致水酸钙夹杂增加，导致水口堵塞。口堵塞。钙处理时，钢中钙处理时，钢中Ca含量取含量取决于钢水中决于钢水中O、Al、S含量、喂线中含量、喂线中Ca量、量、喂线速度等。喂线速度等。固体铝酸钙与水口堵塞固体铝酸钙与水口堵塞77vCSP浇注低碳铝镇静钢，钢水成分浇注低碳铝镇静钢，钢水成分(%)：C0.051，Si 0.071%，Mn 0.226%，P 0.018%，S 0.002%，Al 0.034%，LF喂钙线喂钙线460m相当于相当于3.35kg/t钢钢(相当于相当于0.60.7kg钙钙/t)，LF炉炉Ca29ppm。钢中夹杂物分析结。钢中夹杂物分析结果如下表。果如下表。v生成生成12CaO7Al2O3的理论成分的理论成分(%)：CaO 48，Al2O3 52，CaO/Al2O30.92，由表可知，实际夹杂物成分与，由表可知，实际夹杂物成分与理论值接近，说明钙处理生成液态的理论值接近，说明钙处理生成液态的12CaO7Al2O3。样号样号Al2O3CaOMnOSiO2SCaO/Al2O3A47.9539.281.712.932.120.82B52.143.612.3000.10.84C46.5541.281.591.160.130.89D44.5138.691.943.191.40.87钢中夹杂物成分钢中夹杂物成分78B.轻钙处理轻钙处理v对于细晶粒钢加对于细晶粒钢加Al较少，钢中较少，钢中Als较低较低(0.010.02%)。采用轻钙处理，把夹杂物成分控制。采用轻钙处理，把夹杂物成分控制在相图中钙长石在相图中钙长石CaOAl2O32SiO2或钙黄长石或钙黄长石2CaOAl2O3SiO2区域。这些夹杂物熔点低区域。这些夹杂物熔点低(12001400)，在钢水中易上浮，可浇性好，不，在钢水中易上浮，可浇性好，不堵水口，热轧时夹杂物易变形，不会发生脆断现象。堵水口，热轧时夹杂物易变形，不会发生脆断现象。v v 所以对于铝镇静钢采用钙处理的效果是：所以对于铝镇静钢采用钙处理的效果是：v可浇性好，不堵水口；可浇性好，不堵水口；v夹杂物易上浮去除，钢更洁净；夹杂物易上浮去除，钢更洁净；v消除了消除了Al2O3不变形夹杂对钢材性能的有害作用。不变形夹杂对钢材性能的有害作用。79 2)选择水口材质选择水口材质 对低碳铝镇静对低碳铝镇静钢：钢：C0.060.09%，Als0.0430.065%，钢水，钢水温度温度1585，采用不，采用不同水口材质的浇注试同水口材质的浇注试验结果见下图。可知：验结果见下图。可知：Al2O3-C水口易堵水水口易堵水口，而其他材质水口口，而其他材质水口堵塞因子相近堵塞因子相近。不同水口材质的堵塞因子不同水口材质的堵塞因子(图中图中-线代表堵塞因子线代表堵塞因子0.5)80 为防止堵塞对为防止堵塞对Al2O3-C质水口做了许多改进：质水口做了许多改进：SEN内衬镶一层内衬镶一层CaO-ZrO2-C材质，使其生成材质，使其生成CaO-Al2O3，降低，降低Al2O3熔点，避免熔点，避免Al2O3烧结在水口壁上。烧结在水口壁上。SEN无碳内衬无碳内衬：Al2O3-C水口含有水口含有SiO2、Na2O、K2O、Fe2O3等氧化物相，在高温下被等氧化物相，在高温下被C还原生成还原生成CO，而，而CO溶于钢水中成为溶于钢水中成为C和和O，而，而O与钢水与钢水Al反应生成反应生成Al2O3附着水口内壁。附着水口内壁。Arcelor工厂试验指出：使用工厂试验指出：使用SEN内衬无内衬无C型与型与Al2O3-C型比较，水口底部沉积物减少型比较，水口底部沉积物减少3050%，且吹，且吹Ar减少减少25%，浇，浇1200t钢水无堵塞，而钢水无堵塞，而Al2O3-C型型SEN浇浇670t发生堵塞。发生堵塞。81 3)优化吹优化吹Ar操作操作 中包塞杆吹中包塞杆吹Ar或或SEN水口吹水口吹Ar是防止水口堵塞是防止水口堵塞最有效的方法。但吹最有效的方法。但吹Ar量太大会造成结晶器液面波量太大会造成结晶器液面波动太大，造成卷渣和铸坯皮下气孔。动太大，造成卷渣和铸坯皮下气孔。Ar流量一般流量一般57 l/min，在，在SEN内保持内保持Ar/钢水钢水稳定的流动模式，避免在结晶器造成液面干扰。对稳定的流动模式，避免在结晶器造成液面干扰。对于浇注流量于浇注流量34 t/min吹氩量吹氩量710 l/min是合适的。是合适的。塞杆头部是塞杆头部是2mm孔或者是多孔，这样结晶器液面孔或者是多孔，这样结晶器液面波动小。波动小。82 吹吹Ar时必须注意：时必须注意：防止吹防止吹Ar回路吸入空气，可取样分析气体回路吸入空气，可取样分析气体相中的相中的N2、O2(1%)。观察结晶器液面状况及时调节。观察结晶器液面状况及时调节。还有改变水口结构，加强工艺操作管理，还有改变水口结构，加强工艺操作管理，防止二次氧化等都是防止水口堵塞有效防止二次氧化等都是防止水口堵塞有效措施。措施。835、结语、结语v控制脱氧和夹杂物生控制脱氧和夹杂物生成、上浮、去除，使成、上浮、去除，使钢中洁净度最佳化；钢中洁净度最佳化；v浇注过程中二次氧化浇注过程中二次氧化最小化；最小化；v耐火材料碱性化；耐火材料碱性化；v良好水口材质；良好水口材质；v优化吹优化吹Ar操作。操作。钢水可浇性大大改善钢水可浇性大大改善SEN寿命大大提高寿命大大提高板坯洁净度大为改善。板坯洁净度大为改善。84医学资料仅供参考,用药方面谨遵医嘱