连铸钢包下渣的影响及控制研究.pdf

2023年6 月34第5 卷第3 期电工钢ELECTRICAL STEELJun.2023Vol.5No.3连铸钢包下渣的影响及控制研究唐中队，袁纲，孔勇江，陈大忠（武汉钢铁有限公司炼钢厂，湖北武汉43 0 0 8 3）摘要：通过对某浇次钢包浇铸末期中包钢水全氧变化、炉次中包渣样分析，结合生产过程中钢包异常下渣时的影响及铸坏轧后缺陷进行研究。结果表明，钢包下渣会恶化钢水浇铸性，使水口堵塞，同时会导致合金元素氧化，产生夹杂，影响钢水纯净度。严重时会导致耐材异常侵蚀，中间包内“结壳”“焊棒”发生。根据钢种质量需求特性，制定差异性钢包下渣控制工艺，可以有效均衡产品质量和生产成本。关键词：钢包下渣；二次氧化；全氧；钢包下渣检测中图分类号：TM275Research on the effects and control of ladle slag carry-over in continuous castingTANG Zhongdui,YUAN Gang,KONG Yongjiang,CHEN Dazhong(Steelmaking Plant,Wuhan Iron and Steel Co.,Ltd.,Wuhan 430083,China)Abstract:Through the change of total oxygen content in the tundish during the ladle exchangemoment and the composition analysis of slag in tundish,meanwhile combining with the effects ofladle slag carry-over in continuous casting and the defects of slab,the influence of ladle slag carry-over in continuous casting was obtained.The results showed that ladle slag carry-over deterioratedthe liquid steel castability,causing the blocking of SEN and the oxidation of alloy element andreducing the molten steel purity.In severe cases,it might cause serious results such as corrosion ofSEN,solidified crust of tundish slag and so on.According to the characteristics of steel qualityrequirements,the development of differential ladle slag control process can effectively balance theproduct quality and the production costs.Key words:ladle slag carry-over;reoxidation;total oxygen content;ladle slag detection钢水在由钢包向中间包进行浇铸的过程中，随着浇铸后期钢包钢水液面的下降，会产生汇流漩涡，而且愈演愈烈，促进渣钢乳化，使熔渣随钢流进人中间包门。纯净钢冶炼过程中应避免钢包下渣恶化钢水纯净度已成为共识，但是由于工业化生产过程中装备技术条件、工艺成本等方面的考虑，及生产线过程控制能力的高低，导致最终产品质量存在波动。通过对本厂连铸过程钢包下渣的跟踪和试验，分析其对产品质量的影响及控制方法，最终根据钢种质量需求特性，定制合适的钢包下渣控制工艺，有效均衡了产品质量和生产成本。1工艺流程及研究方法1.1工艺流程炼钢工艺流程为：铁水预脱硫2 1 0 t顶底复通信作者：袁纲（1 98 8 一），男，硕士，工程师；文献标志码：A文章编号：2 0 96-7 1 0 1(2 0 2 3)0 3-0 0 3 4-0 5吹转炉钢水精炼（吹氩或RH真空工艺）连铸。1.2钢包下渣判定方式人工判定方式，即岗位员工根据钢包浇铸末期中间包冲击区液面翻动情况，及中包吨位变化，来判断钢包是否下渣及何时关闭钢包滑板。电磁式钢包下渣检测方式，是基于钢液和钢渣二者之间电导率的差异，通过一次线圈的励磁作用，感生获得二次线圈中不同的电动势，以此来获得钢包下渣信号，对下渣过程进行提前预报的检测方法。检测系统可实现信号报警时自动关闭钢包滑板。1.3研究方法1)通过更换钢包前后在中间包内钢水取全氧样，根据中包钢水全氧水平来表征换钢包对钢水纯净度的影响。E-mail:;收稿日期：2 0 2 3-0 2-1 3第3 期2)对一个中包浇次1 0 炉钢采取不同钢包下渣检测方式，通过中包渣及钢水全氧进行取样并分析成分，判断钢包渣对中包渣及钢水的影响。3)跟踪并总结生产过程中，钢包异常下渣后对连铸生产过程的影响，及铸坏在后工序的轧制改判情况。2结果与分析2.1钢包浇铸末期钢水全氧含量的变化通过对换钢包前后中间包内钢水取样进行全氧分析，结果见图1。浇铸长度为0 m的点表示为后炉钢包开滑板时刻。可以发现，在前炉钢包浇铸末期时，中间包内钢水全氧含量（质量分数)缓慢上升，由1 1 1 0-6 上升至1 3 1 0-6。此阶段全氧上升原因主要为，钢包浇铸末期渣钢混流，钢包渣进入中间包内，导致钢中氧含量升高。后炉钢包滑板打开后，受钢水开浇铸(本厂钢包滑板开时长水口在钢液面以上，见钢流后插入钢液面)卷入引流砂及中包渣的影响，导致中间包钢水氧含量继续升高。201816141210-30图1 换钢包前后中间包钢水全氧含量变化2.2?多炉连浇中间包渣氧化性变化通过对一个中包浇次1 0 炉中包渣进行取样并分析成分，以（TFe十MnO)%来表征渣中氧化性高低，分析结果见图2。可以发现，在中包第1 4炉，中包渣（TFe十MnO)%逐渐升高,这是因为虽然采取了电磁式钢包下渣检测，但是由于系统是在存在一定下渣量的时候才能检测到信号并关闭滑板，所以导致中包渣氧化性有一定程度的上升。中包第5 6炉,中包渣（TFe十MnO)%显著升高，此两炉采取唐中队，等：连铸钢包下渣的影响及控制研究4炉序图2 中中间包渣（TFe十MnO)%及钢水全氧含量变化人工方式判定钢包下渣。由于钢包渣密度较钢水小，钢包浇铸末期，钢包渣冲入中间包内后上浮，引起冲击区翻动，人工判定以此现象为依据。可以发现，人工判定钢包下渣方式的实际下渣量远大于电磁式钢包下渣检测方式。从整个中包浇次来看，中包渣氧化性呈现逐渐升高趋势，这是由于随着浇次炉数增加，钢包渣逐渐累积，中包渣况不断恶化所致。同时，钢水全氧含量的变化趋势同中包渣氧化性有一定对应关一一全氧含量系，也证明了随着中包渣氧化性增强，钢水二次氧化程度加剧。2.3钢包下渣对连铸生产的影响本厂在某浇次中，由于岗位人员监护不到位，导致浇次第一炉钢包大量下渣，通过对此浇次生前炉钢包滑板关闭1-20:35112826102492282018716614-中间包渣(TFe+MnO)含量-炉次全氧含量50产过程及铸坏进行跟踪，总结相关影响并分析如后炉钢包下。滑板打开2.3.1钢包下渣恶化浇铸性钢包下渣后，由于加剧钢水二次氧化，二次氧化生产的主要是Al2O3夹杂，Al2O3会在钢流通道-100浇铸长度/m12261020830内迅速富集和剥离，恶化钢水浇铸性。生产过程中可以发现，塞棒开口度不断增大，同时由于夹杂物富集与剥离，导致结晶器液面波动加剧。图3为正常状态下浸人式水口快换前后情况，塞棒开口度未见明显上升，结晶器液面波动正常。图4为钢包下渣后导致塞棒开口度不断增大，同时结晶器液面波动加剧的现象，快换浸人式水口后情况才得到改善。2.3.2钢包下渣影响钢水纯净度钢包渣具有强氧化性，当钢包渣进人中包后，氧就会在渣钢界面发生传质，氧会由渣相向钢水中扩散传氧。铝镇静钢脱氧后钢水中会保持一定浓度的富余溶解氧。如果渣相向钢水传氧，会使1036825820/815F810F805F800020040060080010001200时间/s图3正常快换水口870浸入式水口快换前860/850840830820810800790020040060080010001200时间/s图4浸人式水口堵塞下列化学反应平衡向右移动，从而引起二次氧化，产生Al,O:夹杂2 。2A1+3O=Al,O3图5 为本浇次炉次铝损情况。本浇次钢包异常下渣后，可以发现，本浇次铝镇静钢铝损（质量分数)明显增大，最高达到3 5 0 1 0-6，明显高于正常炉次8 0 1 0-的水平。400铝损3503002509-01/420015010050电工钢结晶器液面高度2.3.3导致浸入式水口侵蚀严重塞棒开口度8075706560浸入式水口快换前服第5 卷本厂使用铝碳质浸人式水口，其主要以石墨为骨架，石墨熔点较高，化学稳定性良好，热膨胀系数低，但是容易被氧化，从而降低锆碳的抗侵蚀性稳定，另外铝碳质水口中含1 0%以上的SiO,和SiC,与钢水中的FeO、Mn O 等之间生成低熔点化浸入式水55口快换后5045130结晶器液面高度塞棒开口度120110，浸入式水100口快换后90870605040合物，而且水口中C向钢水中溶解，发生游离反应，引起骨料大大损耗水口，因此钢水的含氧量直接影响对水口侵蚀的程度3 。图6 为钢包下渣浇次和正常浇次塞棒开口度曲线。可以发现，在正常浇次，随着夹杂物在钢流通道（上水口、浸人式水口)内壁发生富集，导致钢流通道变小，从而塞棒开口度随浇次时间逐渐增大。而在钢包下渣异常浇次，塞棒开口度却随着浇次时间逐渐变小，这是由于钢流通道受到侵蚀后通道变大所致。正常浇次塞棒开口度85钢包下渣浇次塞棒开口度80757065605502.0004 0006000800010000120001400016000时间s图6钢包下渣和正常浇次塞棒开口度变化本浇次钢包下渣后，明显导致中间包内氧化性增强，钢水二次氧化严重，直接导致浸人式水口严重侵蚀。图7 为正常浇次使用后浸入式水口的照片，可以看出，水口通道夹杂物富集明显。图8为钢包下渣异常浇次使用后浸人式水口的照片，可以看到，水口内壁侵蚀明显，未见夹杂物富集。2.3.4导致中间包渣“结壳”“焊棒”由于钢包渣中Al2O：的质量分数高，CaO质量分数低，钢渣黏度变大，冷却后坚硬，使得黏附的渣层致密而牢固，造成“结壳”现象严重4。如果钢包渣大量进入中间包内，亦会导致中间包渣“结壳 现象严重。中间包渣结壳会导致塞棒“焊1图5 车钢包下渣浇次铝损情况23炉序456棒”现象，即塞棒与渣壳发生粘结，影响塞棒自动控流效果，致使结晶器液面波动加剧。严重时会导致塞棒断裂，生产中断发生。图9为钢包下渣第3 期图7 正常浇次浸入式水口浇后情况唐中队，等：连铸钢包下渣的影响及控制研究分析结果见表1。37异常浇次中间包内“结壳”“焊棒”情况。2.3.5铸坏轧后改判情况通过跟踪钢包异常下渣浇次铸坏后工序轧制情况，发现该批次板坏在冷轧工序原板上存在大量点状缺陷。对缺陷试验进行取样，通过扫描电镜进行观察分析。结果表明，此类点状缺陷主要为Al-Mg-Ca-O类大型复合夹杂物，尺寸达1 0 0 200m。典型缺陷形貌结果如图1 0 所示，能谱图8 钢包下渣浇次浸人式水口侵蚀情况物,并进一步演变成CaO-Al2O:（-Mg O)系夹杂物。钢包下渣后，由于钢包渣具有强氧化性，叠加钢包开浇时钢流对渣面的冲击，大量复相夹杂元素进人钢水内部，经历氧化还原后,其中Ca、Mg等元素成为复相夹杂组成元素，相较于精炼过程不同，存在上浮去除时间，此类夹杂会随着中包流场迅速流入结晶器内，被坏壳捕获，导致大型复相夹杂的出现。通过跟踪此钢包下渣异常浇次，此浇次点状夹杂缺陷发生率高达2 3.8 1%，明显高于此类缺图9中间包“结壳”“焊棒”情况陷平时发生率2%的水平。同时，发生缺陷的板表1 典型缺陷处化学成分（质量分数）典型缺陷MgA25.35B35.7814.16学者朱苗勇5 指出，对于铝镇静钢，转炉或电炉的初炼钢经过脱氧后，会生成大量的Al2O:夹杂物。随着钢中微量元素Mg和Ca 的生产,这些Al2O:夹杂物会演变成MgOAl2O:尖晶石夹杂%坏集中在换钢包衔接坏，也间接证明了钢包下渣A1Ca0.5625.5529.39Fe45.053.496.7213.95后叠加换钢包过程，钢水污染程度是最严重的。3钢包下渣的控制钢包浇铸末期的漩涡卷渣成为纯净钢生产的控制环节。虽然安装钢包下渣检测设备后，钢包下渣能够得到一定程度控制，但是由于钢包留钢量的增加，对于成本控制不利,所以如何有针对性:38电工钢第5 卷谱图谱图1 1200um(典型缺陷A)的采取合理的钢包下渣控制工艺，平衡质量与经济效益，是工业化生产过程中必须考虑的问题。为此，本厂主要从以下几个方面着手：1)钢包斜底砌筑，旋转塔钢包座适当倾斜一定角度，尽量减少钢包翻损量；2)根据钢种质量需求特性，针对性采取钢包下渣控制方式，在质量风险可控前提下，降低成本。翻损量较大时，可采取铸余渣回收工艺。3)针对钢包下渣异常，建立异常铸坏处置制度，通过降级、转用等手段，避免质量损失。4)提高钢包下渣检测系统使用准确性，日常维护及保养到位，减少设备异常带来的误报。5)钢包顶渣改质，降低其氧化性，间接降低钢包下渣后影响。4结 论1)由于钢包渣具有强氧化性，在钢包浇铸末期钢渣混流阶段，中间包内钢水全氧含量逐渐上升，衔接坏区域质量较正常板坏差。2)通过对人工及电磁式钢包下渣检测系统对电子图像1200m图1 0 典型缺陷微观形貌分析比使用可以发现，电磁式钢包下渣检测系统控制钢包下渣效果优于人工判定方式。3)钢包下渣后会恶化钢水浇铸性，使水口堵塞。同时会导致合金元素氧化，产生夹杂，影响钢水纯净度。严重时会导致耐材异常侵蚀，中间包内“结壳”“焊棒”,导致生产中断。4)根据钢种质量需求特性，制定差异性钢包下渣控制工艺，可以有效均衡质量和生产成本。参考文献1黄哗，叶树峰，苏天森，等。浇注过程的防下渣技术J.江西冶金.1 999,1 9（6)：1-7.2伏雪峰，金山同。钢包渣中氧化铁、氧化锰对清洁钢的二次氧化作用及渣处理技术J.炼钢，1 996（5）：49-5 2.3MANFREDOLJ,ROBERTN,MCNALLY.Solubility ofRefractory Oxidesin Soda LimeGlassJJ.Ceram,1984,67(8):155.4单庆林，王崇，钟凯，等3 0 0 t钢包顶渣结壳的原因分析及控制措施.中国冶金，2 0 1 6，2 6（9）：48-5 2.5朱苗勇,邓志银钢精炼过程非金属夹杂物演变与控制J.金属学报，2 0 2 2,5 8（1)：2 8-44.电子图像1(典型缺陷B)