3.3 換包操作
在鋼水從鋼包到中間包或從中間包到結(jié)晶器的倒包期間，鋼水被大氣二次氧化是吸氧的最重要原因之一。生成的夾雜物易產(chǎn)生水口堵塞問題，此外，還造成鋼材的缺陷。優(yōu)化保護(hù)澆鑄系統(tǒng)是防止這種現(xiàn)象的重要措施。寶鋼采用保護(hù)澆鑄使吸氮從敞開澆鑄的0.0024%降低到0.0005%。在美國鋼公司費(fèi)爾菲爾德廠，用鋼包保護(hù)澆鑄和中間包設(shè)壩取代簡易中間包，鋼包到中間包吸氮從0.00075%降低到0.0004%，同時還降低了倒包期間的夾渣。
3.3.1 鋼包開澆
鋼包自動開澆的水口不必用氧槍打開，而是自動打開。當(dāng)水口必須用氧槍打開時，必須拆去保護(hù)套管。635～1270mm長的開澆鑄坯從鋼包到中間包無保護(hù)澆鑄，導(dǎo)致其發(fā)生空氣二次氧化。圖14示出Lukens鋼公司自動開澆和氧槍開澆兩種情況下，鋼水中的總氧量。結(jié)果表明，用氧槍開澆的總氧含量比自動開澆爐次的高0.001%。值得注意的是，打開水口填砂對實(shí)現(xiàn)鋼包自動開澆是有害的。
3.3.2 氬氣保護(hù)
采用氬氣保護(hù)的目的是防止鋼水二次氧化。如果加中間包覆蓋劑過早，覆蓋劑易被開澆鋼水卷入板坯。因此，一般開澆初的幾分鐘內(nèi)不加覆蓋劑。在開澆初期，空氣非常容易進(jìn)入鋼水。這兩個因素的影響可使60t中間包延遲15min進(jìn)行澆鑄。為了解決這一問題，lukens鋼公司探索了從鋼包開澆到中間包采用惰性氣體保護(hù)的方法(不與空氣接觸)。另一項(xiàng)措施是改進(jìn)保護(hù)澆鑄系統(tǒng)，引入適當(dāng)?shù)膰姶禋怏w。Atlas不銹鋼分公司改進(jìn)保護(hù)澆鑄系統(tǒng)后，中間包總氧含量從0.00415%降低到0.00379%。
3.3.3 注流密封
為了減少連鑄期間吸氮，通?？紤]，從鋼包到中間包耐火磚套的密封和從中間包到結(jié)晶器浸入式水口的密封。在多法斯克第二煉鋼車間，改進(jìn)鋼包水口和鋼包耐火磚套管之間的插入式系統(tǒng)，在穩(wěn)定澆鑄的狀態(tài)下，鋼包到中間包吸氮由改進(jìn)前的0.0008%降低到改進(jìn)后的0.0001%以下。因配置了剛性加固密封圈并加強(qiáng)其維護(hù)，中間包到結(jié)晶器吸氮從原來的0.00018%降低到0.00003%。
3.3.4 水口堵塞
除影響生產(chǎn)外，中間包水口ö浸入式水口堵塞從幾個方面影響鋼的潔凈度。一是結(jié)瘤堵塞物可被夾帶進(jìn)鋼中，會改變保護(hù)渣的化學(xué)成分導(dǎo)致另一情況的缺陷。二是堵塞水口入口鋼水的流場，改變鋼水流特性，造成結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動失常，最終導(dǎo)致夾雜和表面缺陷。控制注流，盡力彌補(bǔ)堵塞對結(jié)晶器液面控制的影響。為了控制從中間包到結(jié)晶器的鋼水流，多法斯克1號連鑄機(jī)將65t中間包的3層滑板式水口系統(tǒng)更換成塞棒，減少了堵塞現(xiàn)象。據(jù)報道，為減少堵塞，可采用多項(xiàng)操作。此外，控制水口耐火材料成分，可減少耐火材料侵蝕造成的結(jié)瘤(即避免Na、K和Si雜質(zhì))，也可用純Al2O3、BN或其它防護(hù)劑涂水口壁。
3.4 結(jié)晶器與連鑄機(jī)操作
連鑄過程有很多現(xiàn)象。根據(jù)這些現(xiàn)象可推測出鑄坯的質(zhì)量。二次氧化產(chǎn)物、水口堵塞物、中間包和鋼包帶入的渣和因水口漏損吸入大氣產(chǎn)生的二次氧化物等，形成的夾雜物通過水口進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)。因結(jié)晶器上表面鋼水流速過快或液面波動，很可能將結(jié)晶器渣帶走。隨著過熱度的下降，新的夾雜物很可能沉淀，如Ti處理鋼中的TiO2夾雜。 另一方面，因浮力作用、鋼水運(yùn)動和夾雜附著在氣泡表面等原因，夾雜物也可能上浮到渣ö鋼界面而被去除。這樣，夾雜物不是被頂渣層捕獲安全地去除，就是被夾帶進(jìn)入凝固殼，成為鋼材的永久性缺陷。過去，通過收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)和跟蹤連鑄機(jī)操作，對夾渣有了較深入的了解。Knoephe發(fā)現(xiàn)，提高鑄速會明顯增加貫通式氣泡(來自吹入的氬氣泡)數(shù)量，但裂紋(由夾渣引起的)相對減少。Abbel檢測了鋼中夾雜物和氣泡分布，并且觀測到，即使不向中間包水口噴吹氣體，夾雜物簇也常常夾帶1mm氣泡，并且該氣泡被較深處的上升氣流攜帶。據(jù)觀察，鑄坯的一側(cè)與另一側(cè)之間的夾渣各不相同，夾渣發(fā)生在(瞬變時)較慢二次循環(huán)區(qū)接頭部位。經(jīng)常發(fā)現(xiàn)與工藝過程瞬變(例如改變鑄速、更換中間包或水口結(jié)瘤)有關(guān)的缺陷。貫通孔缺陷偶爾發(fā)生，且與噴吹的氣體數(shù)量有關(guān)。Quan等人經(jīng)數(shù)學(xué)模擬得出如下結(jié)論:如果夾雜物顆粒被去除或帶入產(chǎn)品之前循環(huán)上升時間為300s，80%的夾雜物顆?？缮细〉綇澰旅?，最后被去除(20%被夾帶到產(chǎn)品中)。
弧形結(jié)晶器連鑄機(jī)彎月面之下1～3m的夾雜物優(yōu)先被捕捉。因此，夾雜物聚集在距彎月面內(nèi)側(cè)頂部厚度的1/8～1/4處。另一方面，AK鋼公司Middletown廠進(jìn)行了鑒定(如圖15)。Timken公司Harrison鋼廠報道，鑄流外側(cè)電磁攪拌可改善鋼的潔凈度。可將板坯內(nèi)的總氧T.[O]從0.003%降低到0.002%。由于夾雜物向鑄坯內(nèi)側(cè)呈螺旋上升運(yùn)動，在整個厚度方向捕集夾雜物顆粒有特定距離，與彎月面下部2～3m相對應(yīng)，所以弧形結(jié)晶器連鑄機(jī)比立彎型連鑄機(jī)夾渣嚴(yán)重得多。據(jù)報道，鑄速影響裂紋，鑄速快且變化多會導(dǎo)致裂紋發(fā)生率提高。采用塞棒能夠得到足夠穩(wěn)定的鑄速。采用塞棒后，不再由中間包鋼水液面確定鑄速，而是由結(jié)晶器鋼水液面來控制。因此要較好地控制結(jié)晶器液面，令其波動范圍保持在±3mm。
優(yōu)化液流并因此提高板坯質(zhì)量的有效方法是電磁攪拌(EMBR)。干擾氣流并縮短其沖擊深度，致使夾雜物上浮到保護(hù)渣中或被板坯表面的凝固殼捕獲。圖16示出了采用EMBR前后，板坯寬度剖面上夾雜物的分布情況。
——摘自《中國金相分析網(wǎng)》
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