铸坯产量质量双提升
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在CSP连铸工艺中,对钢水进行保护浇铸的技术,可降低钢水污染,提高铸坯质量,增加品种钢的生产。保护浇铸技术的优劣,反映到钢水上,主要看其氧化物夹杂的多少。进一步降低钢水中全氧量,是…
在CSP连铸工艺中,对钢水进行保护浇铸的技术,可降低钢水污染,提高铸坯质量,增加品种钢的生产。保护浇铸技术的优劣,反映到钢水上,主要看其氧化物夹杂的多少。进一步降低钢水中全氧量,是保护浇铸的主要目的。降低钢中的全氧量,除转炉工艺中脱氧合金化及精炼工艺外,应防止在连铸浇铸工艺中钢水的二次氧化。因此研究连铸工艺保护浇铸,防止钢水的二次氧化,对铸坯质量的提高具有一定的意义。
邯钢CSP生产线有1号、2号两台连铸机,1号机1999年12月投产,2号机2003年4月投产。在邯钢CSP连铸工艺中,保护浇铸的主要措施有:提高钢包自开率、钢包下渣检测系统、钢包长水口保护浇铸、中间包保护浇铸、浸入式水口保护浇铸、结晶器采用保护渣保护浇铸等。邯钢通过分析目前采用的保护浇铸方式,提出一定的改进措施,从而进一步提高连铸保护浇铸工艺,为品种钢生产、铸坯产量和质量的提高创造前提。
多措并举推进保护浇铸
钢包自开率。钢包的自开率与引流砂的材质、灌砂方式和出钢时钢水冲击点的位置有关。当钢包不能自开时,就必须通过烧氧引流,引流下来的钢水裸露在空气中,将导致钢水大量的二次氧化。有研究表明,烧氧引流的钢水总氧量比自开的高出大约10×10-6。而被氧化的钢水进入中间包,将严重影响铸坯质量,因此必须提高钢包的自开率。
根据2013年的钢包自开率数据,邯钢通过改进,目前钢包的自开率已经达到了99%以上,因此对于邯钢CSP保护浇铸工艺,大包自开率的影响较低。
钢包下渣检测系统的应用。邯钢CSP在投产之初,未安装钢包下渣检测系统,钢包采用长水口保护浇铸,操作人员凭着手感及中间包内火焰变化判定钢包是否下渣,导致钢渣大量进入中间包,降低了中间包内钢水的洁净度。同时,钢渣中FeO等氧化物对中间包内衬的侵蚀严重,进一步降低了钢水的洁净度。更严重的是,中间包内的钢渣一旦进入结晶器,会显著改变结晶器内保护渣的各项性能指标,产生铸坯质量缺陷甚至造成漏钢事故。因此,钢包下渣检测系统的应用,将降低上述事故的发生率。
目前邯钢CSP采用电磁感应法下渣检测系统,它是根据钢水和钢渣电导率的不同,来判定钢水中钢渣的含量。当达到设定值时,系统会报警,进而关闭钢包滑动水口。工作人员通过与炼钢工序协调,采取更换接口等措施,下渣检测系统的性能得到了稳步提高,2013年下渣检测正常率达到了96%以上,有效减轻了钢渣对钢水洁净度的影响。
钢包长水口保护浇铸。钢水从钢包到中间包浇铸的过程中,由于涉及的因素较多,是连铸工艺中保护浇铸最难控制的一个环节。采用长水口、氩封、尽量缩短更换钢包的时间以及开发钢包长水口浸入式开浇技术等方式,可以有效防止钢水二次氧化,减少钢水中的夹杂物含量。
目前邯钢CSP采用“长水口+氩封”保护浇铸,长水口为碗部内腔带透气层内吹式结构,氩气直接通过长水口碗部内腔透气层吹入,在长水口与钢包下水口接缝处形成正压的氩气幕,有效隔绝空气,防止钢水二次氧化及吸氮。在实际浇铸过程中,首先,钢包长水口与钢包下水口采用密封垫或碗密封。其次,采取适当的氩气压力。压力太小形成负压,容易吸氮;压力太大,不仅浪费成本,而且会使中包液面沸腾,导致中间包覆盖剂卷入钢水,污染钢水。目前邯钢CSP采用10bar~15bar氩气压力。采取这些措施后,钢水增氮量由原来的(15~20)×10-6 降至5×10-6。
减少更换钢包的时间,也可以有效降低钢中氧含量。有研究表明,在更换钢包时,中间包钢水的w(O)比正常浇铸时平均高49.33×10-6,w(N)比正常浇铸时平均高17.5×10-6。因此,在实际浇铸过程中,应做好各工序的配合,尽量缩短换包时间,达到降低N、O含量的目的。开发钢包长水口浸入式开浇技术,能够有效降低钢水裸露在空气中的时间,提高长水口保护浇铸效果。
目前邯钢CSP并没有开发这方面的技术,因为在使用传统的钢包长水口的条件下,钢水注入中间包时,受到钢液面阻力,容易造成冒钢事故,影响滑板机构的安全。但考虑到长水口冒钢主要是受到阻力的影响,可以将长水口设计成上小下大喇叭形来防止这一问题,条件允许的话可以进行试验,或对保护浇铸产生显著效果。
中间包保护浇铸。中间包作为连铸机工艺流程中钢包与结晶器之间的过渡容器,其主要作用是:稳定钢流,减少钢流对结晶器中初生坯壳的冲刷;储存钢水;促使非金属夹杂物和钢液分离、上浮;在多炉连浇过程中,中间包内储存的钢水在更换钢包时能起衔接作用,从而保证了多炉连浇的正常进行。随着对铸坯质量要求的进一步提高,对中间包内钢水进行保护浇铸,越来越受到重视。
在浇铸过程中,加入中间包液面覆盖剂,可有效减少钢水裸露,防止钢水与空气接触,减少辐射,吸附夹杂。但加入覆盖剂要注意加入的数量,加入太多,不仅浪费成本,而且会增加钢水中的碳含量;加入太少,会使钢水裸露,发生二次氧化。
在中间包加包盖的基础上,焊接氩气管路,在浇铸过程中,开通氩气,使中间包钢水熔池区液面上形成氩气保护氛围,从而减少钢水在中间包内的二次氧化。有研究表明,武钢CSP已开发出中间包加氩气装置,对中间包内钢水质量起到了良好的保护作用;但随着氩气管路增多,其氩气流量成本必然增加,从而使吨钢成本增加。
邯钢CSP目前并没有这一项技术,拟在此基础上自行设计新的氩气管路,在不增加吨钢成本的基础上,使中间包内形成更好的氩气氛围,对钢水进行保护,降低钢水污染。
中间包的设计必须最大限度地减少死区面积,有效延长钢水在中间包内平均停留时间,从而形成稳定流场和促进夹杂物上浮。为满足实际生产的需要,邯钢CSP设计了“一墙挡两坝”组合结构控制流程装置,有效起到了稳定流场和促进夹杂物上浮的作用。
浸入式水口保护浇铸。浸入式水口是连续铸钢设备中安装在中间包底部并插入结晶器钢液面下浇铸用的耐火套管。其主要功能是防止中间包注流的二次氧化和钢水飞溅;避免结晶器保护渣卷入钢液;改善注流在结晶器内的流动状态和热流分布,并促使结晶器内坯壳均匀生长,有利于钢中气体和夹杂物的排出。
邯钢CSP目前采用鸭嘴形水口与钻石型水口,利用数模分析,优化了水口下口尺寸,加大了出口侧孔面积,降低了出口处的流速,使紊流和弯月面下速度降至最小,有利于液面的稳定并减少卷渣;同时改进了水口材质,加强了水口安装与烘烤制度。
结晶器内钢水液面保护浇铸。在实际生产中,对结晶器内钢水液面的保护主要是根据不同的钢种加入不同种类的保护渣。保护渣的主要作用为隔绝空气保温、防止钢夜二次氧化、吸附夹杂、填充气隙和满足结晶器铜板间润滑要求。
邯钢CSP自投产之初,一直使用进口保护渣,但成本较高。经过不断消化吸收、总结使用的保护渣情况,邯钢开发了适合自身的国产保护渣。在普碳钢的生产上,国产保护渣的利用率已达到100%。部分品种钢如加B钢等的生产,目前还在用进口保护渣,使吨钢成本增加。而且部分保护渣在生产普碳钢时,热流也不稳定,铸坯缺陷率较高。因此邯钢从保护渣理化指标(黏度、碱度、熔化温度、熔化速度、结晶温度等)出发,进一步开发国产保护渣,使之与钢种匹配,可进一步提高质量。
保护渣的加入要以“少、勤、匀”为原则,使钢液面始终保持覆盖厚度为10mm~15mm的渣层。操作人员捞渣操作要“轻捞慢挑”,严禁用捞渣棍在结晶器液面内搅拌,以免破坏保护渣在结晶器内的熔化。电磁制动能有效降低液面波动,促进夹杂物上浮和气泡上浮,提高铸坯质量。而目前邯钢CSP由于投入成本高,操作复杂,并没有采用电磁制动,在后期的生产中,可根据不同钢种、液面波动情况来考虑部分投入使用。
电磁搅拌技术(MEMS)能有效降低钢液冲击深度,促进夹杂物和气泡上浮,细化晶粒和改善铸坯内部质量,有利于坯壳厚度生长均匀,在一定程度上消除过热度高的不良影响。邯钢CSP并没有使用这一技术,结合生产实际,对于生产含Ti高的钢种,高拉速生产汽车板,可以采用这一技术。
保护浇铸意义重大待强化
采用保护浇铸技术,大大减轻了钢液的氧化程度,提高了钢液质量。在普碳钢的生产中,邯钢CSP保护浇铸技术走在了钢铁行业的前列。
但针对目前品种钢的生产及开发,目前的保护浇铸技术并不能完全满足生产需要,钢液二次氧化,铸坯夹杂较多,在低拉速的情况下,铸坯缺陷率仍然较高。因此进一步强化保护浇铸,可以为开发品种钢、提高铸坯质量和产量创造条件。
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