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连铸板坯中大型氧化物夹杂的研究

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发布时间:2008-05-20 浏览量:1497

张爱民,张晓峰,张英才
  (济南钢铁集团总公司 技术中心 山东,济南 250101)


  摘 要:结合济钢生产实际,利用大样电解技术分析了大型氧化物夹杂在吹氩、 中间包和连铸坯不同部位的含量和分布情况,同时提出了适当延长吹氩时间、控制好钢水液面和对长水口进行优化设计等减少钢中大型氧化物夹杂含量的措施。
  关键词:大样电解;氧化物夹杂;连铸坯
    按照钢中氧化物夹杂的大小,可以将其分为显微夹杂和大于50μm的大颗粒夹杂。夹杂物作为影响连铸坯质量的主要因素,它的存在破坏了钢的连续性,对钢材的性能产生不利的影响,给产品质量带来极大的危害。为此,应力求消除和减少钢中的夹杂物,以满足产品的质量要求。夹杂物的来源是一个十分复杂的过程,在炼钢生产过程中,如何防止钢水污染,减少连铸坯中的夹杂物含量一直是冶金工作者研究的课题。本研究摸清了济南钢铁集团总公司(简称济钢)4#板坯生产工艺条件下,Q235B钢在吹氩站、中间包和铸坯不同过程中大型氧化物夹杂的水平及其演变规律,同时有针对性的提出了改进措施和对策。
  1 试验方法
  1.1 具体生产工艺参数
 试验钢种为Q235,25t氧气顶吹转炉冶炼,采用双挡渣出钢。出钢时采用向钢包中加入高碳锰铁240kg/炉,硅铁100kg/炉和硅铝钡30kg/炉的脱氧合金化工艺;钢包容量为40t,内衬为铝镁捣打料,钢包渣层厚度平均为55mm,水口为高铝质。中间包为矩形结构,容量14t,熔池深度为1000mm,内衬材料为镁质涂料,浸入式水口为石英质。结晶器为弧型结构,长度784mm,板坯截面尺寸为200mm×1250mm。
  1.2 取样方法
 分别在吹氩站、中间包和铸坯等部位进行取样。
  吹氩站:每炉钢在吹氩处理前后分别取电解大样。
  中间包:均在中间包入口(即钢包长水口区域)和出口(即中间包浸入式水口区域)同时取样,提取大样时,样模必须插入液面下面200~300mm处。
  铸坯:在浇注过程中,沿拉坯方向在每个浇次的头部、中部、两炉连浇处、尾部分别截取长度约为200mm的铸坯试样。
  1.3 试样加工
  对于所取电解大样要切下其头部的夹渣,加工成50mm×150mm无孔、无锈、无油污的圆棒,试样顶端钻M12×10mm螺孔,以利于电解时吊装。
  2 检测分析
  将加工好的大型电解试样放入专门配制的电解液中,进行大样电解法(Slimis)检验。本方法专门适用于大于50μm的氧化夹杂物。其检验流程主要包括电解、淘洗、还原和介电分离。具体方法是:首先电解约2kg左右的钢样,将其残留物阳极泥用超声波震荡筛选、淘洗,去除直径小于50μm的夹杂。如果有非磁性铁锈就用氢气在350℃将其还原,然后将磁选后磁性部分中的夹杂物用溴化钾醇法或者用显微镜手工将其分离出来,用分级筛测定夹杂物的大小,分离出来的夹杂物再进行粒度分级和形貌照相。钢包吹氩前后、中间包和连铸坯的大样电解分析结果分别如表1所示。


  表1 不同阶段的大样电解分析结果

试样部位
夹杂物总量/mg·(10kg)-1 大型氧化物含量/mg·(10kg)-1 <50/% 50~100/% 夹杂物粒径分级/μm 280~355/% >355/%
50~180/% 180~280/%
吹氩前 719.7 420.30 27 50.3 16.4 5.7 0.7 0.4
吹氩后 307.7 164.93 33 37.4 16.5 8.4 4.3 7.2
中间包 64.6 40.27 22 43.0 16.9 20.0 5.6 1.02
连铸坯 67.8 38.32 29.35 44.38 15.76 2.78 3.26 4.35

  3 结果分析
  钢中的氧化物系夹杂物按照成分可以分为简单氧化物和复杂氧化物。简单氧化物在钢中的形态通常呈颗粒状或球型,如FeO、MnO、Al2O3、ZrO2等。复杂氧化物包括尖晶石类氧化物(AO·B2O3)和各种钙的铝酸盐。尖晶石类夹杂物的熔点比钢的冶炼温度高,在冶炼条件下呈固态形式存在,并且具有形成良好的坚硬八面体晶体的强烈倾向。电解筛分出的夹杂物均为球形,其中氧化物含量占到80%。
  由表1看出,不同阶段钢中大型氧化物夹杂的变化趋势比较明显,从钢包吹氩前→吹氩后→中间包→铸坯,总趋势是减少的。经计算,大型氧化物夹杂在吹氩前到吹氩后,减少了255.37mg/10kg,吹氩后到中间包减少了124.66mg/10kg,吹氩前到铸坯减少了381.98mg/10kg。由此可见,吹氩对去除大颗粒氧化物夹杂是十分有利的。
 浮渣的卷入是形成大颗粒夹杂物的重要来源之一,而保持中间包钢水液面的稳定,对于减少钢中大型夹杂物具有重要作用。这就要求在更换大包时,尽可能减少注流冲击区造成的强烈紊流,以免把中间包渣冲入结晶器中。同时,在更换大包时要控制好拉速,以防中间包钢水液面降低,而把中间包渣卷入结晶器。在相同的钢水浇注条件下,济钢4#连铸机中间包长水口在使用过程中,时常发生结晶器钢液面不稳定现象,导致水口周围和结晶器两侧钢水翻腾,由此造成钢水卷渣。在实际生产过程中,容易造成中间包液面波动大,使中间包渣卷入钢水而进入结晶器中。同时,因为4#连铸机为超低头结构,钢水进入结晶器后,其中的夹杂物的上浮比小板坯弧型连铸机要困难得多,并且4#连铸机的拉速相对比较快。
 通过对各种渣相CaO、MgO、FeO、SiO2和Al2O3的成分在不同阶段的变化分析,发现在转炉→大包→吹氩站→中间包→结晶器的全过程中,SiO2呈现总体上升趋势。在转炉→大包→吹氩站的过程中,由于脱氧合金化使用SiAlBa合金进行脱氧,在吹氩过程中,钢中的硅酸盐夹杂及钢包耐火材料被钢水的侵蚀产物(主要是熔点达2050℃、成串的簇状Al2O3)和脱氧产物(Al2O3)的不断上浮,由此造成渣中Al2O3和SiO2的增加,而CaO和MgO主要来自于转炉渣中,相对而言其含量减少。这说明渣子的卷入对于不同浇注阶段夹杂物的形成,其作用是明显的。减少各个阶段的下渣量,是减少大颗粒氧化物夹杂的有效措施。因此,在下一步的连铸生产中,4#连铸机应该对长水口进行优化设计或对其进行密封保护浇注,以防止由于钢水在流动过程中结晶器钢液面出现翻卷而造成保护渣卷入,由此减少大颗粒夹杂的形成。
  上述各种因素是形成铸坯中大颗粒夹杂的主要原因。根据以上分析结果,结合不同阶段钢中大型氧化物夹杂的类型、级别和含量,对于夹杂物的去除,建议在实际生产中采取或者强化以下措施:适当延长吹氩时间,以降低钢中的〔O〕含量和显微夹杂;在浇注过程中,注意钢水液面的控制,减少由于开浇时卷渣而导致大型夹杂物的增加;应该对长水口进行优化设计或对其进行密封保护浇注;加强保护浇注,强化结晶器和中间包的密封,防止钢水的二次氧化;采用优质耐火材料和性能相适应的保护渣,降低耐火材料被钢水冲刷的程度,同时进一步增加保护渣对夹杂物的吸附强度。如果这些措施得当,大型氧化物夹杂的含量将会得到相应的减少与控制。
  4 结语
  4.1 在济钢4#连铸机的生产条件

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