连铸钢包浇注过程中旋涡的形成机理

连铸钢包浇注末期出现的旋涡卷渣现象会对连铸钢水质量产生重要的影响,为了有效控制生产中的旋涡卷渣现象,对钢包浇注末期旋涡的产生机理开展详细研究.依据相似原理,构建了相似比为1∶6的钢包物理模型,对钢包浇注过程中旋涡产生及卷渣过程进行研究,分析了初始液面高度、出水口尺寸与布置位置、出水口结构等因素对旋涡形成规律的影响.结果表明：旋涡形成过程与初始液面高度无关;钢包出水口尺寸和布置位置对于旋涡形成过程影响显著.随着出水口直径的增大,旋涡临界高度逐渐增加;随着偏心率的增加,旋涡临界高度逐渐降低,最佳偏心率为3/4.提出三片挡块式出水口结构,可以显著降低钢包浇注末期的旋涡临界高度,降低高度达50％左右.     

超低碳深冲钢冶炼全流程中夹杂物分析

采用光学显微镜和扫描电镜对超低碳深冲钢冶炼全流程中的夹杂物进行分析。结果表明，RH精炼过程中的夹杂物由FeO转变为Al2O3类脱氧产物；中间包浇铸过程中的夹杂物以Al2O3·TiOx类夹杂为主，但受到钢包渣和中间包渣的影响；连铸过程中的夹杂物以铝钛夹杂为主，夹杂物的形成与结晶器内的卷渣紧密相关。     

连铸板坯中大型夹杂物的分析

为了解连铸板坯中大型夹杂物含量、尺寸及来源,采用大样电解法提取铸坯中的大型夹杂物,利用扫描电镜和能谱仪对夹杂物的形貌和组成进行分析,并对尺寸大于50μm的夹杂物的来源进行了分析。试验结果表明,在铸坯宽度1/4处夹杂物含量最高。铸坯中尺寸大于50μm的大型夹杂物主要来源于浇铸过程的卷渣,其余为LF精炼过程对钢中夹杂物进行钙处理的产物、浸入式水口及耐火材料侵蚀产物、钢液二次氧化产物。     

高端抗硫管线钢非金属夹杂物研究

采用扫描电镜和大样电解等检验方法对抗硫管线钢的冶炼过程试样和连铸坯中夹杂物的数量、尺寸、成分、形貌进行系统分析。结果表明:钢液经过LF精炼后,显微夹杂物的面积比降低了34.7%;中间包钢液的夹杂物面积比较VD出站增加了6.1%。LF进站钢液中的夹杂物主要为Al_2O_3夹杂物,在LF精炼和VD真空处理过程中由于钢渣间的相互作用,形成以CaO、MgO、Al_2O_3为主要组成的复合型夹杂物。钙处理后夹杂物中的CaO和Al_2O_3的物质的量比接近12∶7,并与钢液发生了脱硫反应,形成了含CaS的复合夹杂物。中间包开浇阶段铸坯中的显微夹杂物和大型夹杂物都明显高于稳定浇铸状态;在稳定浇铸状态下,铸坯中的w(T[O])小于15×10~(-6),大型夹杂物的含量小于0.2 mg/kg;大型夹杂物的主要来源是钢包引流砂、结晶器保护渣。     

轴承钢水口结瘤与棒材中大型夹杂物关系研究

针对南钢轴承钢棒材样上无规律性出现的大型夹杂物问题,采用扫描电镜、X射线荧光光谱(XRF)和X射线衍射(XRD)分析仪在对棒材样上大型夹杂物和水口结瘤物成分、形态对比分析基础上,利用热力学计算,研究了钢水及精炼渣成分、包衬耐材与钢水中夹杂物存在形态的热力学关系。研究得出,水口中堆积的尺寸小于10μm颗粒状MgO·Al_2O_3和CaO-Al_2O_3(-MgO)高熔点结瘤物的脱落,是棒材上大尺寸长条状夹杂物的来源;现工艺条件的钢水及钢包渣成分,使MgO·Al_2O_3夹杂物在钢水中能稳定存在,为水口结瘤提供了夹杂物来源;控制浇铸过程钢包水口下渣及减少中间包耐材的侵蚀是控制轴承钢随机性大型夹杂物的关键。     

高碳铝镇静钢连铸开浇炉夹杂物演变规律的量化分析

为分析高碳铝镇静钢开浇炉Al2O3夹杂物偏高的原因,利用ASPEX夹杂物快速分析仪对夹杂物成分、尺寸分布和数量在浇铸过程的变化规律进行了量化分析。结果表明开浇后中包液位涨至浇注吨位时夹杂物的单位数量由RH终点的3.97/mm2急剧增加至10.74/mm2,其中Al2O3夹杂明显增多。浇铸过程夹杂物的单位数量持续降低,钢包余钢40吨时为5.14/mm2,钢包停浇时为4.20/mm2,夹杂物成分与RH终点夹杂物基本一致。     

钢包内夹杂物行为物理模拟与探讨

通过对目前石钢公司精炼过程中钢包底吹氩控制的物理模型实验,模拟钢包内非金属夹杂物在钢水中的行为,探索改善非金属夹杂物的控制方法。利用水模型,通过卷渣实验、底吹氩时间、底吹氩气流量优化实验等模拟了非金属夹杂物在钢水中的行为,确定有利于去除夹杂物的合理底吹氩软吹时间为30 min,流量控制为40 NL/min,此时钢液循环流动输送夹杂物至钢包表面的速度加快,夹杂物的上浮和去除效果较好。     

中间包夹杂物的去除与控制新技术

通过对中间包中不同去除夹杂物的手段进行综合分析,得到各环节中间包均应保护浇注和防止卷渣卷气,中间包应具有合理的控流装置（上下挡墙、湍流抑制器、旋涡抑制器）以得到理想的流场;利用钢包注流生成的小气泡、中间包气幕挡墙和电磁搅拌离心流动可以有效去除中间包内钢水中夹杂物;连续真空处理对脱气和去除夹杂物有良好效果但其可调性差,电磁过滤可作为辅助方法去除夹杂物。     

低合金高强度结构钢Q345D连铸坯中大型夹杂物的研究

对低合金高强度结构钢Q345D连铸坯中大型夹杂物的类型、数量、尺寸以及分布情况进行了研究,并通过示踪剂追踪分析了钢中夹杂物的来源。研究表明:正常铸坯中的大型夹杂物的含量为26.76mg/10 kg,粒度分布在50～100μm;有SiO2夹杂、SiO2-CaO-Al2O3复合夹杂和硫化物夹杂等3类,主要来源于脱氧产物,其次为结晶器保护渣、中包覆盖剂和钢包渣的卷渣。     

120 t LF精炼过程搅拌强度对Q195低碳钢中大尺寸夹杂物数量的影响

采用"120 t BOF→LF→Ca处理→160 mm × 160 mm CC"工艺生产的Q195钢。示踪检验得出,当LF精炼过程氩气流量在300～600 L/min时,50 × 400 mm²检验面积中,铸坯中≥27 μm大尺寸夹杂物31个,主要来源于LF精炼渣卷渣、钙处理生成的CaS、水口内壁材质剥落和钢中内生大尺寸钙铝酸盐夹杂物,其中由LF精炼渣卷渣形成的大尺寸夹杂物所占比例为29.1%。通过精炼全程将氩气流量由300～600 L/min降低至100 L/min,发现可以显著降低精炼渣卷渣形成的大尺寸夹杂物数量,同样的检测面积≥27 μm夹杂物降至19个。     

卷渣类夹杂物在结晶器钢液中成分转变的动力学模型

国内某厂镀锡板缺陷处夹杂物主要来自结晶器保护渣的卷入,但其成分与结晶器保护渣有明显差别。为了进一步研究这种成分差别的原因,建立了耦合热力学平衡和动力学扩散的结晶器卷渣类夹杂物的成分转变动力学模型,明确了卷渣类夹杂物的尺寸和密度对其成分转变的影响规律,并通过对结晶器和液相穴内的钢液流动和夹杂物运动的数值模拟研究了夹杂物在钢液中的停留时间。结果表明:结晶器保护渣卷入钢液后与钢液不断发生反应,成分会发生明显改变。卷渣类夹杂物转变为缺陷处夹杂物所需要的时间与夹杂物尺寸以及夹杂物密度有关,夹杂物的尺寸和密度越大,转变为缺陷处夹杂物成分所需的时间越长。卷渣类夹杂物转变为缺陷处夹杂物所需时间与夹杂物尺寸呈幂函数关系,与夹杂物密度呈二次函数关系。夹杂物在钢液中的平均停留时间随夹杂物直径的增大而减小,并且随着拉速的增大而减小。小尺寸夹杂物一旦被卷入钢液中,将有充足的时间转变为缺陷处的成分。大尺寸夹杂物在钢液中的平均停留时间小于成分转变时间,但最大停留时间远大于成分转变所需时间,表明部分大尺寸夹杂物依然具有充足的停留时间转变为缺陷处的成分。      

钢包使用次数对钢水中非金属夹杂物形成的影响

瑞典Hagfors的Uddeholm Tooling进行了一项实验研究,以检验钢包釉面对钢水中非金属夹杂物形成的影响.钢水样取自不同处理阶段和不同使用次数的钢包.在光学显微镜下计算夹杂物数量时发现,脱氧前和钢包处理结束时,夹杂物总数随钢包使用次数的增加而增多,钢包使用18次以上时,增加明显.其中大部分是尺寸极小的夹杂物.钢水试样内总氧含量和溶解氧含量间的差值进一步证实了这一观察结果,也证明了夹杂物数量随钢包使用次数的增长而增多的结论.SEM-EDX分析表明,浇铸前有两种类型夹杂物,即一种是与3CaO*Al2O3成分极相近的氧化物夹杂,另一种是与第一种相似的氧化物及MgO相组成的夹杂.这一结果与钢包釉面渣渗透层内存在3CaO*Al2O3和MgO的报告结果一致.由此得出结论,钢包釉面是钢包处理过程中,工具钢内非金属夹杂的最主要来源.     

17-7PH沉淀硬化不锈钢电渣重熔过程洁净度的变化

采用35 t电弧炉-AOD脱碳-LF精炼-模铸工艺制备了17-7PH沉淀硬化不锈钢自耗电极,并通过气体保护电渣炉重熔得到了2 t重的电渣锭。利用ASPEX扫描电镜分析了电渣重熔前后17-7PH钢中夹杂物数量、尺寸、成分的变化规律,并采用SEM-EDS进一步观察夹杂物的形貌及组成。研究结果发现,电渣重熔后,O含量由6.6×10^-6降至5.7×10^-6,N含量由200×10^-6降至180×10^-6。重熔前后夹杂物的类型没有变化,重熔后总的夹杂物数量大幅减少,特别是大颗粒夹杂物的数量明显减少、尺寸减小。电渣锭中总的夹杂物以AlN夹杂物为主,其尺寸较大、数量最多。为了提高17-7PH钢电渣锭的洁净度,应尽可能减少自耗电极中的N含量,以减少电渣重熔过程AlN夹杂物的生成量。     

铝镇静特殊钢B类非金属夹杂物原因分析与控制

对某钢厂复吹转炉→LF钢包精炼→RH真空处理→连铸的冶金流程生产的棒材的超标B类非金属夹杂物通过扫描电镜和能谱进行形貌和化学成分分析,夹杂物主要分为2类,即CaO- Al2O3- SiO2- MgO- (F)系与Al2O3系。通过夹杂物的化学成分和形貌确定超标的B类非金属夹杂物主要来源分别是连铸钢包下渣和连铸过程二次氧化等。通过提高连铸钢包长水口氩封氩气流量、优化长水口“碗口”结构和调整连铸钢包下渣系统灵敏度等方面,棒材的B类非金属夹杂物的平均合格率从93.2%提高到97%以上。     

RH精炼过程非金属夹杂物

 以200t钢包RH精炼装置为原型建立了1∶5水模型,分析了实际工艺条件下RH上升管吹气量对卷渣的影响。结果表明,当上升管吹起量为120m3/h时,发生平稳、均匀的卷渣,有利于钢渣反应,根据水模型结果在RH上进行了试验,并通过系统取样,采用金相显微镜、图像分析仪和扫描电镜对比研究了用和不用预熔渣处理的无取向硅钢在精炼过程的夹杂物的数量、尺寸分布以及夹杂物的类型演变情况。经过定量比较发现,在有预熔渣的情况下,RH真空处理后,钢中Al2O3夹杂物变性为CaO-MgO-A12O3的复合夹杂物,并且夹杂物数量和尺寸明显变小。     

高品质冷轧薄板钢中非金属夹杂物控制技术

 能够造成冷轧薄板表面缺陷的钢中夹杂物主要是簇群状Al2O3、“Ar气泡+Al2O3”和结晶器保护渣卷入形成的大型夹杂物。在正常稳定连铸条件下,目前已能够做到对结晶器保护渣卷渣形成夹杂物加以有效控制。在各类非稳浇铸铸坯中,浇次开浇头坯的品质降低最严重,浇次尾坯中保护渣卷渣形成的夹杂物数量明显多于正常坯,炉-炉间交接坯和快换浸入式水口期间浇铸铸坯中,来源于保护渣卷入形成的夹杂物数量也多于正常坯试样。首钢京唐公司生产冷轧薄板钢类,在1.0～2.0m/min拉速范围,大型夹杂物随拉速增加呈减少趋势,对此应加以关注。研究发现,尺寸100μm以上的有害夹杂物主要存在于铸坯2mm表层内,生产“无表面缺陷”要求的汽车外板,应该采用铸坯表面清理。     

冲压用钢中大型夹杂物的研究

采用大样电解法对冲压用钢铸坯中大型夹杂物进行了研究,分析了大型夹杂物粒径分布规律,并利用扫描电镜分析了夹杂物的类型。研究结果表明,大型夹杂物主要为复合型夹杂物,其粒径主要分布在140～300μm之间。同时大部分夹杂物都含有少量的K、Na、Mg、Ti元素,其主要来自钢水的脱氧产物、卷渣、卷入引流砂以及钢包炉的内衬侵蚀等4个途径。生产中,应确保吹氩时间,保证脱氧产物充分上浮;避免结晶器液面波动,减少结晶器卷渣;钢包开浇时尽可能移除引流砂,减少大型夹杂物。     

QD08钢中Ds类夹杂物形成原因及控制

 QD08钢因其特殊的工作环境,要求具有较高的抗疲劳特性,而Ds类夹杂物是削弱QD08钢抗疲劳性能的主要原因。为了探究Ds类夹杂物的形成原因及调控方法,解决Ds类夹杂物超标问题,对该钢种炼钢-精炼-连铸全流程进行取样分析。分析结果表明,影响QD08钢疲劳性能的Ds类夹杂物主要成分为CaS-Al₂O₃-MgO-CaO,其尺寸在15~30 μm范围内波动,主要在LF精炼钙处理操作后开始出现。QD08钢中Ds类夹杂物是以钙镁铝酸盐为核心骨架,外围包裹CaS而形成的。结合夹杂物的成分分布,确定了钢中钙含量高不利于QD08钢中Ds类夹杂物的控制,被改性后的夹杂物熔点低,与钢液润湿性强而难以穿过钢渣界面进入到渣中,且夹杂物在钢液中易聚合长大,造成夹杂物尺寸的增加,为Ds类夹杂物的形成提供了条件。提出在精炼环节采用高氧化钙溶解度精炼渣和微钙处理工艺优化方案,并进行了工业验证试验。通过微钙处理保证了必要的夹杂物改性,可防止水口结瘤,配合减小中间包液面的波动,控制合适的拉坯速度,可避免钢包下渣和卷渣现象的发生。控制更多的夹杂物成分分布在非液相区,抑制了夹杂物的碰撞长大,使得Ds类夹杂物等级降低。试验结果表明,QD08钢中影响其疲劳性能的Ds类夹杂物得到了控制,初检合格率由93.6%提高至98.0%,为企业带来了直接的经济利益。     

低碳铝镇静钢连铸头坯夹杂物

利用氧氮分析仪和大样电解法对某厂采用210t BOF—220t LF—CC所生产的低碳铝镇静钢不同浇铸长度头坯夹杂物进行研究,并与正常坯相比较,得到结论如下：随着浇铸长度的增加,头坯中w(T［O］),w(［N］)和大型夹杂物数量均逐渐下降;头坯中夹杂物主要为TiN,SiO2,Al2O3-SiO2和Al2O3-MgO-CaO复合夹杂物,另外还发现少量的MgO夹杂物;头坯夹杂物数量增加的主要原因是钢水二次氧化、中间包覆盖剂和结晶器保护渣卷入;另外,钢包引流砂和中间包内衬也是导致头坯中夹杂物数量增加的原因。建议该厂该低碳铝镇静钢头坯的切废长度为大于4.0m。     

钢包底吹去除夹杂物的水力学模型

采用水力学模型方法对40t钢包单底吹去除钢水中夹杂物的行为进行了研究,分析了元件类型、渣层厚度、位置和流量等对夹杂物去除的影响规律。结果表明:在钢包底吹过程中钢水内夹杂物的去除率方面,弥散式透气砖均优于狭缝式底吹元件;底吹位置越靠近钢包中心时,去除夹杂物的效果越佳;在实验条件下渣层越厚,夹杂物去除率越高;底吹氩去除夹杂物存在一个最佳流量值。