连铸钢包长水口操控方式分析探讨

对连铸钢包长水口现有操控方式和新操控方式进行分析比较,从装备、操控形式、投资及适应性等方面探讨三种操控方式的发展前景.     

长水口吹氩生成微小气泡工业实验研究

在连铸生产中采用大流量长水口吹氩,并采用“冷钢片沾钢法”沾取中间包钢液试样,成功沾取了中间包钢液中微小氩气泡。冷钢片沾样表面气泡为中间包上部钢/渣界面和炉渣中氩气泡,尺寸主要位于1.0~3.0 mm,但该尺寸不能反映中间包钢液内部长水口吹氩生成气泡,冷钢片沾样内部气泡为钢液内部长水口吹氩生成的气泡。结合扫描电镜和共聚焦显微镜对沾取试样内部气泡形貌、尺寸和数量进行了分析,结果表明大部分气泡为独立圆形气泡,偶见少量粘连和聚合气泡;钢液内部氩气泡尺寸主要位于100~1000 μm,平均尺寸为500 μm左右;气泡在长水口出口及其下方较为弥散,气泡数量可达15.2 cm?2。采用扫描电镜结合能谱分析,发现部分气泡内粘附有夹杂物,有些气泡粘附多个夹杂物;气泡粘附Al₂O₃夹杂物的几率高于粘附CaO(?MgO)?Al₂O₃?SiO₂复合夹杂物的几率。      

钢包长水口形状对中间包内钢液流动特性的影响

通过物理模拟实验研究了在不同的中间包液位时使用喇叭形长水口和直通形长水口对单流板坯中间包内的流体流动特性的影响.实验结果表明:使用喇叭形长水口后的RTD曲线峰值较低,波动较小,流场较稳定,而且不存在短路流;使用喇叭形长水口后更有利于延长流体在中间包内的开始响应时间、平均停留时间和活塞流平均停留时间;中间包内的死区体积较小,活塞流体积较大,而且活塞流与死区体积的比值也更大.因此,在中间包液位上升时,使用喇叭形长水口后包内的流动模式组成更合理,这更有利于保证中间包内钢水的质量.     

长水口对连铸中间包钢液保护浇注作用的研究进展

全球钢铁产品很大比例上是通过连铸工艺生产的,而中间包保护浇注是连铸生产高品质洁净钢的关键环节之一。长水口是连接于钢包和中间包之间的耐材质通道,长水口的发明和使用在连铸技术发展过程中起到了重要的作用,并与中间包的保护浇注效果有着紧密的联系,具体包括防止稳态和非稳态浇注过程中的二次氧化和来源于空气/渣/耐材/引流砂等的污染。本文基于中间包钢液污染的来源和形式,引申出了长水口在这些方面可以起到的潜在作用,并回顾了长水口在连铸发展早期的发明、工业实验效果和不断优化的历程。工业实践证实了长水口优良的保护浇注功能,但其实际效果与长水口的结构和操作工艺紧密相关。因此,分析了不同的长水口结构（包括工业化的长水口和一些新的设计理念）对保护浇注的影响,重点评述了喇叭型长水口在改善钢液洁净度和提高生产效率方面的优势。讨论了长水口的浸入深度和偏斜等操作工艺参数与保护浇注之间的关系。结合新时期炼钢?连铸的发展形势,指出了未来长水口结构功能一体化的发展方向,具体表现在长寿化、轻量化、多功能化和绿色化等方面。      

钢包氩气流量对冷镦钢SWRCH35K中DS夹杂物的影响

在精炼进站时采用BaCO₃作为示踪剂,对比钢包底吹氩气流量对“120 t BOF→LF→CCM”流程生产的冷镦钢SWRCH35K中DS类夹杂物的影响。结果表明,氩气流量对精炼结束炉渣成分及夹杂物的类型无明显影响;精炼进站到精炼结束采用小氩气和正常氩气搅拌夹杂物密度分别降低4.5个/mm²和7.1个/mm²,精炼结束到中包两种工艺夹杂物变化相差不大,精炼正常氩气搅拌精炼结束、软吹后、中包含Ba的夹杂物比例比小氩气搅拌分别高51.5%、26.1%、39.3%。铸坯中DS夹杂物组成有单相、两相和三相。精炼采用小氩气搅拌和正常氩气搅拌铸坯中检测到含Ba的DS夹杂物占所有DS夹杂物的比例分别为28.6%和39%。所以,控制精炼过程中冶炼的氩气搅拌强度也是控制钢中DS夹杂物的关键。     

Ti对超低碳钢浸入水口堵塞的影响

针对鞍钢股份有限公司炼钢总厂2150 ASP中薄板坯铸机在浇注含Ti超低碳钢时水口堵塞严重的问题,分析了超低碳钢中Ti含量对水口堵塞的影响,通过优化RH工艺、顶渣改质、保护浇铸及提高耐材烘烤温度等措施,铸流换水口的频率由原来的平均1.7次/浇次降低到1.2次/浇次,单支浸入式水口的使用寿命由原来的平均88 min延长到119 min。     

钢包长水口内小气泡形成的研究现状与展望

钢液中微小夹杂物在连铸节奏时间内通过浮力自然上浮难以去除,利用高速流动的钢液将气体打碎成小气泡是去除钢液中微小夹杂物的一种可选措施。综述了钢包长水口内小气泡形成的研究现状及存在的问题,并利用化工领域对气泡在湍流液体中破碎与合并的相关研究成果,将其用于分析长水口内小气泡的形成过程。指出了最初气泡在长水口内高湍流区停留时间短是制约长水口内小气泡形成的主要因素,并对长水口内小气泡形成的控制方法进行了展望。     

浸入式水口结构对连铸大圆坯质量的影响

为研究不同结构的浸入式水口对大规格连铸圆坯质量的影响,以某钢厂生产断面直径为?500 mm的42CrMo连铸圆坯为背景,对使用侧孔浸入式水口和传统直通浸入式水口的使用效果开展研究。结果表明,采用侧孔浸入式水口浇铸时,结晶器进出水温差由传统直通水口的3.30℃提高至3.54℃;连铸圆坯中心疏松由1.5级改善至1.0级,中心偏析指数由0.93～1.21降低到0.98～1.02,近表层至近中心碳极差由0.050%～0.075%降至0.035%～0.053%,使用侧孔浸入式水口的连铸圆坯碳偏析得到改善;铸坯内弧侧表层至3/4R处氧化物夹杂物总量减少0.5个/mm²;铸坯从1/4R处向内长度不小于13μm的硫化物数量减少0.35个/mm²;轧材全氧质量分数平均降低0.000 12%,夹杂物中B类氧化物夹杂均在1.5级以内,钢中大尺寸夹杂物明显减少,钢的洁净度得到改善。     

钢包软吹氩时间对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

针对石钢60tLD-LF-VD-CC生产工艺,对4炉采用不同钢包软吹氩时间的GCr15轴承钢进行取样分析.采用金相显微镜和扫描电镜结合能谱分析,研究了4炉轴承钢中间包样品中夹杂物的尺寸分布及种类特征.结果表明,随着精炼后软吹氩时间的延长,GCr15轴承钢中全氧质量分数降低,中间包中的夹杂物平均直径减小,大于15μm的夹杂物比例也明显降低,但对夹杂物的种类没有明显影响.钢中夹杂物主要为Al_2O_3、MgO·Al_2O_3和MgO-Al_2O_3-SiO_2-CaO(CaS)夹杂物等,这与冶金热力学计算结果一致.     

Research and application of automatic control system of argon blowing at ladle shroud

Argon blowing at the ladle shroud requires the best flow control strategy to effectively avoid the secondary oxidation of molten steel, slag entrapment and heat loss during the casting of the tundish, and at the same time, give full play to the role of bubbles to remove inclusions. Therefore, an automatic control system for argon blowing at the ladle shroud was proposed. The data collected by S7-300PLC and software programming were used to adjust the argon blowing flow online in real time according to factors such as pouring and continuous pouring. On this basis, PID control algorithm and closed loop control mechanism were used for real time adjustment. The flow control valve ensures theminimum deviation between the actual value of the flow and the set value. The production data of this system in the first quarter of 2021 in a special steel plant show that the proportion of furnaces with an acid soluble aluminum (Als) loss percentage of less than 10% of each steel grade has increased by 5.52%, and the proportion of furnaces with an Als loss percentage of more than 60% has increased from 1% decrease to 0. The actual application results show that the use of the system improves the surface quality of the continuous casting slab and the performance of the final product.     

钢包长水口吹氩自动控制系统研究与应用

摘要：钢包长水口吹氩采用最佳的流量控制策略,能有效避免中间包浇注过程中出现钢液二次氧化、卷渣和热量损失等负面影响,同时,能充分发挥气泡去除夹杂物的作用。为此,提出钢包长水口吹氩自动控制系统,通过S7-300PLC采集数据及软件编程,根据开浇、连浇等因素在线调节吹氩流量,在此基础上运用PID控制算法和闭环控制机制实时调整流量控制阀,保证流量实际值与设定值偏差最小。此系统在某特钢厂2021年第1季度生产数据表明,各钢种连铸坯酸溶铝（Als）损失百分比小于10%的炉数比例上升了5.52%,Als损失百分比大于60%的炉数比例由1%下降为0。实际应用结果表明,该系统提高了连铸坯表面质量及最终成品性能。     

钢液中气泡和夹杂物的去除

熔池中钢液的流动、气泡以及夹杂物的大小都影响着钢液中夹杂物的去除率.研究表明,向上流动的钢液有利于夹杂物的上浮,几乎所有的夹杂物都能在钢液上升流中上浮.向下流动的钢液对夹杂物和气泡的上浮有阻碍作用,当气泡的直径小于1mm时其在钢液中将无法上浮.在钢包精炼吹氩过程中,应使用较小的吹氩量,一方面避免产生过大的气泡而降低底吹气体的利用效率,另一方面减小熔池内的钢液流速,促进气泡和夹杂物的上浮.但吹氩量也不宜过小,必须使气泡保持一定的尺寸来保证其充分上浮.在钢包精炼过程中选择吹氩量时,应综合考虑钢液流速和气泡大小的影响.     

钢包炉吹氩去除夹杂的影响因素分析

从钢包炉吹氩的原理出发,分析了精炼过程中搅拌功率、透气砖、氩气流量等因素对吹氩去除夹杂物的影响,并对钢包炉底吹氩制度提出了合理的建议,以满足钢液精炼的要求。     

VD过程钢渣混卷行为的水模型

通过水模型研究了VD精炼过程的钢渣混卷行为, 定义了钢渣临界半混和临界全混状态, 并对不同底吹气量、真空度、底吹位置下的混合状态进行了研究;分析了临界搅拌功率和流场稳定性对混卷行为的影响.结果表明:在实验条件下, 临界半混和临界全混气量随着真空度的增大而减小;2/3R双孔底吹位置的临界气量大于2/3R+中心孔底吹位置的;并基于导出的真空度与底吹气量拟合公式, 外推出真空度为67 Pa时实际生产过程中的临界气量;VD过程钢包流场特性主要受底吹位置影响, 并进一步影响混卷行为, 在稳定性流场中当钢渣混合达到同一状态时, 搅拌功率几乎是定值.     

精炼钢包缝隙式透气砖内钢液渗透行为

 研究分析了钢包缝隙式透气砖内钢液的渗透机理,并依据缝隙内渗透金属液的动量守恒及能量守恒,建立了描述缝隙内钢液渗透的数学模型,对钢液渗透的动力学行为进行了研究,理论计算结果与试验数据进行了对比。研究结果表明,透气砖缝隙内钢液渗透主要是由于黏附力达到极限导致的,渗透一旦发生,金属液会在较短时间内迅速渗入透气砖缝隙;受缝隙长度影响,钢液的渗透过程存在不稳定渗透阶段,之后渗透深度达到最大值,并不再发生变化,研究结果为底喷粉元件抗渗透性设计提供了依据。     

中间包双层挡墙钙镁质填料对钢液夹杂物的影响

带填料的双层挡墙是1种新型的中间包控流装置,选择合适的填料可以更好地去除钢液中夹杂物。研究了使用钙镁质耐火材料作为双层挡墙的填料时,钙镁质耐火材料中w(CaO)对去除钢液夹杂物的影响。研究发现:填入w(CaO)为20%的钙镁质耐火材料时,试样钢中单位面积的夹杂物减少12.92%;而填入w(CaO)为30%的钙镁质耐火材料时,试样钢中夹杂物减少了25.84%。可以看出,钙镁质耐火材料作为中间包双层挡墙填料可以强化中间包去除夹杂物的效果。     

吹氩钢脱氧铝消耗及脱氧工艺对夹杂物的影响

 由250 t转炉冶炼吹氩钢的生产数据分析,发现转炉脱氧工艺对脱氧铝消耗的影响大。出钢全脱氧工艺比半脱氧工艺的脱氧铝单耗高0.28 kg/t、脱氧铝利用率低8.3%;随转炉温度的上升或氧质量分数增加,脱氧铝单耗逐步增加,同时,转炉温度的上升会引起氧质量分数的增加。通过对SPHC板坯在两种脱氧工艺下的夹杂物分析,发现：宏观上两种脱氧工艺的全氧控制水平相当,约为0.002 0%;半脱氧工艺的氮质量分数为0.002 0%,全脱氧工艺时为0.002 5%。微观上,夹杂物主要为Al2O3、Al2O3-MnS、氧化物和[MnS/MnS-CuxS;]全脱氧与半脱氧工艺相比,Al2O3夹杂物平均尺寸小0.6 μm、Al2O3夹杂物比例低约25%、Al2O3-MnS夹杂物比例高约20%、硫化物比例低约5%。Al2O3夹杂物尺寸的减小易于Al2O3-MnS夹杂物的生成。     

Interaction between molten steel and different kinds of MgO based tundish linings

Abstract

Interactions between the molten steel and the refractory linings are of fundamental importance for the steelmaking industry. During the casting process, the steel cleanliness can be made worse because of the reoxidation of the molten steel in contact with the atmosphere and/or other sources of oxygen (refractories, top slag, etc.). In the industrial trial periods, four tundish refractory linings (preformed boards, two kinds of gunning materials and dry vibrating material, all MgO based refractories) were used in order to evaluate the interactions between the refractories and the molten steel. Owing to the small dimension of the tundish (5 ton) used in the continuous casting at Villares Metals SA, after casting, the chilled steel was cut in order to show, in a single section, the stopper, submerged entry nozzle, MgO ramming and the working refractory lining. Cross-sections of samples from the steel/refractory interface were investigated by electron probe microanalysis (EPMA). Four major aspects were observed at the steel/refractory interface: steel infiltration into the tundish refractory lining, mainly in the gunning materials; a steel oxidised layer formed at the steel/refractory lining interface; formation of a spinel layer between steel and tundish working refractory lining; and many particles were found in the steel phase, near to the steel/refractory interface, being a potential source of non-metallic inclusions.