含钛不锈钢连铸保护渣的研究

连铸保护渣作为结晶器与铸坯之间相互作用的介质,对含钛不锈钢的的连铸工艺顺行和铸坯质量改善影响显著.针对含钛不锈钢连铸过程中出现的冷皮问题,通过分析连铸结晶器内渣-金界面反应,钛化物在连铸保护渣中的溶解吸收行为,及其对于连铸保护渣理化性能和冶金性能的影响作用,探讨了含钛不锈钢连铸保护渣的主要研究方向.     

保护渣对铝钛系夹杂物溶解的吸收规律

以CaO-SiO₂-Al₂O₃-Na₂O-CaF₂-MgO为基础渣系,采用旋转动力学方法研究了不同碱度、BaO质量分数(0~15%)、B₂O₃质量分数(0~15%)对连铸保护渣吸收Al₂O₃或TiO₂速率的影响以及吸收前后矿相变化。结果表明,保护渣吸收TiO₂的速率要远大于吸收Al₂O₃的速率;添加BaO或B₂O₃后均能提高保护渣吸收Al₂O₃和TiO₂的能力;保护渣主要物相为钙镁黄长石(2CaO·MgO·2SiO₂)、钙铝黄长石(2CaO·Al₂O₃·2SiO₂)、枪晶石(3CaO·2SiO₂·CaF₂)及玻璃相(Na₂O·Al₂O₃·SiO₂);添加BaO后,钙镁黄长石转变为重硅酸钡钙镁(2CaO·MgO·2SiO₂·BaO),并抑制黄长石和枪晶石晶体长大;当添加B₂O₃的质量分数不低于10%,保护渣形成的物相为玻璃相。试验条件下,不同碱度的保护渣和添加B₂O₃的保护渣中TiO₂仍以TiO₂形式存在,而在添加BaO的保护渣中,TiO₂形成钙钛矿。     

含钛超低碳钢连铸浸入式水口结瘤机理的研究

通过对含钛超低碳钢连铸浸入式水口结瘤物的物相及钢中夹杂物的类型进行分析,研究了浸入式水口的结瘤机理,并提出了改进措施。结果表明,浸入式水口的主要结瘤物为Al2O3和Fe Al2O4夹杂;钢中夹杂物主要为Al2O3-Ca S类、纯Al2O3类以及复杂的Al2O3-Mg O-Ca S-Mn S夹杂物,与水口结瘤物的物相一致。为了改进水口结瘤,其根本方法是降低钢液中Al2O3夹杂的含量。     

高碳钢连铸保护渣的性能

为了研究高碳钢保护渣在连铸过程中的匹配性,对典型工业高碳钢保护渣的熔化、润湿、黏度、渣膜分布,以及传热性能进行研究。结果表明,4个高碳钢保护渣的开始熔化温度范围为1 110~1 129 ℃,润湿角范围为30.1°~37.8°,黏度范围为0.210~0.312 Pa·s,转折温度范围为1 046~1 130 ℃,渣膜的液态层比例为14.7%~18.9%。其中,1号高碳钢保护渣熔化温度较低(熔化区间1 110～1 345 ℃)、黏度较低(0.264 Pa·s)、渣膜液态层较高(比例为18.9%)、转折温度(1 059 ℃)和控热能力均适宜,表明该渣在高碳钢连铸结晶器中可以迅速熔化,形成足够的液态渣,并从弯月面渗入渣道,形成均匀的渣膜,从而润滑铸坯,避免黏结漏钢和裂纹等缺陷,保障高碳钢连铸的顺行。     

BN对IF钢连铸结晶器保护渣理化性能的影响

采用BN替代碳质材料,研究BN对IF钢连铸保护渣理化性能的影响,在此基础上设计开发出IF钢新型连铸保护渣.新型连铸保护渣在熔化特性、粘性特征、夹杂物吸收能力和结晶性能等方面与传统连铸保护渣十分接近.新型骨架粒子BN可以使连铸保护渣熔化温度、熔化速度、粘度和结晶温度减小、Al2O3吸收速率增大.采用新型连铸保护渣可以彻底解决IF钢的结晶器内增碳问题,不会发生IF钢增硼问题,而在非稳态浇注条件下可能发生增硼反应.     

连铸保护渣性能研究进展

连铸保护渣性能直接影响钢材表面质量。本文综述了保护渣化学组成、保护渣矿物组成、保护渣熔化性能、保护渣熔渣池深度性能、保护渣熔渣的渗入和均匀性、高拉速连铸保护渣的研制、保护渣熔渣的黏度性能的研究技术成果及应用。     

连铸结晶器保护渣性能改进

本文阐述连铸保护渣性能改进的最新研究,涉及在颗粒保护渣中加膨胀剂,使用放热型开浇保护渣,改进保护渣添加技术,开发中碳钢高速连铸用保护渣,使用高粘度保护渣,以及保护渣成分对二次冷却水质的影响。     

连铸保护渣的选用

本文概述了连铸通用型板坯,高拉速板坯,薄板坯和方坯等的结晶器所用保护渣的选用,以及在选用时应注意的方面（钢种,保护渣耗量,液渣层厚度,熔化速度,振动参数等）。     

连铸保护渣组分对熔渣表面张力的影响

保护渣的表面张力是研究钢渣界面反应的重要参数,其大小直接影响钢渣分离和液渣吸收夹杂物的能力.采用拉筒法测定了板坯连铸保护渣的表面张力,研究结果表明:在本实验条件下,碱度降低,保护渣体系表面张力随之降低;相反,碱度升高,体系表面张力随之增大;Al2O3能使熔渣的表面张力升高,为非表面活性物质;Na2O,F-能降低熔渣的表面张力,为表面活性物质.     

夹杂物对15MnB钢冲击性能的影响

15MnB钢的化学成分和生产工艺决定了材料中极易出现MnS和TiN这两种夹杂物,研究了15MnB钢中S、Ti两种元素对夹杂物的产生及冲击性能的影响。设计不同S元素、Ti元素含量的15MnB钢,采用相同锻造、轧制及热处理工艺处理后,检测其冲击性能。采用光学显微镜观察试样的显微组织和夹杂物形貌,并用扫描电镜及能谱仪对夹杂物的化学成分进行检测。结果表明:S元素含量≤0.0029%,Ti元素含量≤0.03%时,15MnB钢的冲击性能最优;S元素含量≤0.0029%时,材料中形成的夹杂物数量少且尺寸小,15MnB钢的冲击性能稳定性随其含量减少而增强;Ti元素含量≥0.06%时,材料中会形成大量尺寸较大的TiN导致15MnB钢冲击性能大幅度降低。为了获得良好且稳定的冲击性能,建议企业在生产15MnB钢时严格控制夹杂物种类和等级,具体要求:D类(细系)≤1.0级、TiN≤0.5级,不应存在其他类型的夹杂物。     

易切削钢连铸保护渣开发与应用

针对湘钢炼钢厂易切削钢轧后盘条裂纹缺陷严重的问题,系统分析并明确了缺陷成因,主要为保护渣不匹配所导致的铸坯表面缺陷的延伸。在此基础上,提出了开发应用较高黏度、较低熔速、较高热阻的专用保护渣的技术思路和解决方案。采用新型专用保护渣后,连铸坯表面质量良好,轧后盘条表面经热眼检测长裂纹消除,短裂纹缺陷数量由平均每盘0.95处降至0.06处。铸坯和轧后盘条裂纹缺陷得到有效抑制,表面质量大幅提升。     

保护渣黏度对连铸润滑影响的模拟仿真

保护渣的黏度是评价连铸过程润滑效果的重要指标,合适的黏度是保证连铸过程均匀润滑和传热的关键。基于多相流和热焓-多孔介质模型,建立了二维非稳态模型研究结晶器振动过程弯月面处液渣的流动行为,对比了不同黏度的保护渣的润滑过程的差异。黏度测试结果表明,超低碳钢保护渣添加质量分数9%的Al₂O₃后,保护渣高温(1 300 oC)黏度明显升高,黏度-温度曲线特征表明保护渣逐渐由结晶渣变成玻璃渣。计算结果表明,黏度增大后,弯月面处液渣的流动速度减小,液渣膜厚度减薄,渣消耗量减少,且在不同的振动周期内液渣膜厚度和渣消耗量变化无明显的周期性变化。     

高拉速薄板坯连铸中碳钢保护渣开发与应用

针对在高拉速情况下薄板坯连铸过程中频繁出现"冷齿"、黏结以及铸坯表面纵裂纹较多等问题,依据中碳钢凝固收缩特性并结合现场实际生产情况,开发了一种适合在高拉速情况下薄板坯中碳钢连铸用保护渣。生产实践表明,在拉速提高后,使用新型保护渣基本避免了铸坯表面纵裂纹的产生,也无"冷齿"、黏结等报警现象出现,铸坯质量显著提高,完全满足生产要求。     

拉速对包晶钢镀锡板连铸坯中夹杂物的影响

为了研究提高拉速对包晶类镀锡板连铸坯中夹杂物的影响,采用自动扫描电镜研究了不同拉速下包晶类镀锡板连铸坯中夹杂物的分布规律。结果表明,将包晶类镀锡板连铸拉速从1.3 m/min依次提高到1.4和1.5 m/min时,结晶器液面波动大于3 mm的比例都小于0.40%。拉速为1.4和1.5 m/min下连铸坯厚度四分之一处大于3μm的夹杂物数密度平均值分别为1.15和1.36个/mm²,面积百分数平均值分别为0.001 9%和0.002 4%,均低于拉速为1.3 m/min时的测量值。将拉速从1.3 m/min提高到1.5 m/min过程中,结晶器液面控制平稳,连铸坯表层大于10μm夹杂物数密度和面积百分数均呈减小趋势,最终实现了包晶类镀锡板高拉速稳定的工业化生产。     

321不锈钢连铸水口结瘤的分析及控制

通过能谱分析、金相显微镜和扫描电镜对321生产过程中连铸水口结瘤物进行了成分分析、形貌观察和组成物检测,根据检测结果分析研究了水口结瘤的形成机理。结果表明,水口结瘤物中主要存在MgO-Al2O3-CaO系氧化夹杂物和TiN、Ti2O3。消除结瘤要通过改进AOD、LF炉脱氧及LF炉钢水钙处理工艺、加强连铸过程控制等措施来实现。     

氧化硼对保护渣中TiO2溶解动力学的影响

含钛钢连铸过程中,部分TiO₂夹杂物进入保护渣,导致渣性能恶化,进而影响铸坯质量。采用旋转法,研究了TiO₂在保护渣中的溶解速率与旋转速度、温度、B₂O₃含量等因素的关系。结果表明,TiO₂在保护渣中溶解速率与棒旋转的角速度的平方根成正比;且在温度升高时,TiO₂在保护渣中的溶解速率有明显的上升;在w(B₂O₃)=0～9%时,随着B₂O₃含量上升,TiO₂溶解速率升高,溶解活化能由162.99降至123.95 J/mol,但B₂O₃含量对溶解速率的影响要明显小于温度的影响。以上研究结果较好阐明了TiO₂在保护渣中的溶解机理,为含钛钢连铸过程提供一定的参考。     

水口结瘤对板坯连铸结晶器钢水行为影响的数值模拟

以230 mm×1 600 mm板坯连铸机结晶器为研究对象,采用CFD数值模拟的计算方法,建立了VOF模型,研究了连铸水口结瘤对钢渣界面波动与钢液流动行为的影响。研究结果表明,当水口无结瘤时,结晶器内流场为典型的双环流形貌。当水口有结瘤时,结晶器内水口两侧会出现严重的非对称流,结瘤侧流股范围小,非结瘤侧流股范围大。水口不结瘤一侧动能增大导致结晶器下涡心位置下降,会使钢液冲击深度增大;水口结瘤一侧水口因涡心位置较高,加剧了弯月面处的波动和钢渣表面的波动紊乱。结瘤情况下的钢液波动较大,最大波动差为4.03 mm;不结瘤情况下钢液波动较平稳,最大波动差为1.4 mm。     

板坯连铸保护渣分钢种应用技术

在当前连铸生产过程中,随着当前品种钢种类的不断增加和成分的不断优化,对板坯连铸保护渣提出了新的要求,需要保护渣根据分钢种设计理化指标来提高保护渣的适应性。生产实践表明,采用板坯连铸保护渣分钢种应用技术,在满足连铸稳定生产的基础上,提高了板坯的表面质量和角部质量,同比板坯合格率得到明显提升,为今后保护渣理化指标的设计提供了新方向。     

保护渣对430不锈钢铸坯表面质量的影响

针对太钢(TISCO)430不锈钢连铸坯表面存在结疤、凹陷等质量问题,采用半球点熔点仪、黏度仪、扫描电镜等方法,系统研究了保护渣理化性能、连铸结晶器振动参数以及冷却强度对表面缺陷的影响。结果表明,保护渣黏度低、结晶性能弱是造成铸坯表面缺陷的主要原因。为此,通过优化保护渣的化学成分,将保护渣的黏度由0.20提高至0.33 Pa·s,改善了渣膜的均匀性;碱度由1.00提高至1.16,提高了保护渣控制传热的能力。从而消除了铸坯结疤、凹陷等缺陷,实现了铸坯无修磨。同时,受保护渣中氟含量和黏度的影响,浸入式水口的寿命明显提升,连浇炉数由10炉提高到12炉。