連鑄板坯浸入式水口吹氬工藝研究

賈冬冬 姜恩會(huì) 張文濤

( 河鋼承鋼板帶事業(yè)部， 河北 承德  067001 )

摘要:

研究了浸入式水口吹氬工藝對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室物理模擬,實(shí)施了。分析結(jié)果表明，目前在連鑄板坯浸入式水口吹氬工藝設(shè)置上存在一定誤區(qū),應(yīng)將水口不堵塞作為吹氬工藝設(shè)置的最終目標(biāo),而吹氬造成的液面波動(dòng)等情況可作為實(shí)際控制時(shí)的間接參考依據(jù)。實(shí)際吹氬量標(biāo)準(zhǔn)大斷面臨界吹氬量可稍大，同樣斷面條件下，高拉速吹氣量設(shè)置小而低拉速則吹氣量設(shè)置大。在保證生產(chǎn)順行情況下，通過(guò)對(duì)結(jié)晶器吹氬氣量的優(yōu)化設(shè)置，可減少鑄坯針孔等缺陷的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：吹氬; 浸入式水口; 結(jié)晶器; 連鑄板坯; 質(zhì)量; 非穩(wěn)態(tài); 工藝

板坯連鑄澆注時(shí)進(jìn)行浸入式水口吹氬,氬氣主要通過(guò)上水口、塞棒或滑板進(jìn)入結(jié)晶器,其目地在于對(duì)水口進(jìn)行清掃,防止結(jié)瘤堵塞以及鋼液二次氧化，延長(zhǎng)水口壽命，進(jìn)入結(jié)晶器中的氬氣急劇膨脹上浮,有利于帶走鋼水中夾雜物。但是,在結(jié)晶器內(nèi)，氣泡及其吸附的夾雜物可能被凝固坯殼捕獲，形成鑄坯皮下缺陷；另外，氣泡從保護(hù)渣層逸出時(shí)會(huì)對(duì)鋼液表面產(chǎn)生擾動(dòng),產(chǎn)生不利的表面湍流，形成鑄坯表面缺陷。

因此，針對(duì)不同生產(chǎn)狀況和設(shè)備條件，選擇合理吹氬量及方式是連鑄工作者必須重視的。

本文研究對(duì)象為直弧型高拉速板坯連鑄機(jī),斷面200mm×(900～1600)mm,設(shè)計(jì)平均工作拉速1.2m/min以上。浸入式水口吹氬通過(guò)塞棒和上水口進(jìn)行。采用了水模試驗(yàn)、低倍冷蝕檢驗(yàn)以及金相分析等手段,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取樣,分析了穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)澆注條件下水口吹氬對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響,重點(diǎn)關(guān)注了針狀氣孔產(chǎn)生,討論了如何合理設(shè)置吹氬工藝。

1水模試驗(yàn)

通過(guò)水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)浸入式水口吹入惰性氣體后結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)特征進(jìn)行了研究,在不同的拉速和結(jié)晶器斷面等工藝參數(shù)下,要防止液面劇烈波動(dòng)及卷渣等現(xiàn)象的產(chǎn)生,存在對(duì)應(yīng)臨界吹氣量(q臨)。 q臨近似與結(jié)晶器內(nèi)鋼液澆注流量Q成正比,將其回歸成一元方程為q臨=0.0841×Q-19.97(式中q臨和Q的單位為L/min), 見(jiàn)圖1。

在實(shí)際生產(chǎn)中,這些工藝參數(shù)應(yīng)調(diào)整相互匹配,以使結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)達(dá)到理想狀態(tài)。  依據(jù)澆注流量(結(jié)晶器過(guò)量)與拉速斷面的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以得出不同斷面、拉速情況下的臨界吹氣量。如結(jié)晶器斷面900mm×200mm情況下,不同拉速對(duì)應(yīng)臨界吹氣量見(jiàn)表1 。  

2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況,建立了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方案。試驗(yàn)分為兩部分:首先是對(duì)結(jié)晶器內(nèi)有無(wú)吹氣時(shí),鑄坯針狀氣孔產(chǎn)生情況進(jìn)行比較分析。由于連鑄機(jī)開(kāi)澆后的一段時(shí)間結(jié)晶器內(nèi)沒(méi)有吹氣

,而澆注末期的前一段時(shí)間仍進(jìn)行吹氣,因此,選用開(kāi)澆后和終澆前的鑄坯,對(duì)這兩種條件下的鑄坯樣進(jìn)行對(duì)比;其次,根據(jù)水力學(xué)模擬得出的臨界吹氣量與澆注流量間的關(guān)系,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)正常澆注條件下的吹氣參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置,并進(jìn)行鑄坯樣的采集和分析,與原有工藝條件鑄坯質(zhì)量作對(duì)比分析。在開(kāi)澆和澆末的鑄坯上進(jìn)行取樣,每塊鑄坯上間隔1m取樣1塊。連鑄機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)時(shí)的斷面分別為1050mm×200mm, 1150mm×200mm。根據(jù)臨界吹氣量與澆注流量間的關(guān)系,在不同拉速條件下,設(shè)定了兩種斷面對(duì)應(yīng)吹氣量。

3現(xiàn)場(chǎng)取樣記錄

    取樣時(shí)澆注的低碳鋼鋼種為SPHC。對(duì)開(kāi)澆頭坯和終澆尾坯試樣按取樣方案進(jìn)行了采集,記錄見(jiàn)表2。試驗(yàn)鑄機(jī)吹氣方式,除了外裝水口的氬封外,采用上水口吹氬與塞棒吹氬相結(jié)合,因此在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中應(yīng)保證兩部分吹氣量總和不超過(guò)當(dāng)前拉速條件下的臨界吹氣量�，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí),當(dāng)鑄機(jī)拉速保持穩(wěn)定后,根據(jù)當(dāng)前拉速對(duì)應(yīng)的臨界吹氣量q臨,將吹氣量控制在q

臨以內(nèi)進(jìn)行澆注,并對(duì)鑄坯低倍樣進(jìn)行采集,試驗(yàn)條件見(jiàn)表3。

4結(jié)果分析

根據(jù)YB/T400321997和GB22621991,對(duì)鑄坯試樣進(jìn)行了低倍評(píng)級(jí),頭坯和尾坯試樣檢驗(yàn)結(jié)果表明開(kāi)澆后未進(jìn)行吹氣時(shí),根據(jù)鑄坯檢測(cè)結(jié)果,鑄坯內(nèi)部基本上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)針狀缺陷,而澆注末期,由于繼續(xù)進(jìn)行吹氣,因此在鑄坯試樣上可檢測(cè)到針狀氣孔缺陷。  本次試驗(yàn)與前期試驗(yàn)金相檢測(cè)結(jié)果相似,根據(jù)金相試樣數(shù)據(jù)表明,開(kāi)澆后2號(hào)坯沒(méi)有檢測(cè)到氣孔，而在澆注尾坯上發(fā)現(xiàn)較大氣孔。

頭尾坯金相檢測(cè)結(jié)果

從本次的低倍檢測(cè)和前期試驗(yàn)的金相分析可以看出,只要生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行吹氣，結(jié)晶器內(nèi)就存在氣孔產(chǎn)生源,容易在鑄坯中形成氣孔缺陷,鑄坯中的針狀氣孔主要是由吹氣所致。  原有吹氣條件下鑄坯針狀氣孔評(píng)級(jí)結(jié)果見(jiàn)表4。在原吹氬工藝條件下,低倍評(píng)級(jí)發(fā)現(xiàn)針孔狀氣孔0.5級(jí)占統(tǒng)計(jì)鑄坯的81.8%。吹氬工藝改進(jìn)后,針孔狀氣孔缺陷等級(jí)在0.5級(jí)以內(nèi),未發(fā)現(xiàn)有1.0級(jí)針狀氣孔,

根據(jù)低倍評(píng)級(jí)結(jié)果,針狀氣孔比原有工藝降低了61.8%，見(jiàn)表5。試驗(yàn)過(guò)程未出現(xiàn)因?yàn)闇p少吹氬量而導(dǎo)致水口明顯堵塞的情況�？梢�(jiàn),通過(guò)對(duì)吹氣量的優(yōu)化設(shè)置，使之與工藝生產(chǎn)條件相匹配,可以大大降低正常生產(chǎn)過(guò)程中鑄坯氣孔。

通過(guò)對(duì)吹氣量的優(yōu)化設(shè)置,很好地控制了鑄坯中針狀氣孔缺陷。

5結(jié)論

浸入式水口以及塞棒(滑板)、上水口等位置的吹氬在板坯連鑄生產(chǎn)中具有非常重要的作用,影響到連鑄生產(chǎn)的順行、保護(hù)澆注、結(jié)晶器流場(chǎng)、保護(hù)渣熔化以及最終的鑄坯質(zhì)量等多個(gè)方面。本文針對(duì)試驗(yàn)鑄機(jī),對(duì)于合理的吹氬方式、判斷標(biāo)準(zhǔn)以及改進(jìn)方向等多方面進(jìn)行了試驗(yàn)、分析和探討根據(jù)有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果及分析討論,得出以下結(jié)論。

( 1)在斷面200mm×(1050～1150)mm、拉速1.0～1.2m/min條件下,塞棒與上水口試驗(yàn)吹氬量在3.0～4.5L/min時(shí),試驗(yàn)鑄機(jī)鑄坯氣孔發(fā)生率等質(zhì)量有顯著改善。

(2)浸入式水口吹氬是鑄坯針狀氣孔的主要產(chǎn)生源,無(wú)法完全消除。在開(kāi)澆等非穩(wěn)態(tài)澆注時(shí)不吹氬未發(fā)現(xiàn)針狀氣孔缺陷,而澆注過(guò)程中只要

吹氬,鑄坯中就存在氣孔缺陷。  

(3)浸入式水口吹氬的目的主要是使水口不堵塞,而吹氬形成液面波動(dòng)等情況可作實(shí)際控制時(shí)的間接參考依據(jù)。液面波動(dòng)再小,只要無(wú)堵塞隱患就少吹氬甚至不吹。理想狀態(tài)是除了密封外不吹氬。

(4)臨界氬氣量模擬研究,水口堵塞一般難以模擬,試驗(yàn)室選取試驗(yàn)以液面波動(dòng)、卷渣等現(xiàn)象為標(biāo)準(zhǔn)。沒(méi)考慮高拉速的沖刷作用以及鋼水條件對(duì)堵塞嚴(yán)重程度的影響。得到的數(shù)值一般偏大,仍需要優(yōu)化或讓步接受。  

(5)通過(guò)對(duì)結(jié)晶器吹氬氣量的優(yōu)化設(shè)置,可降低鑄坯針孔等缺陷的產(chǎn)生。實(shí)際生產(chǎn)中吹氬量偏高,偏于防止浸入式水口堵塞,均存在矯枉過(guò)正的情況，應(yīng)在保證生產(chǎn)的情況下，控制吹氬量提高產(chǎn)品質(zhì)量。

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