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特钢连铸中间包冶金中间包冶金对高压管坯钢夹杂物的影响（江阴兴澄特钢有限公司）摘要：介绍江阴兴澄特钢在生产高压管坯钢方面的部分实践，阐述了中间包冶金对夹杂物的影响。通过在浇注环节采取的不同手段，找出了控制夹杂物的中间包冶金措施，改善了兴澄特钢高压管坯钢的实物质量。关键词：中间包；夹杂物；高压管坯钢1 前言高压锅炉管是大型火力发电站的关键设备，高压管坯钢是电站有锅炉设备的专用材。由于其使用条件恶劣、技术要求苛刻，因此要求高压管坯钢不但具有良好的工艺性能，更要具有耐高温、高压、耐腐蚀、抗热疲劳性能等保持锅炉长期持久安全运行的技术条件。为此需要严格控制夹杂物尺寸大小、形态和分布等。高压管坯钢是江阴兴澄特钢的主要产品之一，品种包括12Cr1MoVG、SA-210C、20G、15CrMoG以及T11、T12、T23等，质量档次较高，对夹杂物的要求相应地也比较高。由于长期生产特殊钢尤其是轴承钢所积累的经验，在精炼过程夹杂物物控制上有自己的独到之处，但为了进一步改善高压管坯钢的质量，满足高档次用户的需要，特别对中间包冶金进行了一系列研究。2 江阴兴澄特钢生产高压管坯钢生产流程EAF（30%铁水+70%废钢）偏心炉底出钢（炉后预脱氧）LF精炼VD真空脱气5流弧型连铸机，为了有效控制高压管坯钢的夹杂物，必须控制每一个生产环节的夹杂物含量，尤其要避免在中间包内钢液被二次污染。图1 兴澄特钢生产高压管坯钢生产流程3 高压管坯钢夹杂物控制现状为有效控制夹杂物，必须了解夹杂物的组成、大小及分布。经对高压管坯钢产品的大量检验，采用化学分析、扫描电镜、电子探针等方法分析氧化物、硫化物总量及大颗粒夹杂物含量。3.1 夹杂物大小 经对轧材检验过程发现的夹杂物进行定量分析，目前高压管坯钢中夹杂物一般的宽度都小于8m，长度都小于14m。且小于5m的夹杂占80%以上，但偶尔会出现长度100m以上的大颗粒夹杂物，对高压管坯钢成品使用性能影响很大。3.2 夹杂物形貌及组成分析如图2大颗粒夹杂物的组成，发现其主要是含镁的铝酸钙，并粘附有其它低熔点的氧化物，如SiO2 、Na2O、K2O等，可能的来源是耐材和钢水的二次氧化，以及保护渣的卷入造成。图2 大颗粒夹杂物形貌3.3 夹杂物的来源（1）从精炼到中间包过程，夹杂物主要以脱氧产物为主，主要是Al2O3，也有CaO、SiO2。中间包和连铸坯中尖角状Al2O3夹杂占多数。（2）连铸过程卷渣，说明连铸过程液位波动对夹杂物影响很大。（3）夹杂物分析中的MgO主要来源于中间包涂料以及中间包覆盖剂。4 中间包冶金夹杂物控制措施随着冶金工艺技术的发展，中间包已经不再是简单的过渡容器，而是一个连续的冶金反应器。将钢水精炼的有关措施移植到中间包内，以进一步净化钢液，达到生产高品质高压管坯钢的目的。4.1 做好保护浇注，防止二次氧化在连铸生产中从大包中间包结晶器采用保护渣全过程保护浇注，主要是防止钢液二次氧化，从而提高连铸坯质量。在现场抽取了不同炉次从VD处理结束到中间包过程取样分析，发现从大包到中间包平均增氧2.13.3ppm，说明从大包到中间包明显存在吸气过程，反映出在浇注过程中钢水存在二次氧化。通过改进长水口密封圈、吹氩量等措施，大包到中间包平均增氧0.71.5ppm，有效避免了二次氧化。中间包到结晶器采用浸入式水口保护，并使用保护渣以隔绝空气与钢水接触。连铸保护渣的作用是保温、润滑、防止钢水二次氧化，吸收上浮夹杂物，改善结晶器内传热状况。因此，向结晶器加入保护渣时，应在开浇渣基本消除后才加入，保护渣采用自动加入与手动加入相结合，保证少量、均匀的加入。当液面波动时，保护渣加入应在液位上升过程中加完，并加在结晶器中心。4.2 增加中间包容量，保证液面高度中间包容量决定着钢水在中间包中停留的时间。钢水在中间包中的停留时间越长，夹杂物因有充足的时间上浮，排渣率就越高，钢水就越干净。为增加钢水在中间包的停留时间而采用大容量、深熔池的中间包。增大中间包容量能够净化钢液不仅能够延长钢水在其内的停留时间，有利于夹杂物的上浮，还可使换大包时铸机不减拉速。这既可提高铸机产量，又可防止因低于临界面时产生旋涡，使钢渣卷入结晶器。中间包内的钢水排渣率随中间包液面高度的增加而显著提高。其主要原因在于：一方面因钢液高度的增加而增加了中间包内钢水的有效容积，从而延长了从中间包液面到中间包水口之间的距离，增加了钢液中间包内的停留时间；另一方面因钢液高度的提高使中间包冲击区带有保护渣的钢液难以通过挡渣墙的导流孔直接进入中间包水口区，从而减少了大颗粒夹杂进入结晶器的机会。大量的试验和生产实践表明，中间包液面高度大于800mm时有利于夹杂物的上浮，可减少铸坯内在夹杂物的上浮，可减少铸坯内在夹杂缺陷。4.3 合理设置挡墙，改善中间包流场 确保钢液在中间包流体力学的最佳化是设计中间包时必须考虑的问题。故连铸工艺对中间包包形设计的主要要求有三点：其一，包形应有利钢液流动，无死角区；其二，包内各点温度场分布均匀，有利于顺利开浇，特别是多流中间包；其三，便于合理设置挡渣墙，有利于夹杂上浮和排除；对于多流中间包来说，以选择T字形中间包较为合理。针对兴澄特钢五流大方坯连铸机铸坯断面（300300 mm）和最大工作拉速（0.8 m/min.）等工艺条件，进行了中间包内钢水流动、混合、传热和夹杂物运动等冶金行为的数值计算，在考察挡墙作用和影响的基础上，从提高钢水平均停留时间和减小流间差异等角度对挡墙设置方式和尺寸位置等进行了优化。图3 中间包挡墙设置优化方案平面示意图如图3挡墙设置优化后的钢水流动在基本形式上发生了本质的变化，比较突出的方面包括： （1）来自长水口的钢水进入中间包后受到了主挡墙的明显约束，挡墙之间的钢水形成了强烈的内循环流，同时透过主挡墙底部开孔向两侧流出口运动的钢水具有明显的射流特征；（2）水射流的前行受到了3、4 #“矮坝”的阻碍，被迫折返向上沿熔池表面运动而最终导致中间包两侧分别形成了一个抛射流股，抛射流股的的形成完全消灭了3、4流出口短路流；（3）右侧抛向4、5流出口的钢水射流具有恰当的强度，来流流股基本上在4、5流出口中部形成分流，可保证钢水基本同时到达4、5流出口；图4 挡墙设置优化前、后中间包各流出口钢水夹杂物排除率对比从图4可以看出，挡墙优化设置从提高钢水平均停留时间角度改善了夹杂物由钢水中排除的效果，除1、2流外，其它各流的夹杂物排除率均有不同程度提高，尤其以3、5流最为显著。就整体情况来看，挡墙优化设置使夹杂物平均排除率由50.7%上升到了58.2%，夹杂物上浮排除在总排除量中的比例也因钢水平均停留时间的影响发生了明显变化。5 结语（1）来源于脱氧、二次氧化、钢液与耐火材料反应生成的Al2O3高熔点氧化物是造成钢中夹杂物的主要原因。（2）在浇铸过程中，采用严格的保护措施如长水口密封，吹氩保护、中间包覆盖剂、保护浇注等措施可有效防止钢液二次氧化从而减少夹杂物。（3）采用大容量、深熔池的中间包，并保证中包液面高度，可延长中包内钢水停留时间，利于夹杂物的上浮排除。（4）合理设置中间包挡墙，优化流场，减少各流短路的机会，可促进夹杂物的排除。参 考 文 献1殷瑞钰.钢的质量现代进展（