低碳冷镦钢小方坯连铸工艺优化

低碳冷镦钢小方坯连铸的工艺优化金红军摘要：沙钢集团润忠炼钢厂二车间在开发ML08A1等低碳冷镦钢时，出现了中间包水口结流严重的问题。本文从精炼及连铸工艺优化的角度提出了水口结流的原因及解决方案，并在实践中得到应用。关键词：低碳冷镦钢，水口结流，A12O3,钙处理，水口结构连铸生产低碳铝镇静钢最大的问题就是钢水可浇性的好坏，特别是对于使用小水口的小方坯连铸来说，钢水可浇性不好，很容易导致浇注时中包水口结流，其直接结果是导致拉速降低乃至注流中断，打乱了正常的生产节奏；另外，水口内的粘附物一旦被冲掉，大量钢水涌出，将引起结晶器液面较大波动，水口粘附物也将随之进入结晶器内。所有这些都会引起连铸坯质量恶化，最终导致成品质量变差，甚至报废。沙钢集团润忠炼钢厂二车间在开发ML08A1等低碳冷镦钢时，就出现了中间包水口结流严重的问题。有时中间包开浇不久就全部结死，导致停浇；好的浇次也只能连浇3-5炉，而且还伴有多流结流，铸坯质量较差的现象。这些情况的出现严重影响了高质量冷镦钢产品的开发，因此很有必要对其精炼，连铸工艺进行优化，以解决水口结流问题。1、工艺流程及产品成分二车间ML08A1生产工艺流程为铁水+废钢----100吨电炉-----100吨LF炉----六机六流150mmx150mm方坯连铸。产品成分如下表所示。钢种成份CSiMnPSAlML08A10.05-0.08<0.090.30-0.40<0.015<0.0100.02-0.05SG10080.05-0.08<0.100.20-0.30<0.015<0.0150.01-0.035SG1950.05-0.08<0.100.35-0.45<0.015<0.0150.01-0.0352、浇注结果及分析2.1水口结流机理对水口结流物进行电镜扫描和能谱分析，从结果可见其主要是A12O3。水口结流主要是由于A12O3等在水口壁上附着粘结，以及钢液与水口耐火材料之间发生的化学反应造成的。铝氧化物的来源主要为钢液中悬浮的夹杂物（主要为脱氧产物A12O3颗粒）依靠表面张力作用粘附在水口壁上。A12O3夹杂物在水口上的形成过程主要包括（1）夹杂物向水口移动；（2）夹杂物粘附在水口壁上。因此，为避免水口结流首先要降低夹杂物含量或对其进行变性处理，其次要优化水口结构，避免或减轻夹杂物在水口壁上的粘附。2、2钢水成分的控制及操作工艺的优化2、2、1钢水纯净度的控制控制流过水口前钢水中的A12O3夹杂物含量，是减少水口堵塞的有效途径。铝镇静钢还原性很强，易被空气，夹渣，中包覆盖剂和耐火材料等二次氧化，导致钢中氧化铝夹杂物增加，故优化脱氧工艺，严格控制钢水的二次氧化，可明显降低水口堵塞的发生率。生产中采取了以下措施：（1） 终点碳大于0.04%，避免过氧化，控制出钢下渣，降低钢中原始氧含量；（2） 采取复合脱氧技术，尽量降低钢中氧含量；（3） 进行LF造渣精炼处理，保证终渣（FeO+MnO）小于1.0%，确保精炼效果；（4） 采用碱性中包覆盖剂，防止钢水二次氧化，同时吸附钢中夹杂；（5） 大包采用长水口加氩封保护，中包采用铝碳质侵入式水口保护2、2、2钙处理效果的优化要想彻底解决中包水口结流问题，必须对脱氧产物A12O3进行变性处理。其核心技术就是钙处理。用钙处理的方法使钢中的高熔点的A12O3夹杂物与CaO形成低熔点低密度的12CaO-7A12O3（熔点455度，密度2.83g/cm3），从而消除水口结流。然而钙处理时，钢水中溶解钙的含量与硫，氧含量关系复杂，所以处理的效果不容易稳定。加入量不足，容易形成高熔点的铝酸钙（熔点1750度以上），造成水口堵塞。因此钙的加入量要适当才能得到所需效果。实践证明，钢水经过钙处理后，当（时，A12O3夹杂物才会大多变性为12CaO・7A12O3或成分接近于12CaO-7A12O3低熔点的钙铝酸盐夹杂物。因此需对钙处理工艺优化。（1）钙铁线的喂入量控制在目前工艺条件下，A1含量小于0.01%，喂丝200m;Al含量0.01—0.02%，喂丝250--400m;Al含量大于0.02%，喂丝450--600m。喂丝速度喂丝速度是喂丝工艺的关键，喂丝过快或过慢都将影响合金粉剂的融化速度和氧化程度，致使冶金效果受到影响。通过理论计算和生产实践，钙铁线的喂入速度取2-5m/s比较合适。目前我们选择的速度为250m/min。操作工艺优化喂丝前，要充分进行氩气搅拌，促使夹杂物上浮；喂丝后，弱吹氩软搅拌5分钟，有利于夹杂物充分上浮；喂丝后钢水应尽快开浇，实践证明，喂丝后5-10分钟，钢水中的活性钙浓度较高，而后逐渐降低。2、2、3喂丝前钢水中硫含量的控制在钙处理铝镇静钢中，随着温度的降低，钙有可能会与流反应生成CaS，这有可能造成钢水在流经水口时由于温度的降低析出CaS夹杂。钢水从精炼结束到中间包，温度下降30-50度，因此有可能在精炼没有形成CaS，而在连铸阶段形成CaS。从理论计算可知1873K时，在12CaO-7A12O3态下为避免生成CaS，钢水中的w(S)要低于0.017%。实际生产中我们要求w(S)要低于0.01%。生产实践也表明，喂丝前硫含量较高时，会消耗一部分钙进行脱硫，降低了钙的回收率。统计表明，钢中w(S)低于0.008%时，钙的平均回收率为12.77%，钢中w(S)高于0.009%时，钙的平均回收率为8.91%。因此生产中要尽可能降低钢中硫含量，以确保钙处理的效果。如钢中w(S)高于0.008%时进行喂丝，必须适当增加喂丝量。2、2、4钢中酸溶铝的控制钢中酸溶铝的控制，直接影响该处理的效果。过高或过低，都会引起夹杂总量的增加，导致水口结流。从酸溶铝含量与钙回收率的关系图可以看出，随着酸溶铝含量的增加，钙的回收率逐渐提高。同时酸溶铝控制过低，会增加溶解氧的含量，造成钢中氧化物夹杂的增加。当钢中酸溶铝控制过高，超过0.04%时，钢中的酸溶铝很容易与渣中的氧结合，也会还原渣中的氧化硅和氧化锰等氧化物，使钢中聚集的Al2O3增加。同时过高的酸溶铝还会增加钢液在浇注时的二次氧化，产生滞留钢中的A12O3夹杂。下表为钢中酸溶铝含量与水口结流的关系。W(Als)/%水口结流率/%0.02-0.042.70.04-0.0510.30.05-0.0635.8从表中可以看出，中包钢水的W(Als)控制在0.02-0.04%比较适宜。2、3中包水口结构及操作工艺的优化2、3、1水口结构的优化水口结流与水口结构密切相关。如下表所示水口大小结流率％小水口97.4中水口45.8大水口4.1从表中可以看出，采用大水口比小水口结流要少得多，起原因在于水口处存在着氧化铝等夹杂物的聚集速率与水口内壁夹杂物的冲刷速率的相对平衡，或水口材料与夹杂物反应形成低熔点的物质的速率与钢水对反应物的带走速率之间的相对平衡。同时加大水口内径相当于减少了钢水中夹杂物在水口壁的聚集几率。我们先后试用了直径为22,24,36的水口，通过对试验过程的总结和分析，目前我们浇注ML08A1等低碳冷镦钢时，通常采用直径为36的水口。2、 3、2操作工艺优化在生产中，如果中包水口对中不好，也会导致结流。这是因为水口对中不好会导致水口内钢液分流，而在分流区域的钢流是紊流，使夹杂物直接带到水口壁，导致夹杂物附着。因此在实际生产中要严格保证水口对中，特别是不发生水口偏斜。3、 优化后的效果通过采取上述技术措施，ML08A1等低碳冷镦钢浇注中的水口结流问题有了明显的改善，连浇炉数可以达到8炉以上，基本保证了生产的稳定。4/