澆鑄MFT8鋼中間包水口結(jié)瘤問題研究

張清泉 湯寅波 宋傳文 付振宇 殷頂樓

(馬鋼股份公司 長(zhǎng)材事業(yè)部 安徽馬鞍山 243000)

鋼水中氧化物及脫氧產(chǎn)物形成夾雜物懸浮于鋼液中,在連鑄過程中很容易聚集，引起中包水口堵塞，造成連鑄斷澆；連鑄結(jié)瘤問題不僅影響到生產(chǎn)運(yùn)行，同時(shí)易造成鑄坯的質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益[1]。因此，保證澆鑄順行至關(guān)重要。

現(xiàn)針對(duì)馬鋼MFT8鋼澆鑄過程中包水口結(jié)瘤問題，通過現(xiàn)場(chǎng)工藝協(xié)調(diào)，在精煉、連鑄同時(shí)取樣檢測(cè)，使用氧氮分析儀，光譜儀研究分析，確定結(jié)瘤物質(zhì)主要成分是Al2O3，通過對(duì)Al含量工藝參數(shù)調(diào)整以及防止二次氧化，解決了澆鑄MFT8鋼水口結(jié)瘤問題。

1 工藝簡(jiǎn)介

澆鑄MFT8鋼由一臺(tái)六機(jī)六流連鑄機(jī)完成，整個(gè)澆鑄過程采用全保護(hù)澆鑄、結(jié)晶器液位自動(dòng)控制、結(jié)晶器電磁攪拌以及末端電攪等多項(xiàng)技術(shù)以保證鑄坯質(zhì)量。連鑄機(jī)主要工藝參數(shù)見表1。

2 中包水口結(jié)瘤原因分析

2.1 中包結(jié)瘤基礎(chǔ)理論

中包水口結(jié)瘤是連鑄澆鑄過程中經(jīng)常發(fā)生的問題，對(duì)結(jié)瘤原因亦有很多成熟的理論，但本質(zhì)上是由于氧化鋁及圍繞氧化鋁顆粒形成的聚合物依附水口導(dǎo)致結(jié)瘤[2],[3]，而氧化鋁來源主要有以下幾點(diǎn)：

表1 馬鋼方坯連鑄機(jī)主要參數(shù)

a)Al作為煉鋼使用的脫氧劑，形成的Al2O3并未完全上浮，部分仍懸浮在鋼液中。

3[O]+2[Al]= Al2O3

(1)

b)鋼水中[Al]在澆鑄過程中發(fā)生二次氧化。

3O2+ 4[Al]=2Al2O3

(2)

c)低溫導(dǎo)致鋼液中溶解[O]下降,破壞Al-O-Al2O3平衡從而生成Al2O3結(jié)在水口壁上。

2.2 中包水口結(jié)瘤工藝調(diào)查

對(duì)MFT8鋼澆鑄過程中進(jìn)行跟蹤調(diào)查，澆注中標(biāo)記發(fā)生結(jié)瘤的爐次和澆鑄順暢的爐次。每爐取樣使用瑞士ARL公司生產(chǎn)的真空直讀光譜儀(型號(hào)：ARL-4460)檢測(cè)成分，將結(jié)瘤和未結(jié)瘤爐次主要化學(xué)成分列入表2。

表2 結(jié)瘤和未結(jié)瘤爐次主要化學(xué)成分

根據(jù)馬鋼MFT8鋼作業(yè)指導(dǎo)書C、Si、Mn、S、P、Als均在控制范圍內(nèi)，結(jié)合光譜儀分析的Als含量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，結(jié)瘤的爐次Als含量幾乎接近工藝要求上限或者超出工藝標(biāo)準(zhǔn)，而未發(fā)生結(jié)瘤爐次Als基本在工藝標(biāo)準(zhǔn)中限或者下限。并且結(jié)瘤的爐次最低Als含量為0.038%，未結(jié)瘤爐次最高Als含量為0.036%，因此認(rèn)為當(dāng)鋼中Als含量高于0. 036 % 時(shí)，水口堵塞現(xiàn)象較明顯。

2.3 中包水口結(jié)瘤與二次氧化

當(dāng)鋼液中鋁含量一定時(shí)，防止鋼水二次氧化，但二次氧化往往是難以避免的。中間包二次氧化越嚴(yán)重，夾雜物的尺寸越大；即使輕微二次氧化，易生成的小尺寸夾雜[4]-[6]。為了更好的跟蹤鋼水中氧含量變化，從LF精煉后取氧氮樣，并且在中包澆注5分鐘再取氧氮樣，使用納克ON3000氧氮分析儀檢測(cè)，對(duì)比鋼水從出LF爐到中包之間增氮情況，結(jié)瘤6個(gè)爐次增氮結(jié)果如圖1所示：

圖1 結(jié)瘤爐次增氮值

由圖可見，鋼水從LF吊運(yùn)出后至中包澆注過程，中間增氮平均超過30 ppm，甚至更高，說明鋼水純凈度不夠或者在節(jié)點(diǎn)處發(fā)生了二次氧化。目前連鑄雖已采用全保護(hù)澆注，仍可能存在某個(gè)節(jié)點(diǎn)出密封不到位導(dǎo)致鋼水與空氣接觸，因此需要對(duì)保護(hù)澆注整個(gè)過程逐一排查。

2.4 中包水口結(jié)瘤與澆注溫度

同樣將結(jié)瘤和未發(fā)生結(jié)瘤的爐次中包溫度做曲線圖，如圖1所示。

圖2 結(jié)瘤和未結(jié)瘤中包溫度曲線

通過圖2可以看出連澆爐中，結(jié)瘤的中包溫度與未結(jié)瘤爐次中包溫度最高和最低不超過10℃，根據(jù)MFT8鋼種作業(yè)指導(dǎo)書，兩種情況下的中包溫度均在要求控制的范圍之間，并無明顯差異，可見澆注MFT8鋼中包溫度并不是造成中包水口結(jié)瘤的因素。

3 改進(jìn)措施及成效

已經(jīng)有很多方法用來避免 Al2O3對(duì)水口的堵塞 ,如有的廠家全過程保護(hù)澆注、延長(zhǎng)鋼水鎮(zhèn)靜時(shí)間等，總之一方面要針對(duì) Al2O3的來源及控制鋼中Al含量；二是減少鋼水二次氧化形成的夾雜物。 此次馬鋼針對(duì)MFT8鋼主要從這幾個(gè)方面采取措施。

3.1 工藝改進(jìn)

由前文分析可知，當(dāng)酸溶鋁超過0.036%時(shí)MFT8鋼連澆容易發(fā)生結(jié)瘤，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn) ，LF處理后MFT8鋼中酸溶鋁含量基本在工藝中限或者下限，但在中包取樣發(fā)現(xiàn)酸溶鋁會(huì)有所增加 ，可能是耐材中有部分鋁進(jìn)入了鋼液中或者發(fā)生二次氧化。

針對(duì)此馬鋼公司首先保證耐材質(zhì)量，不影響MFT8鋼產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，調(diào)整工藝酸溶鋁含量，將原先Als工藝范圍向下調(diào)整，同時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)LF爐精煉時(shí)間，根據(jù)在線真空直讀光譜儀檢測(cè)的成分，保證MFT8鋼水經(jīng)過LF處理后酸溶鋁含量不超過新工藝范圍中限，亦有利于鋼水中夾雜物上浮。

3.2 防止二次氧化

二次氧化的來源很多，但對(duì)水口結(jié)瘤影響較大的主要是鋼水間的二次氧化和澆鑄期間的二次氧化；澆鑄期間的二次氧化又可分為大包至中包吸氣二次氧化、中間包耐材二次氧化、下渣二次氧化等多種方式[7]、[8]。

為減少二次氧化發(fā)生，連鑄已采取全保護(hù)澆鑄，從大包上臺(tái)開始對(duì)每個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)排查，再排查中發(fā)現(xiàn)大包長(zhǎng)水口和浸入式水口并無存在問題，發(fā)現(xiàn)大包滑板冷卻氣體仍為壓縮空氣，會(huì)于流經(jīng)滑動(dòng)水口的鋼水發(fā)生氧化，為杜絕每一個(gè)可能發(fā)生二次氧化的節(jié)點(diǎn)，對(duì)此項(xiàng)整改，將壓縮空氣冷卻改為氬氣冷卻。整改后鋼水從大包至結(jié)晶器再未有直接與空氣接觸的現(xiàn)象。

3.3 效果

通過對(duì)工藝參數(shù)的微調(diào)、大包滑板冷卻方式的整改后及適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)鋼水鎮(zhèn)靜時(shí)間，在2018年3月6日對(duì)所有MFT8鋼種連澆爐進(jìn)行跟蹤再?zèng)]有出現(xiàn)結(jié)瘤現(xiàn)象，在3月16日和3月23日分別又再次連澆16爐和28爐，整個(gè)生產(chǎn)過程澆鑄順暢，結(jié)瘤問題得到解決。同時(shí)將整改前后的氧氮樣結(jié)果對(duì)比，如圖3所示。

圖3 調(diào)整前后增氮對(duì)比

可見工藝優(yōu)化后，在解決了中包水口結(jié)瘤的問題同時(shí)，過程增氮問題也得到有效控制，同時(shí)也改善了鑄坯的質(zhì)量[9]。

5 結(jié)論

(1)MFT8鋼結(jié)瘤主要是由酸溶鋁含量偏高導(dǎo)致。

(2)中小尺寸夾雜物更容易粘附在中包水口處引起結(jié)瘤。

(3)將酸溶鋁含量向下調(diào)整可有效控制中包水口結(jié)瘤問題發(fā)生。

(4)適當(dāng)延長(zhǎng)鋼水鎮(zhèn)靜時(shí)間、防止二次氧化能夠防止中包水口結(jié)瘤，同時(shí)有效控制過程增氮。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡開科，孫彥輝，秦 哲.澆鑄過程中間包水口結(jié)瘤堵塞現(xiàn)象[J].連鑄，2007,6

[2] 蔡開科.連續(xù)鑄鋼原理與工藝[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1994

[3] 盧盛意.連鑄中間罐水口堵塞問題[J].連鑄，2002,5

[4] 蔡開科. 轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄過程鋼中氧的控制[J].鋼鐵，2004,8

[5] 王曉峰，陳偉慶，裴鳳娟等.板坯連鑄水口結(jié)瘤機(jī)理研究煉鋼[J].煉鋼，2007，23(6):20-22

[6] 陳家祥. 連續(xù)鑄鋼手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1991

[7] 高海潮，劉茂林.CSP連鑄浸入式水口結(jié)瘤案例研究[J].鋼鐵，2005，40(3):20-26

[8] 張振申，程官江，李廣軍.浸入式水口結(jié)瘤成因分析與預(yù)防措施[J].連鑄，2005，24(3): 19-20

[9] 盧盛意.連鑄坯質(zhì)量[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1994