單流板坯連鑄中間包氣幕擋墻效果研究

孫利斌，卜志勝，狄明軍，張立峰

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司;2北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院）

1 前言

中間包作為鋼液凝固前的最后一個(gè)鋼液容器，其對(duì)鋼潔凈度有重要影響：一方面可能產(chǎn)生二次氧化而惡化鋼液潔凈度；另一方面通過(guò)發(fā)揮中間包冶金作用能夠一定程度上促進(jìn)夾雜物上浮并吸附夾雜物從而提高鋼液潔凈度[1]。中間包氣幕擋墻作為中間包冶金的一個(gè)手段，一方面能夠吸附夾雜物，另一方面能夠改善中間包內(nèi)鋼液流場(chǎng)，促進(jìn)鋼液溫度的均勻化和覆蓋劑對(duì)夾雜物的吸附[2]。為了進(jìn)一步發(fā)掘中間包冶金功能，八鋼煉鋼開(kāi)展了中間包氣幕擋墻研究，以期取得良好的鋼液潔凈化效果。

2 工業(yè)試驗(yàn)條件

2.1 氣幕擋墻的設(shè)置方式

研究主要采用中間包氣幕擋墻，針對(duì)鑄坯T.O.和[N]含量及夾雜物變化進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，氣幕擋墻的設(shè)置方式如圖1所示。

圖1 氣幕擋墻的設(shè)置方式

2.2 工業(yè)試驗(yàn)取樣方法

取樣進(jìn)行中間包氣幕擋墻使用效果分析，取樣爐次的制造命令號(hào)為2524739，包括大包開(kāi)澆5 min、15 min和30 min的中間包入口鋼樣、出口鋼樣、入口渣樣、出口渣樣，以及RH出站鋼樣。具體取樣記錄如圖2所示。

圖2 中間包氣幕擋墻試驗(yàn)取樣記錄

通過(guò)比較渣成分、鋼中氧氮含量、鋼成分以及夾雜物數(shù)量、成分、熔點(diǎn)等信息，對(duì)中間包氣幕擋墻使用效果進(jìn)行了分析。

3 工業(yè)試驗(yàn)

3.1 T.O.和[N]含量變化

采用氣幕擋墻爐次澆注過(guò)程中間包鋼水T.O和N含量變化如圖3所示?？梢?jiàn)從RH出站到中間包澆注過(guò)程，鋼中T.O和N含量變化都不大，分別穩(wěn)定在15×10-6和34×10-6。雖然澆注前期中間包出口試樣中T.O含量有所增加，但也都在1×10-6～3×10-6波動(dòng)。且在澆注中后期，中間包出口鋼液T.O含量相較于入口有近1×10-6的降低。采用氣幕擋墻后，雖然中間包鋼水中T.O含量未如預(yù)期的因?yàn)閵A雜物上浮去除而明顯降低，但是從N含量變化看，采用氣幕擋墻能夠有效減少鋼水吸氮量。N含量穩(wěn)定可能有兩個(gè)原因：一是由于氣幕擋墻采用的是Ar氣，當(dāng)從鋼中逸出后會(huì)在中間包渣面鋪開(kāi)，并逐漸充滿整個(gè)空間，相當(dāng)于對(duì)中間包進(jìn)行了充氬保護(hù)，而且由于是從內(nèi)往外充，保護(hù)效果可能比正常的中間包充氬保護(hù)效果更好；二是Ar氣中N2分壓很小，在鋼液內(nèi)，相對(duì)于N2來(lái)說(shuō)，每個(gè)Ar氣泡都相當(dāng)于一個(gè)真空環(huán)境，因此一定程度上有利于鋼中[N]根據(jù)反應(yīng)[N]=1/2{N2}而析出去除。

圖3 氣幕擋墻爐次澆注過(guò)程中間包鋼水T.O和N含量變化

此外，對(duì)使用氣幕擋墻爐次中間包鋼水T.O和N含量變化同第二階段4個(gè)取樣爐次進(jìn)行了對(duì)比，如圖4所示。對(duì)于正常爐次，除第2爐外，從RH出站到中間包澆注中期，鋼中T.O含量都有所降低。第2爐T.O升高的原因可能與未采用中間包吹氬保護(hù)有關(guān)。氣幕擋墻爐次中T.O含量從RH出站到中間包基本保持穩(wěn)定。

取樣未使用中間包氣幕擋墻爐次，從RH出站到中間包澆注中期鋼中N含量都有所增加，尤其是未采用中間包氬氣保護(hù)的第2爐，N含量急劇增加（增氮20×10-6）。而采用中間包氣幕擋墻的爐次從RH到中間包鋼水中[N]含量幾乎不變（34×10-6），且澆鑄過(guò)程中間包出口鋼水中N含量還略有降低（35×10-6→33×10-6）。通過(guò)對(duì)比再次說(shuō)明采用中間包氣幕擋墻能夠有效減少甚至避免中間包過(guò)程的鋼液增氮。

圖4 氣幕擋墻爐次與第二階段取樣爐次中間包鋼水T.O和N含量對(duì)比

3.2 夾雜物分析

3.2.1 夾雜物數(shù)量及尺寸

圖5所示為使用氣幕擋墻爐次澆注過(guò)程中間包鋼水夾雜物數(shù)密度和面積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化，其中每個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別顯示了中間包入口和出口的情況。澆注過(guò)程中間包中夾雜物含量與T.O含量的變化趨勢(shì)基本一致，但在澆注5min時(shí)中間包出口試樣中夾雜物數(shù)量密度和面積分?jǐn)?shù)都明顯高于其他時(shí)刻。這與T.O含量略高的情況稍有出入。從夾雜物面積分?jǐn)?shù)看，除了澆注5min中間包出口試樣，從RH出站到中間包澆注過(guò)程，夾雜物含量隨稍有波動(dòng)，但整體上平穩(wěn)。除特殊點(diǎn)外，澆注過(guò)程中間包鋼水中夾雜物數(shù)量密度約在4個(gè)/mm2波動(dòng)，面積分?jǐn)?shù)在50×10-6波動(dòng)。

圖5 澆注過(guò)程中間包鋼水夾雜物數(shù)密度和面積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化

圖6所示為澆注過(guò)程中間包鋼水中夾雜物尺寸分布變化?？梢钥吹綕沧⑦^(guò)程中間包鋼水中10μm以上夾雜物所占比例相比于RH出站時(shí)更小，可能在連鑄座包鎮(zhèn)靜過(guò)程中大尺寸夾雜物有一定的上浮去除。而在整個(gè)澆注過(guò)程中，在澆注前期大尺寸夾雜物所占比例最大，澆注末期次之，澆注中期最小。由圖6還可見(jiàn)，中間包出口處夾雜物5μm以上夾雜物所占比例要大于中間包入口處，說(shuō)明在中間包中夾雜物發(fā)生了一定的聚合長(zhǎng)大。

圖6 澆注過(guò)程中間包鋼水中夾雜物尺寸分布隨時(shí)間的變化

3.2.2 夾雜物成分

圖7所示為澆注過(guò)程中間包鋼水夾雜物中各組分平均值隨澆注時(shí)間的變化?？梢?jiàn)中間包出口樣夾雜物中CaO和Al2O3含量低于對(duì)應(yīng)入口樣，而夾雜物中的SiO2和MnO含量卻高于對(duì)應(yīng)入口樣。在出口樣中隨澆注時(shí)間的增加，夾雜物中CaO和Al2O3含量增加，而（SiO2+MnO）含量降低。夾雜物中的SiO2和MnO組分一般是生成于二次氧化過(guò)程，由此說(shuō)明在精煉初期存在一定的氧化。

圖7 澆注過(guò)程中間包夾雜物中各成分含量隨時(shí)間的變化

圖8為澆注過(guò)程中間包鋼水中夾雜物C/A隨澆注時(shí)間的變化?？梢?jiàn)在澆注過(guò)程中間包鋼液中夾雜物位于CA～C12A7之間且接近C12A7，且中間包出口處夾雜物中C/A要略低于中間包入口。

圖8 澆注過(guò)程中間包入口和出口夾雜物CaO/Al2O3隨澆注時(shí)間的變化

4 結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，從中間包覆蓋劑成分、鋼中全氧和氮含量以及夾雜物數(shù)量、成分方面對(duì)中間包氣幕擋墻使用效果進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論。

（1）采用氣幕擋墻后，從RH出站到中間包澆注過(guò)程，鋼中T.O和N含量變化都不大，分別穩(wěn)定在15×10-6和34×10-6。采用中間包氣幕擋墻能夠有效減少甚至避免中間包過(guò)程的鋼液增氮。

（2）從RH出站到中間包澆注過(guò)程，夾雜物含量隨稍有波動(dòng)，但整體上平穩(wěn)。除個(gè)別點(diǎn)外，夾雜物數(shù)量密度在4個(gè)/mm2，面積分?jǐn)?shù)在50×10-6波動(dòng)。

（3）從RH精煉出站到中間包澆注的整個(gè)過(guò)程中夾雜物平均成分都變化不大。

綜上所述，采用中間包氣幕擋墻，能夠有效減少澆鑄過(guò)程空氣對(duì)中間包鋼水的二次氧化，從而保持鋼中T.O、N以及夾雜物行為的穩(wěn)定。