CN112296286B - 钢水连续铸造隔离板结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，公开了一种钢水连续铸造隔离板结构，包括结晶器，结晶器内水平放置有隔离板，隔离板不受保护渣的侵蚀且不与钢水中的有效成分反应，隔离板的密度大于液态保护渣密度且小于钢水密度，隔离板通过若干个安装支架安装在结晶器内，且隔离板的尺寸小于结晶器的断面尺寸，隔离板与结晶器的器壁之间留有间隙。本发明钢水连续铸造隔离板结构，大幅度降低钢水中强还原元素与保护渣的反应量，保证保护渣作用的正常发挥，且减少卷渣夹渣缺陷及漏钢事故，均化结晶器钢水流场和温度场，进一步提高铸坯质量。

Description

钢水连续铸造隔离板结构

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种钢水连续铸造隔离板结构。

背景技术

在钢铁生产中，往往为了某种目标，需要在钢中加一定量的合金元素，比如铝、稀土。但这些强还原型的元素在连铸时会与保护渣中的氧化物如Na₂O、SiO₂、B₂O₃等发生反应，造成危害：一是降低了钢水中有益元素的量，增加了钢水中的夹杂物；二是大幅度改变了保护渣的化学成分，比如连铸Als>1.0％的无取向硅钢，保护渣中的Al₂O₃从5％上升到30％，从而恶化了保护渣的性能，造成铸坯严重的表面质量问题，甚至引起漏钢事故。

为了解决这些问题，目前主要采用两种方法：一是采用碱度R＝0.6左右的保护渣，使渣中的部分SiO₂与钢中的Als反应，达到平衡后，还有足够的SiO₂使R＝1.0左右，满足保护渣的性能要求；二是采用非反应性保护渣，渣中SiO₂含量小于10％，甚至2％，使保护渣不与Als反应。但两种方法都不能完全解决问题，使强还原性钢种的连铸成为炼钢技术难点。

另外，目前所有的汽车板钢板坯都要扒皮，成了标准生产工艺。因为保护渣与钢中铝反应，降低了渣-钢界面张力，使渣与钢不易分离。扒皮操作去除铸坯上下表面3mm，大概损失3.5％的质量。若年产300万吨，则损失10万吨。按5000元/吨计算，则为5亿元/年。且还有扒皮机、操作和人力成本。

此外，铸坯通常与结晶器内部钢水流动有关的质量问题有：①从浸入式水口流出的钢液流股对结晶器窄边有一定的冲刷作用，强烈的冲刷作用会导致窄边铸坯的生长不均匀，影响坯壳传热，导致角部纵裂纹的产生，严重情况下有可能会导致漏钢事故出现；②结晶器表面液面波动过大时，液渣渗入困难，容易导致弯月面区域的不均匀传热，从而产生纵裂纹。传统上，抑制这些质量问题产生的常用方法即在特定的工艺环境(拉速、吹氩量等)及结晶器几何结构下，调整水口结构及插入深度，从而获得相对较合理的结晶器流场，进而降低冲刷作用或液面波动。而近几年电磁搅拌、电磁制动等电磁冶金技术理论及实践上取得的进步，使得结晶器内流场的控制更加多样化。电磁制动对钢液流场的影响主要表现在两个方面：①对流股的制动作用，削弱流股速度；②分裂冲击流股造成分散流动，形成搅拌效应。在高拉速、大吹气量条件下，合理的电磁制动参数设计下亦可得到相对合理的结晶器流场。然而，表面钢液流速及液面波动、窄边冲击速度及夹杂物的上浮控制之间的关系却是电磁参数设计中难以掌握的一个平衡点，不合理的电磁制动参数下，有可能会导致液面形成波浪形流动、表面流速过小或小粒径夹杂物上浮率过低等问题的出现。拉速越高，液面波动越大，各种问题越严重。且流场的不均匀导致温度场的不均匀，铸坯产生热应力，导致裂纹的发生。中碳钢、包晶钢连铸之所以要求缓冷，是因为宽面方向温度场不均匀，坯壳厚度不均造成纵裂。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种钢水连续铸造隔离板结构，大幅度降低钢水中强还原元素与保护渣的反应量，保证保护渣作用的正常发挥，且减少卷渣夹渣缺陷及漏钢事故，均化结晶器钢水流场和温度场，进一步提高铸坯质量。

为实现上述目的，本发明所设计的钢水连续铸造隔离板结构，包括结晶器，所述结晶器内水平放置有隔离板，所述隔离板不受保护渣的侵蚀且不与钢水中的有效成分反应，所述隔离板的密度大于液态保护渣密度且小于钢水密度，所述隔离板通过若干个安装在连铸机上的支架稳定在所述结晶器内，保证其四周都有保护渣熔渣流入的适当空间，所述隔离板在所述结晶器中隔开保护渣与钢水，从而避免钢水与保护渣的化学反应，同时抑制钢液面的波动，防止卷渣夹渣，且所述隔离板的尺寸小于所述结晶器的断面尺寸，所述隔离板与所述结晶器的器壁之间留有间隙，便于液态保护渣进入渣膜。

优选地，所述隔离板中部开有供浸入式水口通过的孔洞，所述隔离板的下表面设置有若干个鳍板，引导钢水向不同的方向流动，从而均化钢水流场和温度场，能控制流股的方向，可使其到达远方，有利于超宽板坯，也可以降低流股的速度，所述鳍板通过开设在所述隔离板上的安装孔安装在所述隔离板上，所述鳍板的迎水面为流线型，且所述鳍板包括直板鳍板、弧板鳍板和V型鳍板，所述V型鳍板靠近所述孔洞，改变钢水流向，使铸坯中心坯壳温度上升，所述直板鳍板和弧板鳍板较所述V型鳍板远离所述孔洞，可以根据水模实验来调整所述鳍板的方向角度，或者根据所述结晶器铜板热流密度调整，所述V型鳍板的开口方向朝向所述孔洞，所述鳍板的方向角度可调。

优选地，设有调整所述鳍板方向角度的机械手，所述机械手通过铜板温度计监视流场温度，调整所述鳍板角度，当某处温度较低时，将所述鳍板方向角度调整，使钢流导入，温度升高，当某处温度较高时，将所述鳍板方向角度调整，减少钢流导入，使温度降低。

优选地，所述鳍板的个数、形状、布置位置随所述浸入式水口的形状、尺寸、方向而变，并通过水模确定，所述鳍板以所述结晶器中心垂直线为对称轴对称分布。

优选地，所述隔离板由两块隔离板单元围合而成，两块隔离板单元连接处设有供浸入式水口通过的孔洞。

优选地，所述隔离板包括若干层，最上层为蜂窝层，最下层为防浸蚀层，所述隔离板的下表面为碱性材料，且表面粗糙，便于捕捉钢水中上浮的夹杂物，所述隔离板上方的保护渣为预熔型保护渣，预熔型保护渣熔化速度大，能在有效的受热面积上熔化，满足渣膜的需要，或者保护渣在所述结晶器外熔化后注入所述结晶器器壁与所述隔离板之间流入渣膜。

优选地，所述隔离板与所述钢水的接触面为波浪形，使所述隔离板在钢液面上更稳定，波谷内聚集所述浸入式水口出来的氩气，避免氩气从所述隔离板边部聚集逸出，影响熔渣进入弯月面。

优选地，所述隔离板与所述钢水接触的波浪形接触面的波谷内设有小孔，便于氩气逸出，所述小孔上接有管道，避免保护渣进入堵塞，而且保留氩气气压，避免空气进入孔中使钢水二次氧化。

优选地，所述隔离板靠近所述结晶器器壁的边缘设置有向下凸起的棱，避免钢流直接冲击弯月面，所述棱也有抑制氩气冲击弯月面的可能，使气泡不会被弯月面捕捉。

优选地，所述隔离板的材质成分包括Al₂O₃、CaO、MgO或ZrO₂中的一种或数种，还可以添加Si₃N₄、SiC和C等其中的一种或数种，不与钢水中活泼元素反应，也能耐保护渣的浸蚀，所述鳍板的材质成分包括CaO、MgO、Al₂O₃或ZrO₂，中的一种或数种，还可以添加Si₃N₄、SiC和C等其中的一种或数种。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、防止或减少钢水中活泼元素(Al、RE、Ti等)与保护渣成分(Na₂O、SiO₂)的化学反应，不改变保护渣的物理化学性能，保证其作用的发挥；

2、防止或减少钢水中活泼元素(Al、RE、Ti等)与保护渣成分(Na₂O、SiO₂)的化学反应，效果是减少钢水合金元素损失，减少夹杂物量；

3、防止超低碳钢(无取向硅钢、汽车IF板钢、不锈钢)增碳；

4、控制液面波动，防止钢水卷渣、夹渣；

5、均化结晶器内钢水流场、温度场，减少铸坯裂纹的发生；

6、结晶器“电磁制动”与隔离板作用有部分重合，规范流场，减少钢流速度以避免对坯壳的冲击、防止“驻波”等，且使用隔离板，投资比电磁制动便宜太多，操作也简单。

附图说明

图1为本发明钢水连续铸造隔离板结构的结构示意图；

图2为图1中隔离板的结构示意图。

图中各部件标号如下：

结晶器1、隔离板2、孔洞3、鳍板4、直板鳍板5、V型鳍板6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1及图2所示，本发明一种钢水连续铸造隔离板结构，包括结晶器1，结晶器1内水平放置有隔离板2，隔离板2不受保护渣的侵蚀且不与钢水中的有效成分反应，隔离板2的密度大于液态保护渣密度且小于钢水密度，隔离板2通过若干个安装在连铸机上的支架稳定在结晶器1内，且隔离板2的尺寸小于结晶器1的断面尺寸，隔离板2与结晶器1的器壁之间留有间隙。

其中，隔离板2中部开有供浸入式水口通过的孔洞3，隔离板2的下表面设置有若干个鳍板4，鳍板4通过开设在隔离板2上的安装孔安装在隔离板2上，鳍板4的迎水面为流线型，且鳍板4包括直板鳍板5、弧板鳍板和V型鳍板6，V型鳍板6靠近孔洞3，直板鳍板5和弧板鳍板较V型鳍板6远离孔洞3，V型鳍板6的开口方向朝向孔洞3，鳍板4的方向角度可调。

另外，设有调整鳍板4方向角度的机械手，机械手通过铜板温度计监视流场温度，当某处温度较低时，将鳍板4方向角度调整，使钢流导入，温度升高，当某处温度较高时，将鳍板4方向角度调整，减少钢流导入，使温度降低。

本实施例中，鳍板4的个数、形状、布置位置随浸入式水口的形状、尺寸、方向而变，并通过水模确定，鳍板4以结晶器1中心垂直线为对称轴对称分布。

在其它实施例中，隔离板2可以由两块隔离板单元围合而成，两块隔离板单元连接处设有供浸入式水口通过的孔洞3。

本实施例中，隔离板2包括若干层，最上层为蜂窝层，最下层为防浸蚀层，隔离板2的下表面为碱性材料，且表面粗糙，隔离板2上方的保护渣为预熔型保护渣，隔离板2与钢水的接触面为波浪形，隔离板2与钢水接触的波浪形接触面的波谷内设有小孔，小孔上接有管道，隔离板2靠近结晶器1器壁的边缘设置有向下凸起的棱。

本实施例中，隔离板2的材质成分包括Al₂O₃、CaO、MgO或ZrO₂中的一种或数种，还可以添加Si₃N₄、SiC和C等其中的一种或数种，鳍板4的材质成分包括CaO、MgO、Al₂O₃或ZrO₂，中的一种或数种，还可以添加Si₃N₄、SiC和C等其中的一种或数种。

下面结合具体试验，对本实施例进行说明：

首先，将10kg汽车板IF钢块放入真空感应炉内，钢块中Als＝0.50％；吹入氩气，升温至1550度，开炉迅速倒入500g保护渣，渣中的Al₂O₃＝3.1％、SiO₂＝35.8％；2min后迅速取钢样、熔渣样，分析钢中Als，渣中的Al₂O₃、SiO₂。共三次试验，区别为钢水表面没有隔离板2、有炉口面积1/2的隔离板2、有炉口面积3/4的隔离板2。

然后分析结果，没有隔离板2的钢样Als含量为0.12％，渣样中Al₂O₃＝28.6％、SiO₂＝15.4％；有炉口面积1/2的隔离板2的钢样Als含量为0.34％，渣样中Al₂O₃＝15.6％、SiO₂＝24.9％；有炉口面积3/4的隔离板2的钢样Als含量为0.41％，渣样中Al₂O₃＝8.4％、SiO₂＝30.2％。由此可以说明，隔离板2面积越大，越能减少钢中Als与渣中SiO₂的反应量。所以，为了最大地减少铝与渣的反应量，在留下结晶器1中保护渣熔渣必要的通道，隔离板2的面积尽量大。必须说明的是，Als、Al₂O₃、SiO₂的变化，并不严格遵守化学反应Als+SiO₂＝Al₂O₃+Si中各成分变化之比，因为Als还会与渣中其它成分反应。

另外，再进行水力模型设计，按如下步骤试验：

步骤1：用PVC做成结晶器模型，断面尺寸230*1500mm，高1000mm，竖直水平方向刻有尺度线。在结晶器1外弧侧水口出口高度附近安装一排9列电子温度计，均匀分布，连接至电脑，从中间开始依次为0#、1#-4#。水口倾斜角分两种：上倾15°、下倾15°。木质隔离板2两块，尺寸190*700*10mm，一端留出孔洞3位置的弧形缺口，木板宽向中间比两边薄5mm，设置4个孔，数个鳍板插孔，密度0.8g/cm3。PVC鳍板4数个，其中V型鳍板6两个，苏丹红染色液体石蜡若干。用于流场示踪的塑料粒子若干，粒度0.5mm，密度1.0g/cm³。为保证试验时隔离板浮于石蜡和水之间，还准备有若干配重块。所有试验中浸入式水口内流量固定，保持结晶器1液位稳定；

步骤2：分别使用出口上倾15°、下倾15°的水口，观察结晶器1内液面波动及运动情况。上倾水口液面波动5～10mm，并且液面不在一个平面内，高度差达10～15mm，到达窄面处流速较大；下倾水口液面波动2～6mm，液面基本水平，到达窄面处流速较低。显然，上倾水口液面波动大，容易卷渣。这是现在连铸生产中很少使用上倾出口的原因；

步骤3：在步骤2的基础上加上隔离板2，上倾出口液面波动2～4mm，到达窄面处流速较大；下倾出口液面波动2～4mm，到达窄面处流速较小。所以，隔离板2有利于抑制液面波动，上倾出口有利于夹杂物上浮，被隔离板2捕获，窄面温度高，特别适合单水口超宽铸机。即：在存在隔离板2的情况下，连铸宜采用上倾水口。从窄面观察，可以水口带入的气泡向板中间汇集，从孔中逸出；

步骤4：继续在隔离板2靠结晶器1器壁的三面上装棱，两种出口倾角的水口液面波动都小于2mm，但隔离板2向窄面漂移的力量增加，拆除靠窄面的棱，稳定性增强。但必须要有固定装置，否则隔离板2易漂移与结晶器1器壁相撞。从窄面观察，可以水口带入的气泡向板中间汇集，从孔中逸出；

步骤5：在步骤2中使用42℃热水，上倾水口0#-4#温度计温度范围依次为37～39、38～39、38～40、38～39、36～38，两边基本对称。下倾水口0#-4#温度计温度范围依次为35～37、37～39、38～49、38～39、37～38，两边基本对称。整个结晶器1内温度场曲线都呈扁平的M形，比较而言，上倾水口液面温度更高；

步骤6：在步骤3中使用42℃热水，隔离板2上装上三组鳍板4，靠水口处是一对V型鳍板6，另三个为直板鳍板5。使用上倾水口，可以看出从出口出来的流股，有部分被V型鳍板5引向结晶器1宽面的中间部位，0#～4#温度计温度范围依次为38～39、38～39、39～40、39～40、38～39，两边基本对称。V型鳍板5对下倾水口引流比较弱，0#～4#温度计温度范围依次为36～37、37～39、38～39、38～39、37～38，两边基本对称。整个结晶器1内温度场曲线都呈更加扁平的M形，比较而言，上倾水口液面温度更高，温差更小，对比步骤5和步骤6，使用上倾出口的水口，使用带鳍板4的隔离板，钢水温度场最均匀；

步骤7：在步骤6中，去掉隔离板2，直接使用五个鳍板4在结晶器上方固定。上倾水口液面波动大，V型鳍板6引流作用明显，温度计温差小，但温度明显低于步骤8，说明隔离板2有保温作用；

步骤8：将染色的液态石蜡倒入步骤2的结晶器1中模拟保护渣，上倾水口有较强的卷渣能力，下倾水口也有卷渣发生，强度弱于上倾水口；

步骤9：将染色的液态石蜡倒入步骤4中的结晶器1中模拟保护渣，上倾水口和下倾水口都没发生卷渣现象。

另外，在本次试验中，鳍板4特别有利于异型坯控制流场，使钢流很容易到达任意位置。鳍板4还可以做成搅拌器，在机械的带动下强化均匀流场，甚至深入液心，起电磁搅拌作用，细化晶粒。

本发明中，隔离板2也可用于钢包、中间包，避免或减少钢水中强还原元素与钢渣、中包覆盖剂反应。而且隔离板2可由一系列球状、片状颗粒代替组成，悬浮在钢与渣之间。

本发明钢水连续铸造隔离板结构，防止或减少钢水中活泼元素(Al、RE、Ti等)与保护渣成分(Na₂O、SiO₂)的化学反应，不改变保护渣的物理化学性能，保证其作用的发挥，减少钢水铝损，减少夹杂物量，且能防止超低碳钢(无取向硅钢、汽车板钢、不锈钢)增碳，控制液面波动，防止钢水卷渣、夹渣，均化结晶器1内钢水流场、温度场，减少铸坯裂纹的发生；另外，结晶器1“电磁制动”与隔离板2作用有部分重合，规范流场，减少钢流速度以避免对坯壳的冲击、防止“驻波”等；使用隔离板2，投资比电磁制动便宜太多，操作也简单。且本发明钢水连续铸造隔离板结构，浸入式水口可以使用上倾角出口，有利于提高超宽板坯窄面温度，避免结冷钢、保护渣熔化不良造成的一系列铸坯缺陷。

Claims (10)

1.一种钢水连续铸造隔离板结构，包括结晶器，其特征在于：所述结晶器(1)内水平放置有隔离板(2)，所述隔离板(2)不受保护渣的侵蚀且不与钢水中的有效成分反应，所述隔离板(2)的密度大于液态保护渣密度且小于钢水密度，所述隔离板(2)通过若干个安装在连铸机上的支架稳定在所述结晶器(1)内，且所述隔离板(2)的尺寸小于所述结晶器的断面尺寸，所述隔离板(2)与所述结晶器(1)的器壁之间留有间隙，所述隔离板(2)与所述钢水接触的波浪形接触面的波谷内设有小孔，所述小孔上接有管道，所述隔离板(2)靠近所述结晶器(1)器壁的边缘设置有向下凸起的棱。

2.根据权利要求1所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述隔离板(2)中部开有供浸入式水口通过的孔洞(3)，所述隔离板(2)的下表面设置有若干个鳍板(4)，所述鳍板(4)通过开设在所述隔离板(2)上的安装孔安装在所述隔离板(2)上，所述鳍板(4)的迎水面为流线型，且所述鳍板(4)包括直板鳍板(5)、弧板鳍板和V型鳍板(6)，所述V型鳍板(6)靠近所述孔洞(3)，所述直板鳍板(5)和弧板鳍板较所述V型鳍板(6)远离所述孔洞(3)，所述V型鳍板(6)的开口方向朝向所述孔洞(3)，所述鳍板(4)的方向角度可调。

3.根据权利要求2所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：设有调整所述鳍板(4)方向角度的机械手，所述机械手通过铜板温度计监视流场温度，调整所述鳍板(4)角度。

4.根据权利要求2所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述鳍板(4)的个数、形状、布置位置随所述浸入式水口的形状、尺寸、方向而变，并通过水模确定，所述鳍板(4)以所述结晶器(1)中心垂直线为对称轴对称分布。

5.根据权利要求1所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述隔离板(2)由两块隔离板单元围合而成，两块隔离板单元连接处设有供浸入式水口通过的孔洞(3)。

6.根据权利要求1所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述隔离板(2)包括若干层，最上层为蜂窝层，最下层为防浸蚀层，所述隔离板(2)的下表面为碱性材料，且表面粗糙，所述隔离板(2)上方的保护渣为预熔型保护渣。

7.根据权利要求1所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述隔离板(2)与所述钢水的接触面为波浪形。

8.根据权利要求2所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述隔离板(2)的材质成分包括Al₂O₃、CaO、MgO或ZrO₂中的一种或数种，所述鳍板(4)的材质成分包括CaO、MgO、Al₂O₃或ZrO₂中的一种或数种。

9.根据权利要求8所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述隔离板(2)的材质成分还包括Si₃N₄、SiC和C其中的一种或数种。

10.根据权利要求8所述钢水连续铸造隔离板结构，其特征在于：所述鳍板(4)的材质成分还包括Si₃N₄、SiC和C其中的一种或数种。

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