CN112760454A - 模铸中间包钢水纯净化方法 - Google Patents

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王刚
范明
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Abstract

本发明提供了一种模铸中间包钢水纯净化方法，中间包底部设置第一透气塞和第二透气塞，第一透气塞竖直，第二透气塞与中间包的侧壁相切；向钢水中加入预熔渣，通过第二透气塞吹入氩气，氩气推动钢水旋转流动，持续一段时间后，第二透气塞停止吹气，通过第一透气塞吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间，待钢水温度达到工艺要求后进行浇注。本发明向中间包中添加预熔渣，可增强对夹杂物的吸附性，有效降低夹杂物含量和氧含量。此外，先利用第二透气塞吹入氩气，氩气推动钢水转动，对钢水进行搅拌，保证预熔渣均匀地混合在钢水中，提高除渣效果和均匀性，再利用第一透气塞吹入氩气，进一步降低夹杂物含量。

Description

模铸中间包钢水纯净化方法
技术领域
本发明涉及钢水净化技术领域，尤其是一种模铸中间包钢水纯净化方法。
背景技术
模铸钢锭的生产流程一般为电炉粗炼→钢包炉精炼→真空浇注。目前，虽然采用模铸真空上注法一次浇注钢锭重量已经达到700t以上，但钢锭中的细小夹杂物一直是困扰炼钢工程师的难题。在模铸钢锭生产流程中的最后一环是对钢锭质量起决定性作用的环节，因此，许多炼钢工程师特别重视真空浇注用中间包的相关工作。
浇注大型真空钢锭(尤其是多包联合浇注真空钢锭)的过程往往需要用到中间包,从精炼钢包中钢水开始兑入中间包至浇注结束的时间，根据浇注钢锭吨位等级的不同一般在30min～120min。现在各重机厂在这段时间内主要精力都集中在中间包密封，减少钢水二次氧化上，很少有涉及中间包冶金的内容。实际上，在精炼钢包钢水逐渐兑入中间包的过程中，会存在以下三种反应：一是中间包内工作层耐火砖，被钢水侵蚀后会形成夹杂物进入钢水；二是浇注过程中总是会有钢水的二次氧化吸气的产物会进入中间包；三是兑钢过程中随钢流冲击进入中间包内的精炼炉渣以及兑钢终了时关闭精炼水口前流入中间包的精炼炉渣。因此，随着钢水浇注的不断进行，中间包浮渣会越积越多，多包联合浇注的钢锭，中间包浮渣渣量能达到1吨以上(中间包浮渣成分见表1)。这部分中间包浮渣中氧含量较高，渣中FeO与MnO质量分数占比一般超过5％，起不到吸附夹杂物及降低中间包钢水氧含量的作用。中间包浮渣成分如下表所示：
表1中间包浮渣成分表(wt％)
炉渣种类 CaO SiO2 Al2O3 MgO CaF2 FeO+MnO
中间包浮渣 20～40 10～20 15～50 2～10 5～15 5～20
另一方面，中间包做为暂存钢水的容器，在钢水兑入中间包后，受中间包上、中、下各大部位吸热和散热不均匀的影响，钢水温度会呈现上部高下部低的不均匀现象。现场测温时只能测出中间包表层钢水的温度，并不能代表真实的中间包钢水浇注温度。钢水温度做为炼钢环节的一项重要技术指标，对最终大型钢锭凝固后的质量影响极大。
CN201410209515公开了一种用于去除连铸中间包内钢液夹杂物的装置及方法，CN201611141850公开了一种用于连铸中间包吹氩精炼装置及氩气控制方法，这两种现有技术都是通过在中间包的底部向上吹氩气，将夹渣吸附、携带至钢水表面，能够去除大部分浮渣，但是不够彻底。
申请号为200910012232.8的发明申请公开了一种种RH钢水精炼钢包渣的改质方法，针对铝镇静钢，在钢水精炼过程中，当钢水脱氧完全镇静状态下，在RH真空室中通过下料口投入预熔渣，投入量为钢水重量的0.1％～0.5％；投入预熔渣后，控制提升气体入口氩气流量为15～25Nm3/h，使真空室内预熔渣熔融并随钢水从下降管流出至钢包钢水中。由于氩气从上至下进入中间包，难以将中间包底部的浮渣吹到表层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种除渣效果更好的模铸中间包钢水纯净化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：模铸中间包钢水纯净化方法，
在中间包的底部设置第一透气塞和第二透气塞，所述第一透气塞竖直设置，第二透气塞位于中间包底部的侧壁，且第二透气塞的出气口倾斜向上，第二透气塞的出气方向与中间包的侧壁相切；
钢包精炼炉出钢温度比正常温度提升20～30℃，钢包精炼炉中的钢水进入中间包后，向钢水中加入预熔渣，然后通过第二透气塞吹入氩气，氩气推动钢水旋转流动，持续一段时间后，第二透气塞停止吹气，通过第一透气塞吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间，待钢水温度达到工艺要求后进行浇注。
进一步地，预熔渣的添加量每70吨钢水添加500kg。
进一步地，预熔渣的成分以及重量份为：CaO—40～55份；SiO2—10～25份；Al2O3—5～15份；MgO—5～10份；CaF2—6～12份；FeO+MnO≤0.5份。
进一步地，所述第一透气塞设置在中间包水口的周围。
进一步地，在浇注时第一透气塞持续吹入氩气。
进一步地，在浇注的过程中向中间包的渣面多批次加入脱氧粉剂。
进一步地，脱氧粉剂为CaSi粉或者碳粉。
进一步地，多包联合浇注或需要在镇静后需要继续向中间包兑入钢水时，预先在中间包的顶盖上悬挂长水口，长水口的下端伸入钢水中。
进一步地，第一透气塞吹氩气镇静时间为10min。
进一步地，第二透气塞为3个，且均匀分布在中间包的底部边缘。
本发明的有益效果是：本发明向中间包中添加预熔渣，可增强对夹杂物的吸附性，有效降低夹杂物含量和氧含量。此外，先利用第二透气塞吹入氩气，氩气推动钢水转动，对钢水进行搅拌，保证预熔渣均匀地混合在钢水中，提高除渣效果和均匀性，同时氩气能够携带部分夹杂物流动至钢水表面，降低夹杂物含量，再利用第一透气塞吹入氩气，氩气从下至上流动，吸附钢水中的夹杂物并将浮渣输送至钢水表面，进一步降低夹杂物含量。此外，氩气带动钢水流动，使得中间包上、中、下层的钢水温度保持一致，提高对钢水温度测量的准确性，保证模铸质量。
附图说明
图1是本发明中间包的主视示意图；
图2是图1中A-A的俯视示意图；
附图标记：1—中间包；2—第一透气塞；3—第二透气塞；4—水口；5—顶盖；6—长水口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图2所示，本发明的模铸中间包钢水纯净化方法，
在中间包1的底部设置第一透气塞2和第二透气塞3，所述第一透气塞2竖直设置，第二透气塞3位于中间包1底部的侧壁，且第二透气塞3的出气口倾斜向上，第二透气塞3的出气方向与中间包1的侧壁相切。
第一透气塞2和第二透气塞3可向中间包1内通入氩气，从下至上吹入氩气，氩气则会向上流动，从而带动钢水中的夹杂物向上运动至钢水表面，实现钢水的净化。第二透气塞3出气方向与中间包1的侧壁相切，氩气沿着与中间包1侧壁相切的方向吹入钢水，能够带动钢水旋转，使得钢水各部分的温度以及组分均匀。
钢包精炼炉出钢温度比正常温度提升20～30℃，即假设现有技术中钢包精炼炉出钢温度为1600℃，那么本申请中钢包精炼炉出钢温度为1620℃至1630℃。由于在钢水净化过程中，钢水会损失热量，温度降低，因此，本发明适当地提高出钢温度，防止净化处理过程中钢水散热过多而导致温度低于模铸的工艺温度。此外，提高钢水的温度还可以增强钢水的流动性，促进钢水中夹渣的吸附和分离。
钢包精炼炉中的钢水进入中间包1后，向钢水中加入预熔渣，预熔渣进入钢水后可增强对夹杂物的吸附性，降低夹杂物的含量，同时降低钢水氧含量。预熔渣的添加量为每70吨钢水中添加500kg左右，使得在浇注过程中，中间包内渣面厚度为100mm左右为宜。
然后通过第二透气塞3吹入氩气，氩气推动钢水旋转流动，对钢水进行搅拌，使得钢水与预熔渣充分混合，同时氩气向上流动，吸附夹杂物、预熔渣等向上运动至钢水表面。持续一段时间后，第二透气塞3停止吹气，通过第一透气塞2吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间，待钢水温度达到工艺要求后进行浇注。
本发明通过向钢水中添加预熔渣，第二透气塞3推动钢水旋转，第一透气塞3推动钢水上下流动，可将绝大部分的夹杂物吸附至钢水表层，减少钢水中的夹杂物含量，且使上、中、下层的钢水温度、成分等均匀一致，保证锻件的质量。此外，通过提升钢包精炼炉的出钢温度，钢水需要较长的时间降温至浇注温度，因此具有足够的净化处理时间，保证对钢水的处理效果，具体地，本发明中第一透气塞2吹氩气镇静时间为10min左右。
为了对钢水进行持续净化，在浇注时第一透气塞2持续吹入氩气。为了保证氩气对夹杂物的吸附效果，所述第一透气塞2设置在中间包水口4的周围，浇注时，钢水从水口4流入模具，将第一透气塞2设置在中间包水口4的周围后，吹入的氩气能够进入水口4周围的防水，对进入模具的钢水进行净化，进一步地减少模铸钢水中的夹杂物含量，提高铸件质量。
预熔渣可采用现有技术成分以及配比，作为优选的实施方式：预熔渣的成分以及重量份为：CaO—40～55份；SiO2—10～25份；Al2O3—5～15份；MgO—5～10份；CaF2—6～12份；FeO+MnO≤0.5份。这种成分的预熔渣脱氧效果和对夹渣物吸附效果较佳，在浇注的过程中向中间包1的渣面多批次加入脱氧粉剂，使渣面持续保持为白渣，脱氧粉剂为CaSi粉或者碳粉。初期在中间包内加入预熔渣，可以隔绝中间包表面钢水与空气接触，避免被氧化。后续随浇注过程进行，用铁锹向中间包渣面少批量、多批次加入CaSi粉、碳粉等脱氧粉剂，持续保持白渣，起到扩散脱氧的作用，保持渣中的氧含量处理较低水平，钢水中的氧就持续向渣中传递，达到纯净钢水的目的。
多包联合浇注或需要在镇静后需要继续向中间包1兑入钢水时，预先在中间包1的顶盖5上悬挂长水口6，长水口6的下端伸入钢水中。在后续兑入钢水时，钢水直接通过长水口6进入渣面下方的钢水中，防止将表层的渣面冲入中间包1的钢水中。
第二透气塞3为3个，且均匀分布在中间包1的底部边缘，保证良好的搅拌效果。当然，第二透气塞3也可以是两个或者4个等。
下面以某常规精炼炉出钢温度为1600℃的钢种为例进行说明。
实施例一
在中间包1的底部设置第一透气塞2和第二透气塞3，所述第一透气塞2竖直设置，第二透气塞3位于中间包1底部的侧壁，且第二透气塞3的出气口倾斜向上，第二透气塞3的出气方向与中间包1的侧壁相切。
精炼炉出钢温度为1620℃，向中间包中加入预熔渣，每70吨钢水中添加的预熔渣的具体成分以及添加量为：CaO—200kg；SiO2—125kg；Al2O3—75kg；MgO—50kg；CaF2—45kg；FeO+MnO≤5kg，预熔渣一次性加完。
然后通过第二透气塞3吹入氩气，氩气推动钢水旋转流动，持续10min后，第二透气塞3停止吹气，通过第一透气塞2吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间，待钢水温度达到工艺要求后进行浇注。
浇注时第一透气塞2持续吹入氩气，并向中间包1的渣面多批次加入CaSi粉或者碳粉。
实施例二
在中间包1的底部设置第一透气塞2和第二透气塞3，所述第一透气塞2竖直设置，第二透气塞3位于中间包1底部的侧壁，且第二透气塞3的出气口倾斜向上，第二透气塞3的出气方向与中间包1的侧壁相切。
精炼炉出钢温度为1625℃，向中间包中加入预熔渣，每70吨钢水中添加的预熔渣的具体成分以及添加量为：CaO—250kg；SiO2—100kg；Al2O3—50kg；MgO—40kg；CaF2—55kg；FeO+MnO≤5kg。
然后通过第二透气塞3吹入氩气，氩气推动钢水旋转流动，持续12min后，第二透气塞3停止吹气，通过第一透气塞2吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间，待钢水温度达到工艺要求后进行浇注。
浇注时第一透气塞2持续吹入氩气，并向中间包1的渣面多批次加入CaSi粉或者碳粉。
实施例三
在中间包1的底部设置第一透气塞2和第二透气塞3，所述第一透气塞2竖直设置，第二透气塞3位于中间包1底部的侧壁，且第二透气塞3的出气口倾斜向上，第二透气塞3的出气方向与中间包1的侧壁相切。
精炼炉出钢温度为1630℃，向中间包中加入预熔渣，每70吨钢水中添加的预熔渣的具体成分以及添加量为：CaO—275kg；SiO2—80kg；Al2O3—45kg；MgO—35kg；CaF2—60kg；FeO+MnO≤5kg。
然后通过第二透气塞3吹入氩气，氩气推动钢水旋转流动，持续15min后，第二透气塞3停止吹气，通过第一透气塞2吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间，待钢水温度达到工艺要求后进行浇注。
浇注时第一透气塞2持续吹入氩气，并向中间包1的渣面多批次加入CaSi粉或者碳粉。
对比例
在中间包1的底部设置第一透气塞2，所述第一透气塞2竖直设置。
精炼炉出钢温度为1600℃，向中间包中加入常规的预熔渣，每70吨钢水中添加500kg预熔渣。通过第一透气塞2吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间后浇注，浇注时第一透气塞2持续吹入氩气。
通过对实施例一至三得到的钢锭进行随机抽检，20平方毫米视场范围内夹杂物尺寸均在10μm以下，1-2μm的有200个左右，2-5μm30个左右，5-10μm有一至两个。夹杂物含量以氧化铝(占比60％)、氧化钙(15％)、氧化镁(15％)、其它(10％)为主。生产的锻件A类(硫化物类)、B类(氧化铝类)、C类(硅酸盐类)、D类(球状氧化物类)、DS类(单颗粒球状类)等各类夹杂物均能达到≤1.5级的要求。
通过对对比例：得到的钢锭进行随机抽检，20平方毫米视场范围内夹杂物尺寸最大达到18μm，其中，1-2μm的有230个左右，2-5μm的有40个左右，5-10μm的有5个左右，10-18μm的有一两个。
可见，本申请能够显著降低铸件中的夹杂的尺寸以及数量，提高铸件的品质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：
在中间包(1)的底部设置第一透气塞(2)和第二透气塞(3)，所述第一透气塞(2)竖直设置，第二透气塞(3)位于中间包(1)底部的侧壁，且第二透气塞(3)的出气口倾斜向上，第二透气塞(3)的出气方向与中间包(1)的侧壁相切；
钢包精炼炉出钢温度比正常温度提升20～30℃，钢包精炼炉中的钢水进入中间包(1)后，向钢水中加入预熔渣，然后通过第二透气塞(3)吹入氩气，氩气推动钢水旋转流动，持续一段时间后，第二透气塞(3)停止吹气，通过第一透气塞(2)吹入氩气，氩气向上流动并带动夹杂运动至钢水表面，镇静一段时间，待钢水温度达到工艺要求后进行浇注。
2.如权利要求1所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：预熔渣的添加量每70吨钢水添加500kg。
3.如权利要求1所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：预熔渣的成分以及重量份为：CaO—40～55份；SiO2—10～25份；Al2O3—5～15份；MgO—5～10份；CaF2—6～12份；FeO+MnO≤0.5份。
4.如权利要求1所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：所述第一透气塞(2)设置在中间包水口(4)的周围。
5.如权利要求4所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：在浇注时第一透气塞(2)持续吹入氩气。
6.如权利要求1所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：在浇注的过程中向中间包(1)的渣面多批次加入脱氧粉剂。
7.如权利要求6所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：脱氧粉剂为CaSi粉或者碳粉。
8.如权利要求1所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：多包联合浇注或需要在镇静后需要继续向中间包(1)兑入钢水时，预先在中间包(1)的顶盖(5)上悬挂长水口(6)，长水口(6)的下端伸入钢水中。
9.如权利要求1所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：第一透气塞(2)吹氩气镇静时间为10min。
10.如权利要求1所述的模铸中间包钢水纯净化方法，其特征在于：第二透气塞(3)为3个，且均匀分布在中间包(1)的底部边缘。
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