CN114082910A

CN114082910A - 一种抑制水口堵塞的方法

Info

Publication number: CN114082910A
Application number: CN202111414173.4A
Authority: CN
Inventors: 陈良; 周艳丽; 李庆军; 林敏�; 范斌; 叶飞来; 李飞; 赵立胜; 吴兆华; 武文健; 刘利; 吴会翔
Original assignee: Shandong Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shandong Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本发明提供了一种抑制含硫钢浇注水口堵塞的方法，包括以下步骤：将含硫钢配料后依次进行熔炼、精炼、真空脱气、连铸、缓冷；所述连铸的过程中，在中间包中设置脉冲电源，所述脉冲电源的正极连接中间包的塞棒顶部，负极连接水口底部结晶器内的铁棒电极。本申请通过在水口施加脉冲电流外场，有效的抑制了水口堵塞，增加了水口寿命。

Description

一种抑制水口堵塞的方法

技术领域

本发明涉及连铸生产技术领域，尤其涉及一种抑制水口堵塞的方法。

背景技术

在实际生产过程中，含硫钢因独特的生产工艺和化学成分，易出现水口堵塞、多炉连浇不顺畅乃至断浇等问题；此外，堵塞物还会在钢液的持续冲刷下脱落并混入结晶器，进而在铸坯中形成夹杂物，对连铸坯质量产生不利影响。

水口结瘤是铝脱氧钢连铸过程中都会遇到的问题。所谓某种钢的可浇性不好，就是指浇注过程中大量夹杂物粘附在水口上而造成水口结瘤，严重的情况下甚至几乎堵塞水口，造成浇注困难，因此，造成水口结瘤的原因就是夹杂物引起的。铝能有效地将钢液中的氧降到较低水平，所以它作为强脱氧剂在炼钢过程中被广泛采用；但是采用铝脱氧后在钢水中易形成大量的A1₂O₃夹杂物，这些夹杂物会在流动过程沉积到水口壁面上，这是水口结瘤物的主要来源。

含硫钢中的硫在钢中主要以硫化锰的形式存在，MnS可以明显改善钢的可切削性能，抑制晶粒长大及促进晶内铁素体析出。含硫钢加Ca线可以对钢中MnS进行变质处理，加入大量的Ca线，会形成CaS，附着在水口内壁面上易造成堵塞，喂入钙线量少，会对A1₂O₃变性不完全生成高熔点铝酸钙也会造成连铸水口堵塞。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种抑制水口堵塞的方法，本申请提供的方法可有效抑制水口堵塞，增加水口寿命。

有鉴于此，本申请提供了一种抑制含硫钢浇注水口堵塞的方法，包括以下步骤：

将含硫钢配料后依次进行熔炼、精炼、真空脱气、连铸、缓冷；

所述连铸的过程中，在中间包中设置脉冲电源，所述脉冲电源的正极连接中间包的塞棒顶部，负极连接水口底部结晶器内的铁棒电极；

所述连铸过程中，中间包水口在开浇前2h内开始烘烤，所述烘烤的温度≥400℃。

优选的，所述脉冲电源的电压为24V，频率为30Hz，电流不低于160A，占空比为60％。

优选的，所述烘烤的时间≥2.5h。

优选的，所述连铸的过程中，采用整体水口，大包长水口采用石棉密封垫+吹氩器密封保护，长水口氩封流量为25～70NL/min。

优选的，所述连铸的过程中，水口插入深度为80～120mm，拉速为1.05±0.01m/min，结晶器液面波动目标≤±3mm。

优选的，所述烘烤的方式为：小火烘烤大于30min，中火烘烤大于1h，内衬烘烤温度为1000～1200℃。

优选的，所述精炼的渣系包括：SiO₂ 8～9wt％，MgO 6～7wt％，CaO 45～50wt％，Al₂O₃ 30～36wt％。

优选的，所述中间包的覆盖剂包括上层和下层，所述上层为低碳覆盖剂，所述下层为低碳碱性中包覆盖剂。

本申请提供了一种抑制含硫钢浇注水口堵塞的方法，其包括以下步骤：将含硫钢配料后依次进行熔炼、精炼、真空脱气、连铸和缓冷，在连铸的过程中，本申请通过在中间包中设置脉冲电源，在电自由能驱动下，非金属夹杂物受到垂直于电流方向的驱动力，实现了脉冲电场下非金属夹杂物的定向迁移，从而达到抑制水口堵塞的目的。

附图说明

图1为本发明脉冲电流抑制塞棒-水口堵塞原理计算图；

图2为本发明电源-中间包连接方案结构示意图；

图3为本发明塞棒连接细节结构示意图；

图4为本发明水口连接细节结构示意图；

图5为本发明陶瓷滑轮细节结构示意图；

图6为本发明实施例1中6炉钢塞棒高度示意图；

图7为本发明实施例1中水口上部断面形貌照片；

图8为本发明实施例1中水口中部断面形貌照片；

图9为本发明实施例1中水口下部断面形貌照片；

图10为本发明实施例2中第二炉塞棒上行曲线图；

图11为本发明实施例2中第四炉塞棒上行曲线图；

图12为本发明实施例2中第六炉塞棒上行曲线图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

鉴于现有技术中钢水洁净度差，易造成浇注过程水口堵塞，甚至停留，特别是含硫钢更易出现水口堵塞，多炉连浇不顺畅乃至断浇等问题，本申请通过在水口施加脉冲电源外场，有效抑制了水口堵塞，增加了水口寿命。具体的，本发明实施例公开了一种抑制含硫钢浇注水口堵塞的方法，包括以下步骤：

本申请首先就脉冲电流的技术原理进行说明：基于电自由能驱动原理，根据金属熔体与非金属夹杂物之间的电导率差异，使非金属夹杂物受到垂直于电流方向的驱动力，实现脉冲电场下非金属夹杂物的定向迁移，达到抑制水口堵塞的目的。

夹杂物在熔体中的迁移和分布遵循体系电自由能降低的原则，夹杂物在熔体中迁移的动力来源于电自由能的降低，电驱动力方向垂直于电流方向，指向电自由能低的区域，夹杂物从电自由能高的区域迁移至电自由能低的区域。根据电自由能表达式可知，电自由能与电流密度的平方成正比，即夹杂物从高电流密度区域迁移至低电流密度区域，即夹杂物在熔体中受到电流密度梯度的驱动。

通过外接脉冲电源，塞棒连接电源正极，水口电极连接电源负极，通过电流密度梯度驱动非金属夹杂物定向迁移，从而有效抑制水口堵塞。如图1所示，在1位置处，中间包内电流稀疏分布，碗口处电流密集分布，此处电流密度比中间包内电流密度大，随钢液流经此处的夹杂物受到垂直于电流方向的驱动力，使夹杂物不易粘附到碗口耐材表面，有利于抑制碗口堵塞；在2位置处，由于高频脉冲电流的趋肤效应，使水口内壁的电流分布比中心区域更密集，电流密度更大，夹杂物靠近水口内壁时，由于受到电流密度梯度的驱动，远离水口内壁，有利于抑制水口内壁堵塞。

电源正负极与中间包详细连接方案见图2，将镀镍铜丝一端连接脉冲电源正极，另一端连接在接地夹上，并将接地夹固定在塞棒螺栓顶部，在塞棒与横梁接触面放入两个绝缘云母垫片，保证现场电路安全。将镀镍铜丝一端连接脉冲电源负极，另一端插入纯镍连接器中，将铁棒电极插入纯镍连接器中并用紧固螺栓固定，将镀镍铜丝绕在陶瓷滑轮(如图5所示)上，通过陶瓷滑轮调节电极高度，用铁丝将电极绑在水口外壁以保证电极竖直插入结晶器液面以下，电流总脉冲电源正极流出，经过塞棒-水口内部钢液-水口阴极电极，最终流回脉冲电源负极。

按照本发明，在精炼的过程中，所述精炼的渣系包括：SiO₂ 8～9wt％，MgO 6～7wt％，CaO 45～50wt％，Al₂O₃ 30～36wt％。精炼渣对吸收钢水中夹杂物有重要作用；LF精炼过程夹杂物的去除分为三个阶段：夹杂物上浮至钢渣界面；夹杂物从钢水中分离进入渣相；夹杂物被吸收进精炼渣中，因此造出流动性合适良好、成分搭配合适的精炼渣十分重要。

本申请中，采用中间包干式料：MgO≥85％，SiO₂≤8％。

水口内壁负压或者高温作用下浸入式水口接缝处形成空隙，空气通过水口耐火材料接缝处的缝隙进入钢液，空气中的氧气将氧化钢液中的酸溶铝，生成的氧化铝附着在水口内壁上。本申请中，采用整体水口，大包长水口采用石棉密封垫+吹氩气密封保护浇注，长水口氩封流量(25～70)NL/min。

水口预热不足形成冷凝钢网状结构造成水口结瘤，本申请中，中间包水口在开浇前2小时开始烘烤，烘烤温度≥400℃，烘烤时间≥2.5h。

其他各种复合氧化物引起水口结瘤，水口结瘤物中有许多不是来源于钢液脱氧产物的非金属夹杂物，例如卷入的结晶器保护渣与脱氧产物结合形成复合夹杂物。本申请中，水口插入深度(80～120)mm，目标110mm，拉速1.05±0.01m/min，结晶器液面波动目标≤±3mm；开浇前逐流检查水口，无堵塞；使用双层中间包覆盖剂，下层使用低钛碱性中包覆盖剂(每流2～3袋，冲击区2～3袋)，上层使用低碳覆盖剂，渣面覆盖不得见红。采用中碳合金钢专用保护渣。保护渣加入原则“勤加、少加、匀加”，保护渣厚度(45～60)mm，液渣层厚度(7～12)mm，目视渣面不得见红，以渣面覆盖蓝色火焰为最佳。中间包烘烤时间≥2.5小时，小火烘烤大于30分钟，然后中火烘烤大于1小时，最后大火烘烤，内衬烘烤温度1000～1200℃。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的抑制水口堵塞的方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

连铸的中间包配备有3个水口(一机三流)，其中间包钢液约为18吨，钢液体积长5920mm、宽2520mm、高1780mm；塞棒材质为铝碳，内径40mm，外径110-145mm，塞棒长度约为1100mm，到平台距离3500mm，电导率约为105S/m；水口材质为铝碳，长度1100mm，电导率105S/m；导线采用镀镍铜丝，长度约30m，导线直径4-10mm，外表面包裹绝缘耐火高温云母编织线；阴极电极采用铁棒作为电极，直径20mm，长度600-800mm，由于电极存在温度梯度，铁棒上部温度低为固态，下部温度高为熔融态，可以实现持续导电；脉冲电源频率1-30kHz，电流为1-300A，电压为1-24V，现场高温环境下，为了提高电源使用寿命，脉冲电源采用水冷降温。电源正负极导线汇集于金属软管中，并固定在操作平台上，如图3所示。脉冲电源正极连接塞棒顶部螺栓，负极连接水口底部结晶器内铁棒电极(如图4所示)。

以F45MnVS含硫钢为例，具体实施方案为：

1、工艺装备及流程

配料(热装40％以上铁水)→50tUHP(EBT)→60tLF精炼→60tVD真空脱气处理→R11m方圆坯连铸机(180*220mm、260*300mm、Ф350mm)→坯库缓冷→入库。

2、VD成品成分

表1 F45MnVS钢种化学成分数据表

3、精炼出钢渣系

表2渣系组成数据表(％)

阶段	SiO<sub>2</sub>	MgO	CaO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
					LF出钢	8-9	6-7	45-50	30-36

4、连铸机主要工艺设备参数

表3连铸机主要工艺设备参数数据表

5、浇注过程关键控制点：以生产180×220mm断面为例：

中间包连浇炉数≤10炉。上线前检测结晶器水缝宽度(4±0.2)mm。生产前足辊整体对弧误差≤0.1mm。中间包干式料：MgO≥85％，Si02≤8％。中间包烘烤时间≥2.5小时，小火烘烤大于30分钟，然后中火烘烤大于1小时，最后大火烘烤，内衬烘烤温度1000～1200℃；中间包水口在开浇前2小时开始烘烤，烘烤温度≥400℃。开浇前逐流检查水口，无堵塞。使用双层中间包覆盖剂，下层使用低钛碱性中包覆盖剂(每流2～3袋，冲击区2～3袋)，上层使用低碳覆盖剂，渣面覆盖不得见红。采用中碳合金钢专用保护渣。加入原则“勤加、少加、匀加”，保护渣厚度(45～60)mm，液渣层厚度(7～12)mm，目视渣面不得见红，以渣面覆盖蓝色火焰为最佳。大包长水口采用石棉密封垫+吹氩气密封保护浇注，长水口氩封流量(25～70)NL/min。大包开浇接走引流砂。采用整体水口。水口中心距1600mm，偏差≤2mm，每流中心线在同一水平线。水口插入深度(80～120)mm，目标110mm。每4小时检查1次喷嘴雾化状态。结晶器电磁搅拌参数：电流300A，频率3.0HZ。末端电磁搅拌参数：电流300A，频率12HZ。拉速1.05±0.01m/min。结晶器液面波动目标≤±3mm。铸坯进拉矫机温度≥900℃。

6、浇注时间

表4浇注各炉次的浇注时间数据表(min)

7、脉冲相关工艺条件

采用电源初始参数为电压24V，电流152A，频率30kHz，占空比39.4％。

8、塞棒上涨情况

连续生产6炉，共浇注290分钟，塞棒开启度由60mm提高到67.8mm，塞棒上行高度的差值7.8mm(如图6所示)，第三炉到第六炉上行2～3.8mm，浇注过程稳定。

9、水口内壁情况

浇注完成后，观察水口断面形貌，对2流水口的上、中、下三部分结瘤情况进行分析。图7为水口上部断面形貌，二流上部钢瘤数量少，数量密度约为1.4个/cm²；图8为二流水口中部断面形貌，中部钢瘤数量密度约为5.5个/cm²；图9为二流水口下部断面形貌，钢瘤数量密度约为1.3个/cm²。

实施例2

与实施例1制备工艺相同，区别在于：在一个中间包浇注6炉含硫钢过程中进行间断脉冲实验；实验过程中，每炉钢前20min施加脉冲处理，后20min未施加脉冲处理，以此对比同一炉次脉冲电流对塞棒上行高度的影响；具体结果如表5～7和图10～12；

表5第二炉脉冲参数即塞棒上行数据表

脉冲参数	2流	3流
			初始电压(V)	24	24
初始电流(A)	172	160
			频率KHZ	30	30
占空比％	60	60
			20秒塞棒上行(mm)	0.01	0.09
无脉冲塞棒上行(mm)	0.1	0.35

表6第四炉脉冲参数即塞棒上行数据表

表7第六炉脉冲参数即塞棒上行数据表

脉冲参数	2流	3流
			初始电压(V)	24	24
初始电流(A)	169	164
			频率KHZ	30	30
占空比％	60	60
			20秒塞棒上行(mm)	0.17	0.41
无脉冲塞棒上行(mm)	1.12	1.56

综上所述，塞棒在脉冲处理阶段上行高度显著低于无脉冲处理阶段，而在第七炉和第八炉脉冲处理和无脉冲处理阶段，塞棒上行高度的差值超过0.6mm，最大达到1.15mm。脉冲电流抑制了氧化铝夹杂物粘附水口，减缓了塞棒的上行速率，有效抑制了水口堵塞。试验后确定的最佳脉冲外场施加参数为：电压24V，频率30KHZ，电流不低于160A，占空比60％。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种抑制含硫钢浇注水口堵塞的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲电源的电压为24V，频率为30Hz，电流不低于160A，占空比为60％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘烤的时间≥2.5h。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸的过程中，采用整体水口，大包长水口采用石棉密封垫+吹氩器密封保护，长水口氩封流量为25～70NL/min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连铸的过程中，水口插入深度为80～120mm，拉速为1.05±0.01m/min，结晶器液面波动目标≤±3mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘烤的方式为：小火烘烤大于30min，中火烘烤大于1h，内衬烘烤温度为1000～1200℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精炼的渣系包括：SiO₂ 8～9wt％，MgO6～7wt％，CaO 45～50wt％，Al₂O₃ 30～36wt％。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间包的覆盖剂包括上层和下层，所述上层为低碳覆盖剂，所述下层为低碳碱性中包覆盖剂。