CN117226084B - 一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金连铸技术领域，具体涉及一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法。一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，在浇铸过程中使用脉冲电源将挡渣堰与整体塞棒连接；挡渣堰为氧化镁‑碳化硅挡渣堰，其中所述的氧化镁为煅烧氧化镁，添加量为80‑90wt%，所述碳化硅的添加量为5‑14wt%；挡渣堰的原料中还添加有作为添加剂的氢氧化钙和作为结合剂的酚醛树脂，氢氧化钙的添加量为1‑10wt%；酚醛树脂的添加量为6wt%。本发明提出的基于电场与材料耦合思路减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法可以达到保证连铸顺行，保障高品质钢铸坯质量的目的，对连铸生产具有重要实际意义。
Description
技术领域
本发明属于冶金连铸技术领域，具体涉及一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法。
背景技术
钢铁工业作为国民经济的重要支撑产业，仍是当下中国产业的核心，推动科技发展、民族振兴和国家富强；在我国经济发展中，钢铁是不可或缺的原材料，其高质与高效生产是我国经济高效发展的基础；连铸技术的出现是钢铁工业发展历程中的里程碑，其开发与应用，大大促进了钢铁工业的高质量和高效发展；在当代钢铁冶炼过程中，连铸技术已经成为必不可少的环节，直接决定了产钢效率和性能。
目前，我国高品质钢发展水平较发达国家有所不足，很多高品质特钢还依赖进口，与国外相比主要表现为质量一致性差、性能不稳定和生产效率低等；主要原因是钢中存在较多大型夹杂物；关于钢中大型夹杂物产生的原因是，连铸过程中整体塞棒棒头和浸入式水口内腔会发生结瘤，塞棒棒头和水口内腔结瘤会造成钢液流场失稳、结晶器钢液卷渣，以及结瘤物脱落等，最终恶化钢坯质量。
进入中间包的钢液，经过挡渣堰和挡渣坝后仅含有微型夹杂物，当钢液到达整体塞棒棒头位置流速突然变快和流量变大，出现严重湍流，这一方面会导致夹杂物在塞棒棒头和浸入式水口内腔附着造成结瘤，一方面会加速钢液中微型夹杂物的碰撞和长大；尤其是塞棒结瘤对钢坯质量的影响尤为重要；棒棒头的结瘤会导致塞棒与浸入式水口腕部与塞棒棒头之间的空间减小，造成单位时间进入结晶器钢液量减小，使结晶器液面下降，塞棒开度增大；随着结瘤加剧，塞棒棒头结瘤物增多，因受到钢液冲击大型结瘤物会脱落，使得塞棒与浸入式水口腕部间空间变大，钢流量瞬间增大，单位时间进入结晶器的钢液量增大，使结晶器液面上升，塞棒开度减小；结晶器钢液面明显波动会导致钢液流场失稳，进而造成卷渣，恶化钢坯质量。
综上，要减少大型夹杂物的产生，避免塞棒棒头和水口内腔结瘤，应该尽量减少中间包钢液中夹杂物的含量；现有的中间包净化钢液的措施主要部位设置中间包挡渣堰和中间包吹氩；挡渣堰的作用是①消除中间包底部区域的死区；②改善钢水流动轨迹,使钢水流动沿钢渣界面进行,缩短夹杂物上浮距离，有利于熔渣吸收；③促进热流分布合理,使各水口处钢水温度差减少到最低程度;④将钢包注流冲击所引起的强烈涡流限制在局部区域，防止紊流扩散引起表面波动而把熔渣卷入钢水内部；设置挡渣堰有利于促进钢渣分离，阻挡熔渣进入结晶器,有利于中间包内钢水流场的合理分布和钢水中夹杂物的上浮,提高钢水纯度，有利于提高连铸坯的质量；近年来中间包底部吹氩技术引起了人们的关注；与钢包吹氩不同，中间包底部吹氩的主要作用是通过惰性气体产生的气泡来“气洗”钢液，气流在中间包内形成一个气幕挡墙，可以有效地改善中间包内钢水的流动形态和夹杂物的运行轨迹，从而达到去除小颗粒夹杂物的目的，甚至有脱气的作用；国外学者通过数值模拟和水力模拟发现：中间包内吹氩形成的气幕改善了中间包流场，可以减小短路流的形成和死区比率,延长钢液在中间包内的停留时间，使夹杂物有足够的上浮去除时间；气幕挡墙的形成可以“抬起”钢液，也缩短了夹杂物上浮的距离；另外，气体的搅动作用增强了小颗粒夹杂物的碰撞机会，容易使小颗粒夹杂物发生碰撞并聚集长大，更易于去除。
然而，目前塞棒棒头和水口内腔的结瘤仍然是连铸工序面临的难题。研究表明施加外加电场可以有效调节钢液中夹杂物的移动；如CN104772452A、CN101176914A、CN106541123A、CN114082910A、CN114309571A等均公开了使用外加电场防止塞棒或水口结瘤的方法。但是，它们仅在塞棒和水口位置施加电场，对钢水施加的面积较小，且该处流场混乱，不利于夹杂物上浮。
CN113441695A公开了一种去除无取向硅钢夹杂物的方法，通过在中间包预设脉冲电流装置，将所述脉冲电流装置的正极连接在上挡渣堰处，负极连接在下导流坝处，在钢水浇注过程中，施加电脉冲处理。其目的是使细小的SiO2和MnS夹杂物在钢水运动过程中更有效的碰撞、聚集、长大，并有充足的时间充分上浮，从而达到有效去除铸坯夹杂物，降低铸坯中S和O含量，大幅提高钢水纯净度，进而提高硅钢成品磁性能；然而该发明存在缺陷：该发明未说明如何在中间包中布置电场，仅提到了将所述脉冲电流装置的正极连接在上挡渣堰处，负极连接在下导流坝处，脉冲电流装置的电极采用耐高温钼丝。现有挡渣堰和导流坝也一般采用镁钙质材料，而其是不导电的，单独靠钼丝是我无法形成大面积电场的。
钢液中夹杂物主要为氧化铝、尖晶石、硫化钙、稀土铝酸盐等，其中氧化铝最为主要。新近研究表明，钢液中氧化铝夹杂物带有氧空位，本征荷正电，在电场作用下夹杂物会定向向负极移动，如果将挡渣堰与电源正极相连，导流坝与电源负极相连，会导致夹杂物向中间包下方移动，反而不利于夹杂物上浮。
CN202310052790公开了一种材料与电场耦合防止浸入式水口堵塞的方法，利用氧化锆与钢液不润湿、与氧化铝反应性差以及Max相和Al-Si合金高温下自密封的特性，同时基于脉冲电场下带正电氧化铝夹杂物远离正极的原理，在浸入式水口内部复合氧化锆基内衬材料，同时连铸时施加高频脉冲电场，减缓浸入式水口内部氧化性气体CO、SiO等向浸入式水口与钢液界面的渗透，降低内衬材料与氧化铝的反应，避免氧化铝夹杂向水口壁面迁移，减少浸入式水口内部氧化铝的结瘤。该方法具有较好的应用前景，然而仅针对的是浸入式水口的防结瘤问题，并未想到减少中间包氧化铝夹杂物的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，基于电场与材料耦合思路，通过电场和材料共同作用，促使氧化铝夹杂物向挡渣堰移动和附着，进而尽可能减少氧化铝夹杂物到达塞棒和浸入式水口，最终达到提高钢坯质量的目的。
本发明为完成上述目的所采用的技术方案如下：
一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，方法为在浇铸过程中使用脉冲电源将挡渣堰与整体塞棒连接；其特征在于：所述的挡渣堰为氧化镁-碳化硅挡渣堰，其中所述的氧化镁为煅烧氧化镁，添加量为80-90wt%，所述碳化硅的添加量为5-14wt%；挡渣堰的原料中还添加有作为添加剂的氢氧化钙和作为结合剂的酚醛树脂，氢氧化钙的添加量为1-10wt%；酚醛树脂的添加量为6wt%。在外加电场的作用下促进氧化铝夹杂物向挡渣堰移动和附着，抑制钢液中夹杂物向整体塞棒棒头迁移和附着。
所述的氧化镁是碱性氧化物，不会对钢液造成污染，采用煅烧氧化镁目的是增大其与钢液的接触面积，进而增大其与氧化铝夹杂物的接触面积。
碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好和导电性强等，将其引入试样，一方面可以提高试样的抗冲刷性和抗热震性，另一方面使试样具有导电性，使挡渣堰与整体塞棒之间形成电场。
所述添加剂的作用一是促进烧结，其主要是利用了Ca(OH)2分解产生的高反应活性的CaO促进烧结的作用；二是氢氧化钙的引入不仅不会污染钢液，还会起到净化钢液的目的；连铸过程中，试样表面的氧化钙可以与氧化铝夹杂物形成液相促进氧化铝夹杂物的附着。
所述的结合剂为酚醛树脂，一是促进氧化物非氧化物的结合，二是热处理后形成碳网，提高试样的导电性。
所述的氧化镁-碳化硅挡渣堰为预制件，其形状为圆弧形，上有均匀分布的孔，孔直径为10mm，孔间距50mm，目的增大其与钢液的接触面积。
所述的使用脉冲电源提供电场，脉冲电源主要参数为，输出脉冲电压0-25V，输出脉冲电流0-500A，输出频率1-100KHz，占空比范围0-100%。
所述的预制挡渣堰与电源负极相连，整体塞棒与电源正极相连。
所述的外加电场为脉冲电流，其参数为电流强度50-300A、频率2-100KHz，占空比1/3-2/3。
所述的连接挡渣堰的导线引入方式为预埋式，导线为钼丝。
本发明提出的一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，基于电场与材料耦合思路，通过电场和材料共同作用，钢液中氧化铝夹杂物会在电场作用下定向移动；氧化镁-碳化硅挡渣堰设计利用氧化镁可以作为基板供氧化铝夹杂物附着，进而尽可能减少氧化铝夹杂物到达塞棒和浸入式水口，最终达到提高钢坯质量的目的；试样中的氧化钙可以与氧化铝夹杂物形成液相，促进氧化铝夹杂物的吸附；碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好和导电性强等，在提高氧化铝质挡渣堰强度的同时提供了导电性，保证了电场的建立。
附图说明
图1为本发明中氧化镁-碳化硅挡渣堰的结构示意图。
图2为本发明中间包施加电场连接示意图。
图3为挡渣堰连接电源的预埋电极方式的侧视的示意图。
其中：
其中：1-中间包；2-整体塞棒；3-挡坝；4-分隔挡板；5-湍流控制器；6-脉冲电源；7-挡渣堰；8-长水口，9-挡渣堰；10-开孔,11-中间包；12-分隔挡板；13-钼丝；14-导线。
实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明：
一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，具体操作方法如下：
步骤1：预制挡渣堰，氧化镁80-90wt%、碳化硅5-14wt%，添加剂氢氧化钙1-10wt%，结合剂为酚醛树脂，涂覆抗氧化涂层；挡渣堰的结构如图1所示；
步骤2：将挡渣堰装入中间包，按照附图预埋导线，随中间包预热；
步骤3：连铸时，将挡渣堰延伸的导线与脉冲电源负极相连，塞棒与电源正极相连；
步骤3：连铸开始，接通电源，施加脉冲电流强度50-300A、频率2-100KHz，占空比1/3-2/3；连铸结束断开电源；。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁90wt%、碳化硅5wt%，添加剂氢氧化钙5wt%，提供的电流参数为：强度50A，频率为2 KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低15.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低12.0%，钢坯夹杂物含量减少16%。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁85wt%、碳化硅10wt%，添加剂氢氧化钙5wt%，提供的电流参数为：强度50A，频率为2 KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低19.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低15.0%，钢坯夹杂物含量减少17%。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁80wt%、碳化硅10wt%，添加剂氢氧化钙10wt%，提供的电流参数为：强度50A，频率为2 KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低21.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低18.0%，钢坯夹杂物含量减少17%。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁80wt%、碳化硅14wt%，添加剂氢氧化钙6wt%，提供的电流参数为：强度50A，频率为2 KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低20.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低18.0%，钢坯夹杂物含量减少21%。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁80wt%、碳化硅10wt%，添加剂氢氧化钙10wt%，提供的电流参数为：强度150A，频率为2 KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低25.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低24.0%，钢坯夹杂物含量减少21%。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁80wt%、碳化硅10wt%，添加剂氢氧化钙10wt%，提供的电流参数为：强度300A，频率为2 KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低30.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低29.0%，钢坯夹杂物含量减少28%。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁80wt%、碳化硅10wt%，添加剂氢氧化钙10wt%，提供的电流参数为：强度300A，频率为50KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低38.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低39.0%，钢坯夹杂物含量减少40%。
实施例
本实施例以某双流超低碳板坯连铸为对象，实施过程中，以在长水口两侧的挡渣堰做为实验组和对照组，将一侧的挡渣堰和塞棒通过电源相连，另一侧的不做处理。
挡渣堰的成分为：氧化镁80wt%、碳化硅10wt%，添加剂氢氧化钙10wt%，提供的电流参数为：强度300A，频率为100KHz，占空比为2/3。
在浇铸过程中，实施流结晶器液面平稳，结晶器液面波动范围较对照流降低40.0%；用后浸入式水口内腔结瘤厚度较对照流降低41.0%，钢坯夹杂物含量减少50%。
Claims (5)
1.一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，方法为在浇铸过程中使用脉冲电源将挡渣堰与整体塞棒连接；其特征在于：所述的挡渣堰为氧化镁-碳化硅挡渣堰，其中所述的氧化镁为煅烧氧化镁，添加量为80-90wt%，所述碳化硅的添加量为5-14wt%；挡渣堰的原料中还添加有作为添加剂的氢氧化钙和作为结合剂的酚醛树脂，氢氧化钙的添加量为1-10wt%；酚醛树脂的添加量为6wt%；所述挡渣堰与电源负极相连，所述整体塞棒与电源正极相连，在外加电场的作用下促进氧化铝夹杂物向挡渣堰移动和附着，抑制钢液中夹杂物向整体塞棒棒头迁移和附着。
2.如权利要求1所述的一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，其特征在于：所述的氧化镁-碳化硅挡渣堰为预制件，其形状为圆弧形，上有均匀分布的孔，孔直径为10mm，孔间距50mm，目的增大其与钢液的接触面积。
3.如权利要求1所述的一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，其特征在于：使用脉冲电源提供电场，脉冲电源参数为，输出脉冲电压0-25V，输出脉冲电流0-500A，输出频率1-100KHz，占空比范围0-100%。
4.如权利要求1所述的一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，其特征在于：所述的外加电场为脉冲电流，其参数为电流强度50-300A、频率2-100KHz，占空比1/3-2/3。
5.如权利要求1所述的一种减少中间包钢液中氧化铝夹杂物的方法，其特征在于：连接挡渣堰的导线引入方式为预埋式，导线为钼丝。
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