3.2 中間包操作
影響鋼的潔凈度的因素如下:
(1)澆鑄過(guò)度；(2)中間包襯耐火材料；(3)中間包覆蓋劑；(4)攪拌氣體；(5)中間包鋼水流控制。
3.2.1 澆鑄過(guò)度
澆鑄過(guò)度發(fā)生在澆鑄開(kāi)始、更換鋼包和浸入式水口期間和澆鑄結(jié)束。在換包期間和長(zhǎng)時(shí)間待澆時(shí)，造成很多污染，在這些非正常澆鑄期間，很可能夾渣和吸入大氣，誘發(fā)氧化問(wèn)題。如美國(guó)國(guó)家鋼公司連鑄更換中間包時(shí)，鋼中總氧T.[O]為0.005%～0.007%，而穩(wěn)定澆鑄時(shí)，為0.0025%～0.005%。在其它廠家，這一差值僅為0.0003%。Lukens報(bào)道，換包時(shí)總氧含量為0.00192%，而穩(wěn)定澆鑄時(shí)為0.0016%；多法斯克報(bào)道，換包期間總氧T.[O]為0.0022%～0.0032%，穩(wěn)定澆鑄期間為0.0019%～0.0029%。
圖12示出幾個(gè)不同爐次澆鑄期間，中間包內(nèi)T.[O]含量。澆第一個(gè)爐次時(shí)，由于鋼包開(kāi)澆的干擾，中間包澆鑄室內(nèi)空氣和爐渣夾渣同時(shí)發(fā)生，造成中間包內(nèi)開(kāi)始澆鑄時(shí)總氧含量高，是整個(gè)爐次正常澆鑄期間的兩倍(見(jiàn)圖12曲線1)。加中間包覆蓋劑前幾分鐘需要填充澆鑄。穩(wěn)定澆鑄后，總氧含量逐漸降低，其主要成分為Al3O2。
更換鋼包時(shí)有一項(xiàng)改進(jìn)措施，在中間包未注滿鋼水之前，停止鋼水流入結(jié)晶器，塞棒通入攪拌氣體促進(jìn)夾雜物上浮。另一項(xiàng)有效措施是，開(kāi)澆的新鋼包配浸入式水口，采用這項(xiàng)措施后，多法斯克鋼廠鋼水總氧含量從0.0055%～0.0027%降到0.0037%～0.0025%，使整個(gè)工序產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定。
在一包鋼水澆鑄將近結(jié)束時(shí)，由于靠近鋼包出口局部的鋼水形成渦流，鋼包渣易進(jìn)入中間包。為解決這種現(xiàn)象，要求澆畢之前，鋼包內(nèi)保留一些鋼水(即一爐鋼澆畢后剩余鋼水4t)。此外，鋼包停澆后，中間包液面深度下降。多法斯克鋼廠報(bào)道，中間包鋼水流失可引起爐渣卷入渦流，增加結(jié)晶器內(nèi)總氧含量。目前正在開(kāi)發(fā)液面電磁顯示器。
3.2.2 包襯耐火材料
鋼水中溶解的[Al]同爐襯耐火材料中的氧發(fā)生反應(yīng)。這種氧可能來(lái)自爐襯中的碳同粘結(jié)劑和雜質(zhì)反應(yīng)生成的CO，或來(lái)自耐火爐襯分解的SiO2(見(jiàn)式4)。SiO2基中間包襯比MgO基噴涂爐襯(寶鋼和內(nèi)陸)還要差?？繖z測(cè)鋼水的硅含量可以定量該反應(yīng)達(dá)到的程度。
SiO2+4/3[Al]=2/3Al2O3+[Si]
△Gl0=-219400+37.5T(J/mol) (4)
3.2.3 中間包覆蓋劑
中間包覆蓋劑必須具有以下幾種功能:首先，必須使鋼水保溫(防止額外的熱損失)和保證其化學(xué)性質(zhì)(防止吸入空氣和二次氧化)，例如，墨西哥IMCXSA鋼公司改進(jìn)中間包覆蓋劑(SiO2含量低)后，從鋼包到結(jié)晶器吸氮由0.0016%降低到0.0005%。
第二，在理想狀態(tài)下，中間包覆蓋劑能吸收夾雜物，輔助鋼水精煉。一般的中間包覆蓋劑為炭化稻殼，比較便宜，絕緣性好，鋪展性好，且不結(jié)硬殼。但是，炭化稻殼含SiO2高(SiO2≥80%)，可被還原生成夾雜物(見(jiàn)式4)。炭化稻殼呈細(xì)粉狀且含碳量高([C]=10%)，可對(duì)超低碳鋼造成污染。理論上而言，精煉低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，中間包采用堿性覆蓋劑(CaO-Al2O3-SiO2基)比用炭化稻殼好，主要與中間包內(nèi)氧含量較低有關(guān)。例如，據(jù)日本川崎水島廠檢測(cè)，覆蓋劑堿度從0.83提高到1.1時(shí)，總氧T.[O]從0.0025%～0.005%降低到0.0019%～0.0035%。在多法斯克第二煉鋼車間，采用堿性中間包覆蓋劑(CaO40%，Al2O324%，MgO18%，SiO25%，F(xiàn)eO30.5%，C8%)和擋板，與初期使用覆蓋劑(CaO3%，Al2O310%～15%，MgO3%，SiO265%～75%，F(xiàn)eO32%～3%)相比，大大地減少了總氧T.[O]波動(dòng)。在更換鋼包期間，總氧含量從0.0041%降低到0.0021%。穩(wěn)定澆鑄時(shí)，總氧T.[O]從0.0039%降低到0.0019%。然而，另外的情況請(qǐng)參見(jiàn)圖13。使用炭化稻殼和較高堿度保護(hù)渣(SiO225.0%，Al2O310.0%，CaO59.5%，MgO3.5%)兩種情況下，未發(fā)現(xiàn)總氧含量存在差異。這可能是由于堿性覆蓋劑內(nèi)仍含大量SiO2，或許是由于熔化速度較快，結(jié)晶溫度高，容易在鋼水表面形成硬殼所致，也可能是由于一般堿性覆蓋劑粘度較低，易被帶走。為了避免這些問(wèn)題，AK鋼公司阿什蘭廠建議用兩層覆蓋劑，底部用低熔點(diǎn)堿性覆蓋劑吸附夾雜物，而頂層用炭化稻殼保溫，這一工藝可將總氧含量從0.00224%降低到0.00164%。
3.2.4 中間包攪拌
從中間包底部噴吹惰性氣體加強(qiáng)鋼水混合，促進(jìn)夾雜物相互碰撞、長(zhǎng)大和去除。Lukens鋼公司采用中間包攪拌，成功地將鋼水中T.[O]降低到0.0016%。該技術(shù)的缺點(diǎn)是，一旦吸收夾雜物的氣泡從中間包進(jìn)入結(jié)晶器并夾帶到產(chǎn)品中，便可成為嚴(yán)重的缺陷。
3.2.5 中間包鋼水流控制
設(shè)計(jì)的中間包流場(chǎng)應(yīng)增加鋼水的停留時(shí)間，防止“短路”，并促進(jìn)夾雜物上浮?？靠刂浦虚g包的幾何形狀、液面、浸入式水口的設(shè)計(jì)和流動(dòng)控制元件(沖擊底墊、堰、壩、導(dǎo)流隔板和過(guò)濾器等)來(lái)控制中間包內(nèi)鋼水流。中間包鋼水流沖擊底墊是較廉價(jià)的控制元件，它能夠抑制紊流，防止中間包底襯受鋼包注流的沖刷浸蝕。利用流動(dòng)鋼水自然的浮力避免“短路”。尤其在開(kāi)澆時(shí)，堰、壩和澆鑄上冒口絕熱板結(jié)合，提高鋼的潔凈度。Lukens鋼公司采用底墊后，鋼中的總氧T.[O]從0.0026%降低到0.0022%。浦項(xiàng)鋼公司為了提高鋼的潔凈度，設(shè)置的堰有77個(gè)孔，實(shí)際上起特殊過(guò)濾器的作用。在多法斯克第二煉鋼車間，采用導(dǎo)流隔板提高產(chǎn)品質(zhì)量，特別是在更換鋼包時(shí)，使溫度更均勻(參見(jiàn)圖12曲線3)。導(dǎo)流隔板與中間包蓋配合使用，在穩(wěn)定澆鑄的情況下，可使中間包總氧含量從0.0047%～0.0031%降低到0.003%～0.002%。
——摘自《中國(guó)金相分析網(wǎng)》
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