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连铸浸入式水口结瘤、堵塞的控制措施

发布日期: 2020-07-27 14:44:00    阅读量(352)    作者:

连铸浸入式水口是连接中间包和结晶器的关键耐材,钢水通过浸入式水口进入结晶器,通过实时调节浸入式水口上部与塞棒的相对位置,改变两者之间的缝隙,控制着浸入式水口截面过钢量和连铸机生产效率,决定着结晶器液面状态,从而影响到连铸坯质量。在传输过程中,钢水与浸入式水口内壁不可避免地接触,钢水含有的夹杂物在水口内壁粘附、聚集,随着时间延长,在水口内壁形成结瘤物。这些结瘤物一方面易被钢水冲刷进入结晶器,以较大尺寸的夹杂物留存在连铸坯内;另一方面由于结瘤物形状不规则,造成塞棒控制失稳和结晶器液面大幅波动,严重时引起水口堵塞,甚至导致连铸停浇的生产事故。

基于结瘤物和堵塞物的来源,针对其形成原因,(详见本站文章:水口结瘤物、堵塞物的结构以及原因分析)。目前可以减少或降低浸入式水口结瘤和堵塞的控制措施主要包括:改善水口材质及结构、减少夹杂物或改性夹杂物、优化局部钢水流动状态和施加外场。

1、改善水口材质及结构

鉴于夹杂物在水口内壁的粘附导致结瘤和堵塞,水口内壁的表面状态影响粘附的效率。水口内壁选用无碳材料,可以避免烘烤脱碳造成的表面缺陷,提高水口内壁光滑程度,减轻水口结瘤;在水口内壁使用致密Al2O3涂层也可以起到改善效果。水口基体材质的改变,尤其是钢水温度条件下稳定性良好材料的引用可以抑制水口结瘤,在锆层添加YSZ材料能够减少部分钢种的水口堵塞,钛酸钙材质的水口的防堵效果明显优于铝碳质水口,锆酸钙水口材质水口略好于铝碳质水口。另一方面,改善水口的形状,减少钢水流动速度或温度场的突然变化,重点是减少钢水在内壁表面的停滞时间,可以抵制结瘤或堵塞。

2、减少夹杂物或改性夹杂物

夹杂物是水口结瘤和堵塞的物质基础,减少夹杂物或改性夹杂物都会影响到夹杂物在水口的粘附行为。在满足成分要求的前提下,将高熔点的夹杂物转变化为低熔点的夹杂物。例如钙处理能将熔点较高的Al2O3夹杂转化为低熔点的铝酸钙物质,T.Botelho[32]和R.E.Lino等人详细介绍了可以减轻水口堵塞的液态夹杂物成分范围。

3、优化局部钢水流动状态

浸入式水口周围区域吹氩,包括塞棒头部、水口座砖、水口上部或水口中部等位置吹氩,可以降低空气流动形成的负压,减少从水口吸入的氧,降低夹杂物的生成,优化局部钢水的流动状态,促进夹杂物的上浮,阻挡钢水与内壁的接触,能够针对性地降低某些部位的结瘤或堵塞。在外部电磁场的作用下,水口内部的钢水能够旋转流动,大幅减少偏流的发生,冲刷水口壁粘附的夹杂物,可以在一定程度上抑制水口堵塞。另外在浸入式水口外侧装配保温或加热装置立面,借鉴钢包电磁出钢水口的方法,在水口座砖内置入感应线圈,通过电磁感应加热,可有利于抑制浸入式水口上部区域的水口堵塞。在浸入式水口保温方面,文献提出了水口外层使用陶瓷纤维隔热,增加水口内层厚度、应用绝热材料等浸入式水口保温措施。

4、施加外场

随着制造业和装备水平的提高,越来越多的先进技术应用到钢铁生产。对于某些钢种,施加外场可能具有良好的应用效果。文献报道了电磁搅拌可以减少钢水在浸入式水口上部的停滞时间,减少夹杂物在水口壁上的粘附。在浸入式水口下部区域也有电磁搅拌技术的应用,杨莹等人利用电磁装置使钢水在水口内部形成旋流,Al2O3等夹杂物向旋流中心移动,抑制了水口堵塞。在基于双层电荷模型的理论基础上,将外置电源和连铸部件形成回路,塞棒接正极、水口接负极(图2c),可以减轻Al2O3在浸入式水口上的堵塞。张新房等系统总结了脉冲电流调控金属熔体中的非金属夹杂物技术,对比了直流电、交流电、脉冲电流等外场对夹杂物行为的影响,指出脉冲电流去除夹杂物技术在抑制稀土钢等钢种的水口堵塞方面具有极佳的应用前景。

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