如何提高特钢连铸大方坯可浇注性和表面质量

如何提高特钢连铸大方坯可浇注性和表面质量
摘要：就齐齐哈尔北兴特钢试生产期间所出现的连铸水口堵塞和表面缺陷现象，探讨、分析了其产生原因。

提出了改进工艺措施，取得了满意的生产效果。

关键词：特殊钢；水口堵塞；铝一镁尖晶石
前言：在部分（钙处理）铝镇静钢种的制造过程中，由于三氧化二铝.一氧
化镁尖晶石的沉积而造成中间包水口堵塞，致使了钢水能够浇注性的降低与铸坯
表面不足的出现。

从三氧化二铝.一氧化镁尖晶石沉积物包括在钙铝酸盐基体里，
能够觉得为三氧化二铝.一氧化镁尖晶石是高温情况下，低氧含量的钢液和含碳镁
质耐火材料长期接触而造成的。

减少钢包炉/真空脱气炉平均处理温度与时间，钢液中的三氧化二铝.一氧化镁含量也会降低，这样钢液精炼处理后的软吹时间（夹
杂物上浮）在总的可利用时间里极大增加。

所以，优化钢包炉/真空脱气炉的处理时间是十分关键的。

以下对北兴特钢（钙处理）铝镇静钢种生产工艺、钢包炉基
本加热原理与真空炉处理时的温降展开讨论。

1 相关概述
齐齐哈尔北兴特殊钢有限责任公司是2002年11月建成投产的存在世界先进
水平的特殊钢“四位一体”短流程生产线，80%的原料是工业废钢。

冶炼系统年生
产产量是52万吨钢水、50万吨合格连铸坯，它由超高功
率电弧炉、钢包炉、真空脱气炉与合金钢大方坯连铸机组成，设备主要技术数据见表1、表2、表3、表4。

[1]
试生产前期，北兴特钢对（钙处理）铝镇静钢种连铸生产的浇注能力十分差，其一体现
在不稳定的浇注状况与低的连浇炉数，其二体现在铸坯表面不足常常出现，由来自和注流接
触的塞棒与浸人式水口间的沉积物而导致。

一般情况下，高铝/硫含量的钢种不易浇注，困难
在于修改固态三氧化二铝夹杂的时候，还应该防止固态化合物颗粒的太早形成，没有修改的
三氧化二铝和硫化钙夹杂造成水口堵塞。

为了研究水口堵塞的出现原因，对浇注过程中堵塞
严重的炉号水口碗部的沉积物与中间包钢水一起取样进行扫描电镜分析，以下简称SEM。

沉
积物的分析结果出人意料，其组成既不是未修改的三氧化二铝夹杂也不是固态的硫化钙颗粒，而是一氧化钙.三氧化二铝和包含在钙铝酸盐中的三氧化二铝.氧化镁尖晶石。

中间包钢水的
分析结果也进一步证实了这一点，其包含有5微米一10微米的三氧化二铝.氧化镁夹杂。

这
说明水口堵塞的形式是多样化的如图1。

图1中间包水口沉积物SEM分析
因此，为了提高连铸钢水的可浇筑性与综合质量水平，就务必要对二次冶金的工艺过程
进行仔细分析和讨论。

[2]
2 工艺描述
（1）出钢平均出钢量一百吨，出钢时根据顺序添加铁合金、增碳剂、脱氧剂以及造渣
材料（氧化钙和三氧化二铝）。

进行留钢留渣作业，防止电炉氧化渣进人钢包中。

出钢与运
输时，钢包采用两个透气砖全程吹氢。

钢包炉安排有两台钢包车，方便于钢包更快进人加热位。

钢包加热十五分钟里取第一个样，保证存在代表性。

（2）造渣精炼。

为了确保钢水得到成功的钙处理，低氧含量的精炼渣是十分重要的，
渣中Σ（氧化锰和氧化铁）须小于等于百分之一。

钙处理之前务必确保钢水中硫含量处于较
低水平，与此同时还原渣需要存在高碱度与流动性来吸附脱氧产物，氧化钙、三氧化二铝、
铝粒（球）以及碳粉在整个钢包炉处理流程里全程加入，调整吹氩搅拌强度，加速渣一钢间
的反应。

一旦得出结果，元素成分调整就被马上计算出来加入到钢水中，在一定时间的均匀
化后，重新取样验证钢水成分。

（3）真空处理。

结合钢水量，真空处理时间是十到二十分钟。

根据刚水量或钢包的自
由空间（更精确地），达到工作真空度所需时间为三到五分钟。

（4）最终喂线处理。

因为不能预见的消耗，真空处理后一些时候依然需要铝的添加。

真空处理后，用最小的氩气搅拌强度进行，尽量降低二次氧化。

[3]结合钢水实际温度与线壳
厚度，喂线速度用硅化钙线可以进入到钢包底部最好。

（5）夹杂物上浮。

浇筑前，经过确保一定的软吹时间来进行脱氧产物与夹杂物修改的
进行。

软吹时间愈长，钢水的能够浇筑性与清洁度愈好。

（6）浇筑。

真空处理完成到浇注开始的时间是十至十五分钟。

这个过程中，防止钢水
的二次氧化特别关键。

由此可见，防止钢水二次氧化的材料是必须的。

每包钢水浇注周期为
六十到九十分钟。

3 讨论
为了确定各种工序处理后，夹杂物以何种类型存在与钢水中，分别取样：
（1）钢包炉处理完成—真空处理开始前
（2）真空处理完成后立即
（3）喂线、软吹结束—吊包上台浇注前
尽管三氧化二铝.一氧化镁尖晶石沉积所出现的水口堵塞问题，在其余钢铁厂也有验证。

可是，其在二次精炼时的形成机理依然不怎么明白。

本文提出，具有和耐火材料中石墨碳可
以减少其中的氧化镁含量，接下来镁与刚水中的三氧化二铝反应形成三氧化二铝.一氧化镁尖
晶石。

北兴特钢轴承钢（经真空处理）生产初期水口堵塞严重的现象如图2，使人们最初怀
疑三氧化二铝.一氧化镁尖晶石是在真空处理过程中形成的。

钢水真空处理过程也具备形成三氧化二铝.一氧化镁尖晶石的条件（钢水温度高、氧含量低、气体分压低、搅拌强度高）。

然而，SEM分析结果显示如图3，三氧化二铝.一氧化镁尖
晶石已经存在与钢包炉处理后的钢水中，真空处理前所取试样（1）中包含有三到十微米的
氧化钙和三氧化二铝.一氧化镁夹杂。

[4]
这说明，钢包炉处理过程中同样具备三氧化二铝.一氧化镁尖晶石的形成条件。

想到生产
的产品整体标准与镁质包衬对不一样钢种的高适应性，改变钢包耐火材料是不合适的。

北兴特钢进行了下面的工艺措施。

（1）控制钢水在钢包炉处理时的加热升温时间
（2）科学控制炉渣的成分
（3）加强真空处理、喂线处理后的软吹时间
（4）提高浇注时钢水二次氧化的保护能力
结语
综上所述，本文阐述了北兴特钢试生产期间（钙处理）铝镇静钢的具体生产情况，讨论
了改善的工序措施，在生产实践中获得了良好的生产效果。

提高了连铸钢水的可浇注性，单
浇次连浇炉数通过试生产初期的2炉提高到16炉且经过中间包快换，完成单浇次连浇轴承
钢30炉，拉坯3034.25吨，解决了铸坯的表面不足，减少了硅化钙消耗百分之四十到五十，
降低全氧含量百分之三十五到四十，目前平均氧含量8.17x10-4%。

参考文献
[1]叶枫.特钢方坯连铸工艺路线的选择及若干问题的探讨[J].连铸，2011（s1）：140-144.
[2]丁忠，孟祥军.连铸大方坯工艺生产渗碳齿轮用16MnCrS5钢的性能研究[J].宝钢技术，2017（1）：7-11.
[3]陈亮，宋波，陈天明，等.320 mm×410 mm大方坯连铸重轨钢质量改进与应用[J].钢铁，2017，52（4）：31-37.
[4]程鹏飞，唐海燕，吴光辉，等.方坯连铸结晶器内表面流速与卷渣行为模拟[J].连铸，2017（2）：1-6.。