连铸板坯浸入式水口吹氩工艺研究

陈志平 朱苗勇 文光华等 连铸板坯浸入式水口吹氩工艺研究
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水口堵塞难以进行物理模拟 ,实验室研究一 响 ,所以可加大吹氩量 ,但实际氩气成为了气孔缺
般选取实际标准 ,以防止液面剧烈波动 、卷渣等现 陷的来源 。
象为依据 ,通过水模实验 ,研究吹入气体后结晶器 为此 ,仍应抓住重点 ,进行堵塞的机理研究 ,
拉速 / (m ·min - 1 ) 实际临界吹气量/
(L ·min - 1 )
1. 2 1. 5 1. 8 2. 1 2. 4 2. 8 3. 7 8. 7 11. 2 17. 2
2 现场试验 结合实际生产状况 ,建立了现场试验方案 。 试验分为两部分 :首先是对结晶器内有无吹气时 , 铸坯针状气孔产生情况进行比较分析 。由于连铸 机开浇后的一段时间结晶器内没有吹气 ,而浇注 末期的前一段时间仍进行吹气 ,因此 ,选用开浇后 和终浇前的铸坯 ,对这两种条件下的铸坯样进行 对比 ;其次 ,根据水力学模拟得出的临界吹气量与 浇注流量间的关系 ,对现场正常浇注条件下的吹 气参数进行优化设置 ,并进行铸坯样的采集和分 析 ,与原有工艺条件铸坯质量作对比分析 。 在开浇和浇末的铸坯上进行取样 ,每块铸坯 上间隔 1 m 取样 1 块 。连铸机生产试验时的断面 分别 为 1 050 mm ×210 mm , 1 150 mm ×210 mm 。根据临界吹气量与浇注流量间的关系 ,在 不同拉速条件下 ,设定了两种断面对应吹气量 。
Research on Argon Blowing Technology for Submerged Nozzle of Continuous Casting Slab
Chen Z hi p i n g1 ,2 Z hu M i aoy on g1 W en Guan g h ua3 J i an g Z hon g k uai4 (11 No rt h2east U niversit y ,Shenyang 110004 21 Technology Center of Meishan Iro n &
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梅山科技 2008 年第 3 期
缺陷类型 1 054 267 302
气孔/ 个
-
表 6 头 、尾坯金相检测结果
2 号坯
1 054 278 302 2 054 515 302 1 054 277 310
-
-
3
尾坯 2 054 514 309
3
2 054 523 310 3
-
2 056 180 305
-
1 065 446 305
-
2 056 180 305 0. 5 1 065 448 305
-
1 055 923 306
-
2 065 119 304
-
表 8 吹氩工艺改进前后针孔状气孔对比
%
低倍检测 比例
改进前
0. 5 级 1. 0 级
81. 8
0
改进后
0. 5 级 1. 0 级
保持稳定后 ,根据当前拉速对应的临界吹气量
q临 ,将吹气量控制在 q临 以内进行浇注 ,并对铸坯
低倍样进行采集 ,试验条件见表 3 。
表 2 头 、尾坯试样采集记录
采样位置
坯号
低倍样数 个
1 号坯
20 650 993 010
4
2 号坯
20 651 993 020
5
倒数 2 号坯
10 654 913 070
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陈志平 朱苗勇 文光华等 连铸板坯浸入式水口吹氩工艺研究
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图 1 临界吹气量与浇注流量间的关系
应关系 ,可以得出不同断面 、拉速情况下的临界吹 气量 。如结晶器断面为 900 mm ×210 mm 情况 下 ,不同拉速对应临界吹气量见表 1 。
表 1 900 mm ×210 mm 断面条件下 的临界吹气量
手段 ,通过现场试验取样 ,分析了稳态与非稳态浇 注条件下水口吹氩对铸坯质量的影响 ,重点关注 了针状气孔产生 ,讨论了如何合理设置吹氩工艺 。
1 水模试验 通过水力学模拟实验 ,对浸入式水口吹入惰 性气体后结晶器内的流场特征进行了研究 ,在不 同的拉速和结晶器断面等工艺参数下 ,要防止液 面剧烈波动及卷渣等现象的产生 ,存在对应临界 吹气量 ( q临 ) 。 q临 近似与结晶器内钢液浇注流量 Q 成正 比 ,将其回归成一元方程为 q临 = 0. 084 1 ×Q 19. 97 (式中 q临 和 Q 的单位为 L/ min) ,见图 1 。 在实际生产中 ,这些工艺参数应调整相互匹配 ,以 使结晶器内流场达到理想状态 。 依据浇注流量 (结晶器过量) 与拉速断面的对
尾坯中发现的较大气孔金相照片 ,见图 2 。
通过对吹气量的优化设置 ,很好地控制了铸 坯中针状气孔缺陷 。
图 2 浇注末期铸坯中的气孔
从本次的低倍检测和前期试验的金相分析可
以看出 ,只要生产过程中进行吹气 ,结晶器内就存
在气孔产生源 ,容易在铸坯中形成气孔缺陷 ,铸坯
中的针状气孔主要是由吹气所致 。
摘 要 :研究了浸入式水口吹氩工艺对铸坯质量的影响 。进行了实验室物理模拟 ,实施了 改进浇注条件下单流连铸机稳态与非稳态下的现场试验研究 。分析结果表明 ,目前在连铸板 坯浸入式水口吹氩工艺设置上存在一定误区 ,应将水口不堵塞作为吹氩工艺设置的最终目标 , 而吹氩造成的液面波动等情况可作为实际控制时的间接参考依据 。实际吹氩量标准大断面临 界吹氩量可稍大 ,同样断面条件下 ,高拉速吹气量设置小而低拉速则吹气量设置大 。在保证生 产顺行情况下 ,通过对结晶器吹氩气量的优化设置 ,可减少铸坯针孔等缺陷的产生 。 关键词 :吹氩 ;浸入式水口 ;结晶器 ;连铸板坯 ;质量 ;非稳态 ;工艺
3 现场取样记录 取样时浇注的低碳钢钢种为 SP HC。对开浇 头坯和终浇尾坯试样按取样方案进行了采集 ,记 录见表 2 。 试验铸机吹气方式 ,除了外装水口的氩封外 , 采用上水口吹氩与塞棒吹氩相结合 ,因此在现场 试验中应保证两部分吹气量总和不超过当前拉速
条件下的临界吹气量 。现场试验时 ,当铸机拉速
内流场特征 ,得出不同拉速 、断面等参数下临界吹 探索浸入式水口堵塞的机理 。尽量避免用增大水
原有吹气条件下铸坯针状气孔评级结果见表
7 。在原吹氩工艺条件下 ,低倍评级发现针孔状气
孔 0. 5 级占统计铸坯的 81. 8 %。吹氩工艺改进
后 ,针孔状气孔缺陷等级在 0. 5 级以内 ,未发现有
1. 0 级针状气孔 ,根据低倍评级结果 ,针状气孔比
原有工艺降低了 61. 8 % ,见表 8 。试验过程未出
·32 · 试验研究
梅山科技 2008 年第 3 期
连铸板坯浸入式水口吹氩工艺研究
陈志平1 , 2 朱苗勇1 文光华3 江中块4 (11 东北大学 沈阳 110004 21 梅山钢铁公司技术中心 南京 210039 31 重庆大学 重庆 400044 41 梅山钢铁公司炼钢厂 南京 210039)
5
尾坯
10 654 913 080
4
试验 坯号
01 02 03 04 05
表 3 优化设置后的试验吹氩量
断面
拉速
试验吹氩量
mm2 1 050 ×210 1 150 ×210 1 150 ×210 1 150 ×210 1 050 ×210
( m ·min - 1 ) 1. 5 1. 5 1. 6 1. 6 1. 8
unsteady ; technology
板坯连铸浇注时进行浸入式水口吹氩 ,氩气 主要通过上水口 、塞棒或滑板进入结晶器 ,其目的 在于对水口进行清扫 ,防止结瘤堵塞以及钢液二 次氧化 ,延长水口寿命 ,进入结晶器中的氩气急剧 膨胀上浮 ,有利于带走钢水中夹杂物[122] 。但是 , 在结晶器内 ,气泡及其吸附的夹杂物可能被凝固 坯壳捕获 ,形成铸坯皮下缺陷 ;另外 ,气泡从保护 渣层逸出时会对钢液表面产生扰动 ,产生不利的 表面湍流 ,形成铸坯表面缺陷 。因此 ,针对不同生 产状况和设备条件 ,选择合理吹氩量及方式是连 铸工作者必须重视的 。 本文研究对象为单流直弧型高拉速板坯连铸 机 ,断面 210 mm ×(800～1 300) mm ,设计平均 工作拉速 2. 0 m/ min 以上 ,具备结晶器电磁制动 功能 。浸入式水口吹氩通过塞棒和上水口进行 。 采用了水模试验 、低倍冷蚀检验以及金相分析等
Steel Co . ,Nanjing 210039 31 Cho ngqing U niversit y ,Cho ngqing 400044
41 Steelmaking Plant of Meishan Iro n & Steel Co . ,Nanjing 210039)
Key words :argo n blowing ; submerged nozzle ; mo uld ;co ntinuo us casting slab ; qualit y ;
现因为减少吹氩量而导致水口明显堵塞的情况 。
可见 ,通过对吹气量的优化设置 ,使之与工艺生产
条件相匹配 ,可以大大降低正常生产过程中铸坯
针状气孔 。
表 7 吹氩工艺改进前后铸坯低倍检测结果
改进前
坯号
等级
改进后
坯号
等级
2 056 212 306 0. 5 1 065 148 305 0. 5
1 055 956 305 0. 5 1 065 417 304
20. 0
0
5 讨 论 浸入式水口吹氩也称为结晶器吹氩 ,前者说 法较为准确 。实际上 ,确定合理吹氩量是很复杂 的问题 ,包括多方面目标 ,有许多相互矛盾的影响 因素和效果 ,要表述清楚难度也很大 。并且 ,在塞 棒 、水口间吹氩量分配也很关键 ,控制在一定方式 最优 ,总量和分配方式对卷渣影响和拉速同样重 要[3] 。为此 ,讨论前需要正本清源 , 明确核心问 题 ———吹氩目的是什么 ? 是防止浸入式水口堵 塞 。结合有关实验室模拟以及现场试验 ,对重点 问题作如下讨论 。 5. 1 吹氩必要性的分析 首先必须严格区分吹氩与氩封 。理想状态是 除了密封外不吹氩 。氩封必不可少 ,气量固定可 视为常数不作讨论 ,其附带效果为 ,从流动状况考 虑 ,吹入的惰性气体聚集在水口附近区域 ,有利于 减少弯月面附近钢水死区 ,防止出现低温[4] ,也对 改善保护渣熔化状况有利 。 从影响铸坯质量角度分析 ,吹氩主要有两个 作用 ,一是影响结晶器流场 ,从而涉及凝固状态 , 有其有利的一面 ;其次是作为气体存在于铸坯中 , 这一点是缺陷 。结晶器钢流受板坯宽度 、拉速水 口浸入深度以及吐出孔倾角以及电磁力等其他诸 多因素影响[5] 。其中 ,吹氩对结晶器流场的影响 有限 。 因此吹氩的必要性判断标准应以能避免堵塞 发生为度 ,液面波动再小 ,只要无堵塞隐患就少吹 氩甚至不吹 ,如非稳态开浇或薄板坯连铸的情况 ; 如果液面波动大 ,为了防止堵塞可间歇性地加大 吹氩量 。但现在模拟试验的判断标准一般以液面 稳定 ,冲击区域小为标准 。吹氩的目的主要是使 水口不堵塞 ,而吹氩造成的液面波动等情况可作 实际控制时的间接参考依据 。 5. 2 临界氩气量的研究
2 号试样
123412345
---------
表 5 尾坯试样针状气孔评级结果
检测手段
1 号试样
2 号试样
1 2 34 5 1234
低倍检测 - 0. 5 - - 0. 5 - - - -
从表 4 、5 可见 ,开浇后未进行吹气时 ,根据铸 坯检测结果 ,铸坯内部基本上没有发现针状缺陷 , 而浇注末期 ,由于继续进行吹气 ,因此在铸坯试样 上可检测到针状气孔缺陷 。 本次试验与前期试验金相检测结果相似 ,根 据金相试样数据表明 ,开浇后 2 号坯没有检测到 气孔 ,而在浇注末期尾坯上发现存在较大的气孔 , 见表 6 。
(L ·min - 1 ) 8. 4 9. 3 10. 2 13. 3 14. 5
4 结果分析
根据 YB/ T 400321997 和 GB 22621991 ,对铸
坯试样进行了低倍评级 ,头坯和尾坯试样检验结
果见表 4 、5 。 表 4 头坯试样针状气孔评级结果
检测手段 低倍检测
1 号试样