IF鋼中成分及夾雜物的過程控制研究

1、東北大學(xué)博士學(xué)位論文IF鋼中成分及夾雜物的過程控制研究 姓名:任子平申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:博士專業(yè):鋼鐵冶金指導(dǎo)教師:姜茂發(fā);唐復(fù)平 20060301東北大學(xué)博士學(xué)位論文 摘要 IF鋼中成分及夾雜物的過程控制研究摘 要近幾年來,由于IF鋼具有優(yōu)良的深沖性和無時(shí)效性,已逐漸成為繼沸騰鋼和鋁鎮(zhèn)靜 鋼之后的新一代沖壓用鋼,是一個(gè)國(guó)家汽車用鋼板生產(chǎn)水平的標(biāo)志。目前,中國(guó)的IF 鋼生產(chǎn)處于初級(jí)發(fā)展階段,可以滿足中低檔轎車和卡車用鋼板的質(zhì)量要求,中高檔轎車 用高品質(zhì)鋼板仍然需要大量進(jìn)口,尤其是對(duì)于表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格的汽車面板,與國(guó) 外同類型IF鋼產(chǎn)品的質(zhì)量差距更大。本論文首先通過工業(yè)試驗(yàn)及取樣分析,系統(tǒng)研究IF

2、鋼中成分及夾雜物在轉(zhuǎn)爐冶煉、 RH真空精煉、連鑄等各個(gè)工序的變化規(guī)律,進(jìn)而對(duì)IF鋼中成分及夾雜物的過程控制進(jìn) 行分析評(píng)價(jià),并提出相應(yīng)的解決措簏和研究方向:然后通過數(shù)學(xué)物理模擬,系統(tǒng)研究IF 鋼連鑄結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)及卷渣行為,在此基礎(chǔ)上對(duì)IF鋼連鑄工藝參數(shù)和浸入式水 口結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì),并成功應(yīng)用于IF鋼連鑄工業(yè)生產(chǎn),取得良好效 果。本論文的主要研究成果如下:(1IF鋼連鑄坯中的碳、氮含量分別為22X10、21×10曲,在RH脫碳結(jié)束之后的 增碳量可降低至ll×10一,在轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)之后的增氮量可降低至9×10。 (2在穩(wěn)態(tài)澆注條件下IF鋼連鑄坯中的

3、全氧含量為16×10,夾雜物含量的平均值為 092mg.(10kg,達(dá)到世界先進(jìn)水平。(3IF鋼連鑄坯中的夾雜物主要有A1203系群絡(luò)狀?yuàn)A雜物、A1203系塊狀?yuàn)A雜物、 A1203一CaO系或A1203一CaOSi02系興雜物、A1203-Ti203系夾雜物等4種類型。大 型A1203系塊狀?yuàn)A雜物和A1203一CaOSi02系夾雜物是造成鞍鋼IF鋼冷軋板表面 缺陷的主要原因。(4隨著水口吹氣量的增加,連鑄結(jié)晶器內(nèi)的液面波動(dòng)逐漸加劇,尤其浸入式水口附 近的液面波動(dòng)明顯加劇,卷渣和液面裸露的幾率均逐漸增大;但同時(shí)沖擊深度逐 漸減小,利于鋼液中夾雜物上浮和凝固坯殼形成。(5對(duì)于斷面尺寸為(

4、1060mm、1280ram×230mm的連鑄結(jié)晶器而言,建議均采 用15。正方形水口,當(dāng)上水口吹氣量為6L/min、上滑板吹氣量為2L/min、水口插 入深度為290mm時(shí)為最佳。對(duì)于斷面尺寸為1550mm×230mm的連鑄結(jié)晶器而 言,建議采用150正方形水口,當(dāng)上水口吹氣量為4L/rain、上滑板吹氣量為2L/rain、 拉速為1.3m/rain、水口插入深度為290mm時(shí)為最佳。l東北大學(xué)博士學(xué)位論文 摘要(6經(jīng)過連鑄工藝參數(shù)和浸入式水口結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后,在正常澆注條件下連鑄 中間包至結(jié)晶器之間的IF鋼中全氧含量下降ll×10一,連鑄坯上、下表層處的夾

5、 雜物含量分別下降53.1%、85.9%。(7經(jīng)過連鑄工藝參數(shù)和浸入式水口結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)之后,與連鑄中間包試樣相比 較,在穩(wěn)態(tài)澆注條件下IF鋼連鑄坯中夾雜物的主要變化規(guī)律如下:a A1203系群絡(luò)狀?yuàn)A雜物的數(shù)量明顯減少,尺寸也有所減小,一般為159in 40p.m。b A1203系塊狀?yuàn)A雜物的數(shù)量和尺寸均有所增大,一般為20/am409m。 C A1203一CaO系或A1203一CaO-Si02系夾雜物基本消失。d A1203一Ti203系夾雜物的數(shù)量有所減少,尺寸稍有增大,大多數(shù)為10p.m 601xm。這表明連鑄結(jié)晶器可以有效去除1F鋼中的夾雜物,同時(shí)無明顯的結(jié)晶器卷渣和 二次氧化。本論

6、文的研究成果對(duì)于解決IF鋼冷軋汽車面板出現(xiàn)的表面質(zhì)量問題,對(duì)于我國(guó)IF 鋼生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展均具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞:IF鋼;夾雜物:卷渣;鋼液流場(chǎng);水口吹氬;結(jié)晶器東北大學(xué)博士學(xué)位論文 ABSTRACT Control of Chemical Composition and Inclusions in IF SteelABSTRACTOwing to its excellent deep stamping and noaging performances,IF steel becomes a new generation of stamping steel following b

7、oiling steel and aluminium killed steel and represents the development 1evel of steel sheets for automobiles in a country.Now,IF steejS manufacture is in an elementary development stage in China.And ChinaS IF steel can meet the quality demands for trucks and low-grade automobiles,Large numbers of hi

8、gh quality steel sheets for the top grade automobiles must be imported.Expecially,for skin plates with very strict surface quality,there is much greater disparity between foreign and ChinaS product quality.By means of industrial test and sampling,variation regulations of chemical composition and inc

9、lusions in IF steel from BOF smelting,RH refining to continuouscasting are studied in this work.The controllevel of chemical composition and inclusions in IF steel iS analyzed Correspondingly,some measurements and study trends are put forward.By mearls of mathmatics and ph,sical modeling,steel fluid

10、S flow and slag entrapments in a mold for IF steelS are investigated,and the technological parameters for continuous casting and structural parameters of SEN are evaluated and optimized.ne optimum parameters are applied to IF steelS industrial manufacture,and the good results are acquired.Some impor

11、tant results ofthis work are as follows.(1Carbon content and nitrogen content of IF steelS slab are 22×10。and 2l×10. respectively.Carbon pickup for IF steel after RH decarburizing is 11×10一.And nitrogen pickup for IF steel after BOF smelting is 9×10.(2Total oxygen content and inc

12、lusion content of IF steelS slab are 16×10曲and O.92 mg(10kg一,respectively,being international advanced level.(3There are 4style of inclusions in IF steelS slab,which are the cluster inclusions of A1203system,block inclusions of A1203system,inclusions of A1203一CaO or A1203-CaO-Si02system,and inc

13、lusions of A1203一Ti203system.Big block inclusions of A1203system and inclusions of A1203-CaO-Si02system is the main factor causing the surfa6e defects ofIF steelS slab.(4With increasing the gas flow of SEN,the surface flunctuation in a mold is enhanced, lII東北大學(xué)博士學(xué)位論文 ABSTRACTespecially near SEN,whic

14、h increases the probability of slag entrapments and steel bareness,and the impact depth is decreased,which favors removing inclusions from steel liquid and forming solidification shell in a mold.(5For the mold of(1060nml,1280ram×230mm,SEN with 15。square exits should be adopted.When the gas flow

15、 of the upper nozzle and the sliding-panel is 6L/min and 2L/rain,respectively,the immersion depth of SEN is 290ram,the good results for continuous casting will be aRained.For the mold of 1550mm×230mm,SEN with 15。square exits should be adopted When the gas flow of theupper nozzle and thesliding-

16、panel is 4L/min and 2L/min,respectively,the immersion depth of SEN is 290mm,the good results for continuous casting will be attained.(6After optimization.total oxygen content of IF steel is decreased by 11×10。from tundish to mold,and incluslon content of the upper smface layeg the lower surface

17、 layer ofIF steel decreases 53.1%,85.9%,respectively.(7After optimization,compared with steel samples from tundish,the inclusion characteristics of IF steelS slab are as follows:曲the number and size of the cluster inclusions of A1203system are decreased,and meir size iS 151xm409m;bthe number and siz

18、e of the block inclusions of A1203system are increased,and their size is 20pm40“m;c、the inclusions ofAl203一CaO or A1203-CaOSi02system disappear;dthe number of the inclusions of A1203-Ti203system is decreased,and their size is increased,mostly being 10pm60p_m.It shows that the mold can efficiently re

19、duce the inclusions of IF steel,and slag entrapments mad steel reoxidation in the mold can be controlled.The results of this work have an important theoretical value and practice significance for preventing the surface defects of skin plates for automobiles and developing 1F steelS technology.Key wo

20、rds:IF steel;inclusion;slag entrapment;flow field;argon blowing;mold獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明,所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取得 的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外,不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過 的研究成果,也不包括本人為獲得其他學(xué)位而使用過的材料。與我一同工 作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示鍘 意。學(xué)位論文作者簽名:伍抖 日 期:200.5.文學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論 文的規(guī)定:即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印

21、件和 磁盤,允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部 或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索、交流。(如作者和導(dǎo)師不同意網(wǎng)上交流,請(qǐng)?jiān)谙路胶灻?否則視為同意。學(xué)位論文作者簽名:簽字日期: 導(dǎo)師簽名:簽字日期:東北大學(xué)博士學(xué)位論丈 第一章緒論1.1引言 第一章緒論 弟一早三百了匕采用鈦、鈮等強(qiáng)碳氮化合物形成元素,將超低碳鋼中的碳、氮等間隙原子完全固定 為碳氮化合物,從而得到的無間隙原子的潔凈鐵素體鋼,即為超低碳無間隙原子鋼 (Interstitial Free Steel,簡(jiǎn)稱為IF鋼1”。典型的IF鋼成分設(shè)計(jì)如表1.1所示,其成分 特點(diǎn)如下:超低碳氮;研究發(fā)現(xiàn),固溶碳和固溶氮嚴(yán)重?fù)p

22、害IF鋼的塑性應(yīng)變比嘰一般IF鋼中碳含量小 于50x 10,氮含量小于50X 10缶【”。降低鋼中碳、氮等間隙原子的含量,可以明顯改 善IF鋼的塑性應(yīng)變比,同時(shí)能夠減少鈦、鈮等合金消耗。微合金化;IF鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵所在,就是通過鈦、鈮處理最終清除鋼中的碳、氮等間隙原子,得 到潔凈的鐵索體基體,從而完全消除碳、氮等間隙原子的不利影響。研究發(fā)現(xiàn),通過適 當(dāng)?shù)拟?、鈮處理?IF鋼的塑性應(yīng)變比大大增加01。表1.1IF鋼的化學(xué)成分(hi分?jǐn)?shù),%【3。6鋼質(zhì)純凈。除碳、氮等間隙原子的含量被嚴(yán)格控制外,IF鋼中氧、硫等雜質(zhì)元素也必須盡可能 降低。研究發(fā)現(xiàn),由于錳與碳、氮等間隙原子的交互作用,其對(duì)于IF鋼的塑

23、性應(yīng)變比 有不利影響,當(dāng)碳、氮等間隙原予被完全固定后,這種不利影響可減小。在生產(chǎn)高強(qiáng) IF鋼時(shí),應(yīng)適當(dāng)增加硅、錳、磷等鐵索體強(qiáng)化元素的含量,但是必須考慮其對(duì)于成形性東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論的影響作用【”J。近幾年來,由于IF鋼具有優(yōu)良的深沖性和無時(shí)效性,在國(guó)際范圍內(nèi)取得飛速發(fā)展, 逐漸成為繼沸騰鋼(第一代沖壓用鋼,如08F鋼和鋁鎮(zhèn)靜鋼(第二代沖壓用鋼,如 08AI鋼之后的新一代沖壓用鋼,是一個(gè)國(guó)家汽車用鋼板生產(chǎn)水平的標(biāo)志,代表著當(dāng)今 世界沖壓鋼板生產(chǎn)的最高水平和發(fā)展方向玎。1”。目前,IF鋼已廣泛應(yīng)用于汽車、家電制造業(yè)等【16】。以IF鋼為代表的汽車鋼板主要 包括以下三個(gè)產(chǎn)品系列【l

24、7J:減重節(jié)能為目標(biāo)的高強(qiáng)度鋼板系列;以提高成形性能為目標(biāo)的深沖鋼板系列:以提高防腐能力為目標(biāo)的鍍層鋼板系列。IF鋼生產(chǎn)在國(guó)外發(fā)展迅速,以日本為例,20世紀(jì)末日本的IF鋼年產(chǎn)量已超過1000萬噸,并呈逐年上升趨勢(shì)I 91。許多大型鋼鐵公司均積極發(fā)展IF鋼生產(chǎn),如日本的川崎 制鋼公司、新日鐵公司,德國(guó)的Thyssen鋼鐵公司、Hoesch鋼鐵公司,美國(guó)的Armco 鋼鐵公司、Inland鋼鐵公司,韓國(guó)的浦項(xiàng)鋼鐵公司等,其IF鋼年產(chǎn)量均在100萬噸以上 120-2sl。我國(guó)研制IF鋼始于1989年,寶鋼集團(tuán)公司、鞍鋼集團(tuán)公司、武鋼集團(tuán)公司、攀鋼 集團(tuán)公司、本鋼集團(tuán)公司等先后開展IF鋼的研究開發(fā)工作

25、,并大力發(fā)展IF鋼生產(chǎn)26-30】。 目前,我國(guó)的IF鋼生產(chǎn)已具有一定規(guī)模,但仍處于初級(jí)發(fā)展階段。以汽車板用IF鋼為 例,國(guó)產(chǎn)的IF鋼僅可以滿足中低檔轎車和卡車用鋼板的質(zhì)量要求,中高檔轎車用高品 質(zhì)鋼板仍然需要大量進(jìn)口,尤其是對(duì)于表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格的汽車面板,與國(guó)外同類 型IF鋼產(chǎn)品的質(zhì)量差距更大f3l,3m。研究發(fā)現(xiàn),鋼中的成分和夾雜物對(duì)于IF鋼的性能影響顯著【33_3蚋。如若生產(chǎn)表面無缺 陷的汽車面板(05板,必須嚴(yán)格控制IF鋼中夾雜物的數(shù)量、類型、形態(tài)及其分布狀 況口36】。因此,針對(duì)IF鋼存在的表面質(zhì)量問題,開展IF銅成分及夾雜物的過程控制研 究成為當(dāng)務(wù)之急,其研究成果對(duì)于我國(guó)IF鋼

26、生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要的理論價(jià)值和 現(xiàn)實(shí)意義。1.2文獻(xiàn)綜述1.2.I IF鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展現(xiàn)狀分析國(guó)內(nèi)外IF鋼的生產(chǎn)工藝流程一般為鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一RH真空精煉一連鑄一 熱軋一冷軋一退火一平整13,37,381。每一個(gè)工序均在不同程度上影響IF鋼的最終產(chǎn)品性 能。為保證IF鋼的最終產(chǎn)品性能,國(guó)內(nèi)外IF鋼生產(chǎn)工藝的技術(shù)要點(diǎn)總結(jié)如表1.2所示。 2東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論表1.2國(guó)內(nèi)外IF鋼生產(chǎn)工藝的技術(shù)要點(diǎn)口,4,8,13,1738】Table 1.2Key technologies ofIF steels工序 技術(shù)要點(diǎn)煉鋼(鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一RH真空精煉一連鑄 熱軋冷軋 I

27、.超低碳;2.微合金化;3.鋼質(zhì)純凈。1.均勻細(xì)小的鐵索體晶粒;2粗大稀疏的第二相粒子。 1.盡可能大的冷軋壓下率。退火 :囊簍魯暴誓蓑篙芋大:要實(shí)現(xiàn)IF鋼成分及夾雜物的嚴(yán)格控制 真空精煉一連鑄生產(chǎn)工藝進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。 3必須對(duì)煉鋼(鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐冶煉一RH 日本新日鐵公司1F鋼的煉鋼生產(chǎn)工藝及其東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論控制措施如表1.3所示,該公司先后采用22項(xiàng)控制措施對(duì)IF鋼的煉鋼生產(chǎn)工藝進(jìn)行系 統(tǒng)優(yōu)化。1,2.1.1鐵水預(yù)處理工序在進(jìn)行l(wèi)F鋼生產(chǎn)時(shí),必須進(jìn)行鐵水預(yù)處理,其目的是:減少轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的渣量,從而減少出鋼過程中的下渣量;降低轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼液和爐渣的氧化性;提高轉(zhuǎn)爐冶煉

28、終點(diǎn)爐渣的堿度和MgO含量。采用噴吹金屬鎂和活性石灰對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫,可使入爐鐵水中的硫含量控制在 O.0030%以下。而通過噴吹含鎂和CaC2,可使入爐鐵水中的硫含量降至0.010%以下剛1, 421。1.2.1.2轉(zhuǎn)爐冶煉工序總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于IF鋼轉(zhuǎn)爐冶煉的研究成果【3,43-45,可歸納為:采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉,降低轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼液氧含量;實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉動(dòng)態(tài)模型控制,提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼液碳含量和溫度的雙命中率; 提高鐵水比,入爐鐵水的硫含量小于0.003%;控制礦石投入量;提高氧氣純度,控制爐內(nèi)保持正壓;轉(zhuǎn)爐冶煉后期增大底部惰性氣體流量,加強(qiáng)溶池?cái)嚢?轉(zhuǎn)爐冶煉后期采用低槍位操作;將轉(zhuǎn)爐冶煉

29、終點(diǎn)鋼液的碳含量由O.02%O.03%提高至O.03O.04%;采用出鋼擋渣技術(shù);出鋼過程中不脫氧,只進(jìn)行錳合金化處理:采用鋼包渣改質(zhì)技術(shù)。1.2。1.3RH真空精煉工序總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于IF鋼RH真空精煉的研究成果B 465。J,可歸納為:嚴(yán)格控制RH真空精煉之前鋼液中的碳含量、氧含量和溫度;采取RH真空精煉前期吹氧強(qiáng)制脫碳方法:增大RH真空脫碳后期的驅(qū)動(dòng)氣體流量,增加反應(yīng)界面。減少RH真空槽冷鋼;采用海綿鈦替代鈦鐵合金;建立合理的RH真空精煉過程控制模型;進(jìn)行RH爐氣在線分析、動(dòng)態(tài)控制;采用鈣處理技術(shù)。1_2.1.4連鑄工序總結(jié)國(guó)內(nèi)外關(guān)于IF鋼連鑄生產(chǎn)的研究成果f3,51彤】,可歸納為:4東北

30、大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論采用鋼包下渣自動(dòng)檢測(cè)技術(shù);加強(qiáng)大包一長(zhǎng)水口之間的密封;連鑄中間包使用之前采用氬氣清掃;提高大包滑動(dòng)水口開啟成功率:采用連鑄浸入式長(zhǎng)水口;采用大容量連鑄中間包,并進(jìn)行鋼液流場(chǎng)優(yōu)化;保證連鑄中間包內(nèi)鋼液面相對(duì)穩(wěn)定,且高于臨界高度:采用低碳?jí)A性連鑄中間包包襯和覆蓋劑:采用低碳高粘度連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣:采用連鑄結(jié)晶器液面自動(dòng)控制技術(shù),確保液面波動(dòng)小于±3mm。1.2.2IF鋼成分及夾雜物控制的研究現(xiàn)狀分析1.2.2.1IF鋼中碳含量的控制IF鋼中碳含量的控制技術(shù)主要包括以下三個(gè)方面:(1轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)碳的控制;在IF生產(chǎn)時(shí),日本川崎制鋼公司391、美國(guó)Inland鋼鐵

31、公司【23,56JSn寶鋼燁,4叼將轉(zhuǎn) 爐冶煉終點(diǎn)鋼液中的碳含量控制為O.03%O.04%,氧含量控制為O.05%O.065%,德 國(guó)Thyssen鋼鐵公司【21,223認(rèn)為轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼液的最佳碳含量為0.03%,最佳氧含量為 O.06%。(2RH真空脫碳;美國(guó)Inland鋼鐵公司盼561在IF鋼生產(chǎn)時(shí),采用RH.OB進(jìn)行深脫碳處理。RH.OB 的真空脫碳過程主要分為以下兩個(gè)階段:強(qiáng)制脫碳階段從開始至第8rain,R/-/.OB采取吹氧強(qiáng)制真空脫碳方法,真空度為4kPa8kPa。在 此階段,鋼液中的碳含量可從0.03%O.04%降低至8×104左右。自然脫碳階段從第8rain至第1

32、2min,RH.OB停止吹氧,進(jìn)行自然真空脫碳方法,真空度小于266 Pa。在此階段,鋼液中的碳含量可從80×104降低至20×104以下。為滿足鋼種和多爐連澆的要求,提高RH脫碳速度是IF鋼生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵性問題, 為此寶鋼55,57】采用以下兩種方法:在RH脫碳初期采用硬脫碳方式,真空室壓力快速下降,加速脫碳;在RH脫碳后期通過OB噴嘴的環(huán)縫吹入較大量的氬氣,增加反應(yīng)界面。針對(duì)武鋼【3,58IRH真空設(shè)備存在的抽氣能力過小的問題,該公司開發(fā)出如下的RH真 空脫碳技術(shù):提高浸漬管的壽命,尤其是延長(zhǎng)大直徑的使用時(shí)段;加大驅(qū)動(dòng)氬氣流量,并實(shí)現(xiàn)石英浸漬管內(nèi)徑擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)調(diào)整:真空室

33、快速減壓。采用以上技術(shù)后,在RH真空脫碳過程中可在15min20min內(nèi)將IF鋼中碳含量降 低到0.0015%左右。(3防止RH后鋼液增碳。在RH真空脫碳處理之后,必須嚴(yán)格控制IF鋼的增碳。圖1.1給出了可能導(dǎo)致IF鋼 增碳的各種影響因素。RH脫碳結(jié)束(IF鋼中碳含量為15x 1020×104RH真空室內(nèi)的合金及冷鋼增碳l鋼包覆蓋劑增碳包利、長(zhǎng)水口、滑板等鋼包耐火材料增碳l連鑄中間包覆蓋劑增碳包襯、塞棒、浸入式水口、滑板等中間包耐火材料增碳4連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣增碳圈1.1IF銅增碳的影響因素【58,59】Fig.1,I Factors ofcarbon pick-up in IFste

34、elsF本新同鐵公司【4。,47】在IF鋼生產(chǎn)時(shí),采用超低碳多孔鎂質(zhì)鋼包覆蓋劑、超低碳中間 包覆蓋劑和低碳空心結(jié)晶器保護(hù)渣、低碳長(zhǎng)水口和浸入式水口、結(jié)晶器液面控制儀等措 施,控制從RH真空精煉結(jié)束到連鑄成坯過程中的鋼液增碳,IF鋼的鋼液增碳量可穩(wěn)定 控制在8×10-69×10,甚至可以達(dá)到2.6x 10。寶鋼144,49,581在IF鋼生產(chǎn)時(shí),采用低碳高堿度中間包覆蓋劑和低碳高粘度結(jié)晶器保護(hù) 渣,同時(shí)減少Rtt真空槽冷鋼(冷鋼不僅對(duì)Rtt真空脫碳不利,而且容易引起RH脫碳 之后的鋼液增碳>,控制從RH真空脫碳之后的鋼液增碳,IF鋼的鋼液增碳量可穩(wěn)定控 制在7×

35、;10。以內(nèi)。1.2.2.2IF鋼中氮含量的控制IF鋼的降氮問題主要在轉(zhuǎn)爐內(nèi)解決。當(dāng)IF鋼中氮含量小于0.002%時(shí),RH真空精 煉過程中降氮非常困難,若密封性能不好還可能導(dǎo)致鋼液增氮31。因此,在IF鋼生產(chǎn)過 程中,減少轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)的氮含量和避免鋼液增氮是獲得超低氮IF鋼的主要途徑。 寶鋼h 44,491在IF鋼生產(chǎn)時(shí),采取的主要技術(shù)措施包括:高鐵水比,控制礦石投入量;提高氧氣純度,控制爐內(nèi)為正壓;轉(zhuǎn)爐冶煉后期采用低槍位操作;6提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)控制的命中率和精度,不允許再吹;鋼包水口和長(zhǎng)水口連接處采用氫氣和纖維體密封:全程底吹氬氣攪拌。采用以上措施后,RH真空精煉終點(diǎn)的IF鋼中氮含量可控制在

36、20×104以下,平均 為13×10一。在澆注過程中IF鋼的增氮量可控制在15×104以下。目前,寶鋼可以批量 生產(chǎn)氨含量小于20X 10。6的超低氮IF鋼n 44,491。臺(tái)灣中鋼公司60在IF鋼生產(chǎn)時(shí),采用如下技術(shù)控制鋼液中的氮含量:轉(zhuǎn)爐冶煉過程中,增加鐵水比和溶劑量,形成較厚渣層,以增加CO氣體在渣層 中的停留時(shí)間,并使鋼液與大氣隔離,降低鋼液的吸氮幾率。在轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束之 前,向爐內(nèi)加入白云石,產(chǎn)生的大量CO氣體形成正壓層阻止鋼液從大氣中吸氮。 在RH真空精煉過程中,采用海綿鈦替代鈦鐵合金,減少鐵合金增氮。在連鑄過程中,采用長(zhǎng)水口、氬氣密封和纖維錐體密封等技

37、術(shù)進(jìn)行保護(hù)澆注。 采用以上技術(shù)后,IF鋼中的氮含量可控制在30×104以下。1.2.2.3IF鋼中氧含量的控制IF鋼中氧含量的控制技術(shù)涉及轉(zhuǎn)爐冶煉、RH真空精煉和連鑄等工藝環(huán)節(jié),武鋼【3,32, “1采用了以下技術(shù):用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉,降低轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼液氧含量;實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉動(dòng)態(tài)模型控制,提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼液碳含量和溫度的雙命中率; 采用擋渣出鋼;進(jìn)行鋼包渣改質(zhì);采用鋼包下渣自動(dòng)檢測(cè)技術(shù);采用大容量連鑄中間包,并進(jìn)行鋼液流場(chǎng)優(yōu)化;采用堿性連鑄中間包包襯和覆蓋劑;采用連鑄結(jié)晶器液面自動(dòng)控制技術(shù),確保液面波動(dòng)小于+3ram。采用以上技術(shù)后,IF鋼連鑄坯中的全氧含量可控制在10

38、5;10。624×10、平均為 】8×】04的先進(jìn)水乎。同本川崎制鋼公司【37,391在控制IF鋼轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)氧含量方面主要采取以下措施:采用頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶煉;增大轉(zhuǎn)爐冶煉后期底部惰性氣體流量,加強(qiáng)溶池?cái)嚢?將IF鋼轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)碳含量由O.02%O.03%提高至O.030.04%;提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)控制的成功率,減少補(bǔ)吹率。日本川崎制鋼公司37,39IF鋼轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)爐渣的全鐵含量一般為15%25%,采用 出鋼擋渣技術(shù),鋼包內(nèi)爐渣的厚度應(yīng)控制在50ram以下,防止出鋼過程中下渣量過大會(huì) 造成鋼液二次氧化嚴(yán)重。出鋼后立即向鋼包內(nèi)加入爐渣改質(zhì)劑,爐渣改質(zhì)劑由CaC03和金屬鋁

39、組成,可將渣中的全鐵含量降低到4%左右,甚至2%以下。7東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論12.2.4IF鋼中夾雜物的控制(1IF鋼中夾雜物的主要類型鋼中夾雜物的分類方法較多,按夾雜物尺寸可分為:超顯微夾雜,均勻分布在鋼中; 顯微夾雜,其尺寸小于509m,與鋼中氧含量有關(guān);宏觀夾雜(大型夾雜,尺寸大于 509m,該類型夾雜顆粒大、數(shù)量少、在鋼中呈偶然性分布,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量危害最大。 按變形能力夾雜物可分為塑性夾雜物、半塑性變形和脆性夾雜物的夾雜物。其中, 塑性夾雜物在軋制時(shí),沿軋制方向伸長(zhǎng),如MnS、FeS、MnO.Si02、Si02含量低的硅酸 鹽等;半塑性夾雜物在軋制時(shí),呈不連續(xù)延伸成鏈狀分布,

40、如群絡(luò)狀A(yù)120,、復(fù)合鋁硅 酸鹽等;脆性夾雜物在軋制時(shí)不發(fā)生塑性變形而成不規(guī)則分布,如A1203、Cr203、Zr02、 TiN、Ti(CN、Si02、FeOA1203、MgOA1203、CaO6A1203、Si02含量高的硅酸鹽、球 狀鋁酸鈣等62-65j。IF鋼中非金屬夾雜物雖然數(shù)量不多,但對(duì)鋼的力學(xué)性能和使用性能的影響作用卻不 可忽視。鋼中非金屬夾雜物的危害性在于它破壞了鋼基體的均勻性,造成應(yīng)力集中,促 進(jìn)了裂紋的產(chǎn)生,并在一定條件下加速裂紋的擴(kuò)展,從而對(duì)鋼的塑性、韌性和疲勞性能 等產(chǎn)生不同程度的危害作用。(2IF鋼中夾雜物的來源分析鋼中夾雜物根據(jù)其來源可分為內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物。連

41、鑄坯中內(nèi)生夾雜物包括脫氧產(chǎn)物、硫化物和氮化物等。脫氧產(chǎn)物直徑小于20btm, 由于脫氧產(chǎn)物碰撞長(zhǎng)大,大部分可以上浮排除,約占鋼中夾雜物總量的40%。硫化物、 氮化物在鋼液凝固過程中析出。文獻(xiàn)661指出,采用錳鐵進(jìn)行脫氧,當(dāng)鋼中錳含量小于0.13%時(shí),夾雜物中MnO的 含量約小于30%,當(dāng)鋼中錳含量大于O.70%時(shí),夾雜物中WMno/wF。急劇增大,其組 成接近純MnO,為方錳礦結(jié)構(gòu)。采用硅鐵進(jìn)行脫氧,當(dāng)鋼中硅含量較低而氧含量較高時(shí),在1600。C溫度下,其脫氧 產(chǎn)物不是純Si02,隨著鋼中硅含量的增加,脫氧產(chǎn)物將逐漸由鐵硅酸鹽轉(zhuǎn)變成Si02。 采用鋁進(jìn)行脫氧,在鋼中鋁的活度小于10×

42、10。6的條件下,脫氧產(chǎn)物不是純A1203, 而是鐵尖晶石(FeO.A1203,或者是高FeO含量的A1203。在鋁鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)過程中,雖 然鋁的加入量比較高,但仍能出現(xiàn)鐵尖晶石夾雜物,這是因?yàn)殇撘褐忻撗鮿┓植疾痪鶆? 局部鋁的活度較低,或者鋼液二次氧化所致。在工業(yè)生產(chǎn)中,常對(duì)鋼液進(jìn)行復(fù)合脫氧。采用硅錳鐵進(jìn)行脫氧,其脫氧產(chǎn)物的類型 取決于wsi/wM。2值。當(dāng)ws,wMn2高于一定值時(shí),脫氧產(chǎn)物為固相Si02夾雜,當(dāng)Wsi/Wm。2低于一定值時(shí),脫氧產(chǎn)物為液態(tài)錳硅酸鹽夾雜。采用鋁硅錳鐵進(jìn)行脫氧時(shí),根據(jù)鋼液中 脫氧元素的活度不同,可生成4種不同類型的夾雜物:液態(tài)鋁硅酸鹽、錳鋁尖晶石、剛 玉及莫來石

43、I”J。連鑄坯中外來夾雜物是從轉(zhuǎn)爐冶煉、爐外精煉到連鑄的過程中,鋼液與空氣、耐火 R東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論材料、爐渣、中間包覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣等相互作用的產(chǎn)物,其主要特征如下舊:組成復(fù)雜,般為復(fù)合夾雜物;顆粒尺寸大,一般大于501.tin;形狀不規(guī)則,有球形、多角形;呈偶然性分布。外來夾雜物是指從煉鋼到澆鑄的全過程中,鋼液與空氣、耐火材料、爐渣及保護(hù)渣 相互作用的產(chǎn)物以及機(jī)械卷入鋼液的各種氧化物。連鑄坯中外來夾雜物主要來源如下 舊l:二次氧化產(chǎn)物。鋼液的二次氧化有4種方式:鋼液與空氣接觸直接吸氧:鋼液 與卷入的空氣相互作用:鋼液與耐火材料相互作用;鋼液與卷入的渣滴相互作 用。卷渣。

44、包括旋渦卷渣和鋼流沖擊卷渣。旋渦卷渣是在澆注后期鋼包或中間包液 面較低時(shí)出現(xiàn)的;鋼流沖擊卷渣是在澆注過程中中間包或結(jié)晶器內(nèi)的鋼液面受 到鋼流沖擊而產(chǎn)生的。耐火材料沖蝕。文獻(xiàn)【67】指出:鋼包襯、中間包襯、塞棒和水VI等耐火材料是 連鑄坯中大型夾雜物的主要來源,約70%75%的外來大型夾雜來自耐火材 料。這些夾雜物的形成是由于鋼液和耐火材料之間發(fā)生的機(jī)械沖刷和化學(xué)反應(yīng) 而形成的。要提高IF鋼連鑄坯的潔凈度就必須減少鋼中的內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物,其關(guān)鍵就 是防止鋼液在澆注過程中的二次氧化。(3IF鋼中夾雜物的控制方法在IF鋼生產(chǎn)過程中,鋼中夾雜物的類型、組成、尺寸和分布等都在不斷地發(fā)生變 化,其變

45、化規(guī)律受鋼液成分、轉(zhuǎn)爐冶煉、脫氧制度、出鋼擋渣、鋼包渣改質(zhì)、RH精煉、 連鑄機(jī)類型、中問包冶金、結(jié)晶器冶金、保護(hù)澆注及耐火材料等諸多因素的影響,必須 從整個(gè)煉鋼工藝流程進(jìn)行控制。寶鋼【4,44,551在IF鋼連鑄生產(chǎn)過程中采用了如下4個(gè)中間包潔凈化技術(shù):中間包三重堰結(jié)構(gòu),以增加鋼液的平均停留時(shí)間,增大鋼液的流動(dòng)軌跡,促進(jìn) 鋼液中夾雜物上浮:擋墻上方使用堿性過濾器,可以吸附鋼液中的夾雜物,同時(shí)使流經(jīng)過濾器的鋼 液流動(dòng)平穩(wěn):中間包內(nèi)襯為堿性涂料,既不氧化鋼液,又能吸附夾雜物;采用具有良好A120,夾雜吸附能力的低碳中間包覆蓋劑。采用以上措施后,從鋼包至中間包過程中IF鋼的夾雜物含量可降低20%30

46、%。 (4IF鋼中夾雜物的檢測(cè)分析歸納鋼中夾雜物的檢測(cè)分析方法68-73】,可分為兩類。9東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論第一類是在位檢測(cè)分析。在位檢測(cè)分析是在夾雜物和基體不分離的情況下進(jìn)行的, 可分為宏觀在位檢測(cè)分析和微觀在位檢測(cè)分析。宏觀在位檢測(cè)分析主要包括低倍酸浸、硫印、x射線透射、超聲波檢查等,可以確 定夾雜物在鋼中的位置、尺寸和分布,但是不能確定鋼中夾雜物的類型和組成。微觀在位檢測(cè)分析主要包括光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、電子探針、能譜分 析、光譜分析等,可以確定鋼中夾雜物的類型和組成,從而彌補(bǔ)宏觀在位檢測(cè)分析的不 足。第二類是移位檢測(cè)分析。常用的移位檢測(cè)分析方法有電解法等。移位檢

47、測(cè)分析可以 避免基體對(duì)夾雜物的干擾,確定鋼中夾雜物的類型、粒度和平均組成。但處理不當(dāng)時(shí), 可能損害鋼中夾雜物的形貌。1.2.3IF鋼連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)及卷渣行為的研究現(xiàn)狀分析連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為是一個(gè)復(fù)雜的湍流流動(dòng),其主要特征是不規(guī)則性、有旋 性、三維性、擴(kuò)散性和耗散性【74】。從20世紀(jì)70年代以來,國(guó)內(nèi)外對(duì)連鑄結(jié)晶器內(nèi)的锎 液流動(dòng)及卷渣行為進(jìn)行了大量的研究工作,特別是隨著數(shù)學(xué)物理模擬技術(shù)的發(fā)展,為連 鑄工藝參數(shù)和浸入式水口結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了更為充分的理論依據(jù)。對(duì)于板坯連鑄生產(chǎn)而言,當(dāng)采用側(cè)孔傾角向下的雙側(cè)孔浸入式水口進(jìn)行澆注時(shí),來 自水口的鋼液沿直線流向結(jié)晶器窄面,且在行進(jìn)過程

48、中不斷擴(kuò)張,流速逐漸降低,到達(dá) 窄面后分為上升流股和下降流股,如圖1.2所示。l 23巧!1k最醐 kl,r勞闋蕊 潲潲l一浸入式水口 2一上部回流區(qū) 3一下部囿流區(qū) 圖1.2連鑄結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流場(chǎng)Fig.1.2Flow field in a mold上升流股沿窄面向上流動(dòng),到達(dá)彎月面后才改變方向流向水口,在液面處形成兩個(gè) 回流。這兩個(gè)回流對(duì)夾雜物的上浮和彎月面的波動(dòng)產(chǎn)生直接影響,決定鋼渣卷混狀況, lO東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論同時(shí)也為保護(hù)渣的熔化提供熱量,決定了熔渣層的厚度。下降流股沿窄面繼續(xù)下行,達(dá)到一定穿透深度后,流向結(jié)晶器中心,形成兩個(gè)與上 部回流循環(huán)方向相反、范圍更大的回流區(qū)

49、,其強(qiáng)度向下衰減,此流股對(duì)結(jié)晶器下端及二 冷段的結(jié)晶組織產(chǎn)生直接影響。所謂沖擊深度即鋼液流股從浸入式水口側(cè)孔流出后向連鑄結(jié)晶器下部沖擊到達(dá)窄 面的碰撞點(diǎn)至彎月面的最大距離。研究發(fā)現(xiàn),沖擊深度過大,則不利于初生凝固坯殼的 形成,并導(dǎo)致凝固坯殼不均勻,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生漏鋼事故。而沖擊深度過小,則會(huì)造成液 面波動(dòng)劇烈,出現(xiàn)卷渣現(xiàn)象,影響連鑄坯的質(zhì)量。Kubma等【75】研究發(fā)現(xiàn),連鑄結(jié)晶器窄麗鋼液面波動(dòng)包括頻率不同的兩種波短 波和長(zhǎng)波。短波(頻率lHz2Hz是由結(jié)晶器振動(dòng)引起的;長(zhǎng)波(頻率0.1Hz是上回 流流股對(duì)液面的沖擊造成的,對(duì)連鑄坯質(zhì)量影響很大。連鑄結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)劇烈,可導(dǎo)致彎月面不穩(wěn)定,使保

50、護(hù)渣被卷入初生坯殼,易 出現(xiàn)鑄坯表面夾渣,甚至發(fā)生漏鋼事故;另外,液面波動(dòng)不穩(wěn)定會(huì)造成保護(hù)渣分布不均, 使液渣不能均勻流入初生坯殼和結(jié)晶器問的縫隙,產(chǎn)生不均勻的熱流,導(dǎo)致鑄坯出現(xiàn)縱 向裂紋。蔡開科等人【62J認(rèn)為當(dāng)結(jié)晶器液面波動(dòng)處于±3mm±5mm時(shí)鑄坯質(zhì)量最好。 包燕平等I76認(rèn)為在連鑄結(jié)晶器內(nèi),由于上升流股的作用,渣金界面處產(chǎn)生駐波,在 駐波波谷處,液態(tài)保護(hù)渣受從波峰處下降鋼液的剪切作用,卷入鋼液形成卷渣。Nakato H等人r 7J認(rèn)為連鑄結(jié)晶器卷渣的發(fā)生條件可用方程f1.1表示:(1/2v2>0>(2a/月+(P一反gR (1-1式中v為鋼液回流的表面速

51、度,p為鋼液密度,p。為熔渣密度,g為重力加速度,月為 渣粒半徑,盯為熔渣表面能,r。為熔渣速度差造成的剪切力。由方程(11分析可知,隨鋼液上回流表面速度的增大,被卷入的渣粒直徑也增大; 對(duì)相同粘度的保護(hù)渣,鋼液回流的表面速度減小,不易產(chǎn)生卷渣。段祟雯(73】通過受力分析闡述了連鑄結(jié)晶器鋼液面裸露的形成機(jī)理。當(dāng)拉速較小時(shí), 保護(hù)渣能夠良好的覆蓋彎月面處的鋼液;隨著拉速的增大,彎月面處的鋼液流速增大, 摩擦力也隨之增大;當(dāng)增大到一定程度時(shí),摩擦力大于浸入式水口側(cè)壁對(duì)保護(hù)渣的反作 用力,此時(shí)保護(hù)渣將隨著鋼液一起向浸入式水口方向運(yùn)動(dòng),于是出現(xiàn)液面裸露。陳永范等79】通過物理模擬發(fā)現(xiàn),隨水口插入深度的

52、增加,鋼液射流的沖擊點(diǎn)下移, 上、下部回流區(qū)的渦心也明顯下移,這樣對(duì)夾雜物上浮不利;相反,則連鑄結(jié)晶器內(nèi)的 液面波動(dòng)加劇,卷渣機(jī)會(huì)增加。朱苗勇等【80通過數(shù)學(xué)模擬計(jì)算了不同水口插入深度條件下的連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流 場(chǎng)。隨著水口插入深度的增加,熔池表面附近向上運(yùn)動(dòng)的回流范圍變得越來越大,熔池 表面的湍動(dòng)減弱,這有利于降低保護(hù)渣卷入的可能性,阻止產(chǎn)生新的夾雜物。但向下回 流的渦心位置卻下移,這將減少?gòu)闹虚g包進(jìn)入結(jié)晶器中夾雜物的上浮機(jī)會(huì),同時(shí)因?qū)⒏?11東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論多的高溫鋼水帶到結(jié)晶器下部而影響了凝固坯殼的生長(zhǎng)速度。手嶼俊雄等【811通過物理模擬,利用連鑄結(jié)晶器底部的水壓計(jì)來控制

53、液面高度,利用 激光反射式測(cè)距儀測(cè)量液面波動(dòng),用螺旋漿式流速計(jì)測(cè)定結(jié)晶液面流速,考察了液面波 高與連鑄結(jié)晶器寬度、拉坯速度、水口側(cè)孔傾角等參數(shù)之間的關(guān)系,提出了衡量液面波 動(dòng)狀況的液面波動(dòng)指數(shù)。F:=pQ,V,(1-sin0.14D(12戶澤宏一等82-851通過物理模擬,利用螺旋槳式流速計(jì)在連鑄結(jié)晶器寬面方向上測(cè)量 了液面流速及其變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)水口左右兩側(cè)鋼液的流速最大值交替出現(xiàn);當(dāng)液面流速 超過O.197m/s時(shí),發(fā)生卷渣現(xiàn)象,并提出臨界流速的計(jì)算公式。塑鏟4f 3成 f(1-3D.Gupta等871通過物理模擬,利用錄像機(jī)和圖象分析儀研究了連鑄結(jié)晶器內(nèi)的液 面波動(dòng)狀況,指出水口兩側(cè)的彎月

54、面形狀在相同時(shí)刻并不是軸對(duì)稱的,但它們的時(shí)均液 面形狀是軸對(duì)稱的;液面波動(dòng)幅度與水口側(cè)孔的鋼液流速成拋物線關(guān)系,液面波動(dòng)幅度 和水口側(cè)孔直徑的比值與弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)(Fr成線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,提出了彎月面液面 波動(dòng)幅度的計(jì)算公式。Al/D=0.557吃n. V 2p"砜2百若薔 (1-4 (15M.Gebhard等【88】通過物理模擬,采用皮托管測(cè)量水口兩側(cè)的液面速度,并利用攝影 機(jī)記錄漩渦的位置和行為。研究發(fā)現(xiàn),漩渦在水口附近出現(xiàn),當(dāng)水口一側(cè)液面流速達(dá)到 峰值時(shí),漩渦會(huì)在另一側(cè)出現(xiàn),其深度隨液面流速的增大而增大。Q.L.He【89J在此基礎(chǔ) 上,考察了水口偏心放置對(duì)漩渦現(xiàn)象的影響,指出

55、漩渦的產(chǎn)生是由于液面偏心流造成的, 水口偏心放置會(huì)導(dǎo)致漩渦在結(jié)晶器和水口之間較寬的一側(cè)出現(xiàn),偏心程度越大,漩渦的 深度和發(fā)生頻率越大。眾多的數(shù)學(xué)物理模型研究表明【90-931,當(dāng)水口側(cè)孔傾角是向下傾斜時(shí),隨著水口側(cè)孔 傾角的增大,鋼液流股對(duì)鋼液面的沖擊速度減弱,從而抑制了液面波動(dòng),減少了卷渣的 幾率;同時(shí),鋼液流股的沖擊深度增加,不利于結(jié)晶器內(nèi)非金屬夾雜物的上浮,并對(duì)初 生凝固坯殼產(chǎn)生一定的影響作用。陳永范等通過物理模擬發(fā)現(xiàn),水口側(cè)孔向下傾角的增大可使沖擊深度增大,回流 區(qū)渦心略有下移,液面波動(dòng)減輕。馬范軍等【92通過數(shù)學(xué)模擬發(fā)現(xiàn),水口側(cè)孔向下傾角越 大,連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液面的紊動(dòng)能越小,其最大

56、值仍出現(xiàn)在窄面附近區(qū)域。Ferrtti等1941研究了水口側(cè)孔水平和向上傾斜條件下連鑄結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)行為, 12東北大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論發(fā)現(xiàn)當(dāng)水13側(cè)孔水平時(shí),結(jié)晶器內(nèi)存在4個(gè)回流區(qū);當(dāng)水口側(cè)iL向上傾斜時(shí),隨著水13側(cè)孔傾角的增大,結(jié)晶囂上部2個(gè)回流區(qū)消失,并在彎月面處出現(xiàn)2個(gè)漩渦,結(jié)晶器內(nèi) 只有2個(gè)回流區(qū)。Tsukamoto等f95通過物理模擬研究了不同水口側(cè)孔形狀和水口底部形狀對(duì)于連鑄結(jié) 晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為的影響作用。分析表明,與圓形水口相比,采用方形水口時(shí)鋼液流 股的速度較大,鋼液流股的沖擊深度也較大,但鋼液流股對(duì)結(jié)晶器窄面的沖刷作用較小, 有利于凝固坯殼的均勻生長(zhǎng)。而采用

57、橢圓形水口的鋼液流股不穩(wěn)定。當(dāng)采用凸形底部結(jié) 構(gòu)的水口時(shí),鋼液流股在水口下部速度大,這時(shí)會(huì)引起水口上部的回流。當(dāng)使用平底形 和凹形水口,這種回流得到有效抑制。雷洪等f96】通過數(shù)學(xué)模擬研究了不同水口側(cè)孔形狀對(duì)于連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)及卷 渣行為的影響作用。分析表明,與圓形水口相比,采用長(zhǎng)方形水口能有效抑制連鑄結(jié)晶 器內(nèi)的卷渣形成。同時(shí)還利用薄板坯連鑄結(jié)晶器物理模型,研究了水口側(cè)孔面積對(duì)結(jié)晶 器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為的影響。隨著水口側(cè)孔面積的增大,鋼液流股的速度逐漸減小,一方 面可以降低鋼液流股沖擊結(jié)晶器窄面的速度,從而使液面波動(dòng)得到抑制;另一方面可以 造成鋼液流股沖擊結(jié)晶器窄面的位置上移,從而使液面波動(dòng)

58、更加嚴(yán)重。因此,水口側(cè)孔 面積的增大對(duì)連鑄結(jié)晶器內(nèi)的液面波動(dòng)有著正反兩方面的影響作用97】。萬曉光等【98】認(rèn)為采用凹形底部結(jié)構(gòu)的水口可以減少鋼液流股對(duì)結(jié)晶器窄面的沖刷, 降低鋼液流股在結(jié)晶器內(nèi)的沖擊深度,使渦心高度上升,利于夾雜物和氬氣泡的上浮以 及保護(hù)渣的熔化。在連鑄生產(chǎn)過程中,為防止水口堵塞,常采用塞棒吹氬或水口吹氬。水口吹氬可使 浸入式水口內(nèi)部形成正壓力環(huán)境,氬氣泡在水口內(nèi)和鋼液充分混合,大大減少了夾雜物 與水口內(nèi)壁的接觸機(jī)會(huì),有效防止了水口結(jié)瘤。氬氣泡隨鋼液流股從浸入式水口側(cè)孔流 出后沖向結(jié)晶器窄面,大部分氣泡會(huì)上浮。在上浮過程中,氬氣泡能夠和鋼液中央雜物 發(fā)生碰撞并互相吸附,有利于夾雜物上浮去除。但還有部分氣泡隨沿窄面向下的鋼液流 股沖擊到結(jié)晶器