熱軋卷板表面夾渣缺陷來(lái)源分析及控制現(xiàn)狀
任英1，李鑫哲1，袁天祥2，陳威2，周海忱1，張立峰3
(1. 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院， 北京 100083；2. 燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066044；3. 燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 秦皇島 066044)
摘要：熱軋卷板的表面夾渣缺陷對(duì)熱軋板的質(zhì)量及產(chǎn)品性能會(huì)產(chǎn)生極其惡劣的影響，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品品級(jí)的下降乃至報(bào)廢等問(wèn)題，并對(duì)產(chǎn)品的服役期限及性能造成一定影響。隨著冶煉過(guò)程中鋼液潔凈度的不斷提高，夾渣缺陷所造成的質(zhì)量問(wèn)題顯得尤為嚴(yán)重。而不同生產(chǎn)工藝下表面夾渣缺陷的來(lái)源方式略有差異，缺陷的來(lái)源主要有精煉過(guò)程中鋼包渣的卷渣、非穩(wěn)態(tài)澆注時(shí)期的鋼包下渣、穩(wěn)態(tài)澆注過(guò)程中的中間包覆蓋劑卷入、結(jié)晶器卷渣等。熱軋卷板表面夾渣缺陷的控制優(yōu)化對(duì)提高熱軋卷板表面質(zhì)量有重要意義。總結(jié)分析了熱軋卷板表面夾渣缺陷的來(lái)源，包括鋼包精煉渣、中間包覆蓋劑、結(jié)晶器保護(hù)渣、耐火材料內(nèi)襯等。著重總結(jié)分析了結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)、保護(hù)渣性質(zhì)、結(jié)晶器彎月面行為等對(duì)卷渣機(jī)理的影響。同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于熱軋卷板表面夾渣缺陷控制的方法及措施進(jìn)行了綜述和分析，并提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)，在浸入式水口處添加電磁線圈，通過(guò)直流磁場(chǎng)直接作用以減弱旋渦；在長(zhǎng)水口處加入擋板等提高鋼包出口偏心率；改變水口參數(shù)以減弱鋼液回流所形成的剪切力；改變保護(hù)渣性質(zhì)或施加電磁力來(lái)平衡渣-鋼界面所需表面張力；優(yōu)化吹氬流量等連鑄工藝參數(shù)。
關(guān)鍵詞：熱軋卷板；表面夾渣缺陷；卷渣來(lái)源；連鑄；控制
文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 0449-749X（2022）01-0013-15
Source analysis and control status of slag defects on surface of hot-rolled coil
REN Ying1，LI Xin-zhe1，YUAN Tian-xiang2,CHEN Wei2，ZHOU Hai-chen1，ZHANG Li-feng3
(1. School of Metallurgical and Ecological Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China；2. School of Mechanical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao 066044， Hebei， China；3. State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology， Yanshan University， Qinhuangdao 066044， Hebei， China)
Abstract： The slag entrainment defects on the surface of hot-rolled coils have an extremely bad effect on the quality and product performance of hot-rolled coils, resulting in the degradation of product grades and even scrapping, and deteriorate the service deadline and performance of the products to a certain extent. With the continuous improvement of the cleanliness of the molten steel in the smelting process, the quality problems caused by slag entrainment defects appear to be particularly serious. The sources of surface slag entrainment defects under different production processes are slightly different. The main sources of defects are ladle slag entrapment during refining, ladle roughing slag during unsteady pouring, tundish covering agent involvement during steady pouring, mold slag entrapment, and so on. The control and optimization of slag entrainment defects on the surface of hot-rolled coils are of great significance to improve its surface quality. The sources of slag entrainment defects were summarized and analyzed, including the ladle refining slag, tundish covering agent, mold flux, refractory lining, and so on. The effect of the fluid flow of the molten steel inside the mold, mold flux properties, and meniscus behavior on the mechanism of the slag entrainment were summarized and analyzed. The methods to control slag entrainment defects on the surface of hot-rolled coils at home and abroad were summarized and analyzed. Some guiding suggestions were putting forward, adding electromagnetic coils around the submerged entry nozzle to reduce the vortex through the direct action of the DC magnetic field, adding a baffle at the tundish shroud to improve the eccentricity of the ladle outlet, changing the nozzle parameters to reduce the shear force induced by the upper recirculation steel fluid flow, changing properties of the mold flux or adding the electromagnetic force to balance the surface tension of the slag-steel interface, and optimizing casting parameters such as the argon flow rate.
Key words：hot-rolled coil；surface slag entrainment defect；source of slag entrapment；continues casting; control
熱軋卷板是以板坯(主要為連鑄坯)為原料，在高溫條件下由粗軋機(jī)組及精軋機(jī)組制成帶鋼。從軋機(jī)出來(lái)的熱鋼帶通過(guò)層流冷卻至設(shè)定溫度，由卷取機(jī)卷取并冷卻得到鋼帶卷。根據(jù)用戶的不同需求，軋制后的熱軋卷板經(jīng)過(guò)不同的精整作業(yè)線加工成為鋼板、平整卷及縱切鋼帶產(chǎn)品。隨著熱軋卷板尺寸精度、板形、表面質(zhì)量等控制新技術(shù)的日益成熟以及新產(chǎn)品的不斷問(wèn)世，熱軋鋼板、帶產(chǎn)品得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用并在市場(chǎng)上具有越來(lái)越強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。熱軋卷板產(chǎn)品由于具有強(qiáng)度高，韌性好，易于加工成型及良好的可焊接性等優(yōu)良性能，被廣泛應(yīng)用于冷軋基板、船舶、汽車(chē)、橋梁、建筑、機(jī)械、輸油管線、壓力容器等制造行業(yè)。
隨著潔凈鋼冶煉技術(shù)的提高，熱軋卷板中的雜質(zhì)元素含量已能降至較低水平，而在連鑄生產(chǎn)過(guò)程鋼液中夾雜物上浮聚集及冶金渣卷入鋼液被凝固前沿坯殼捕獲造成的表面及內(nèi)部質(zhì)量缺陷嚴(yán)重惡化了鋼產(chǎn)品的質(zhì)量。夾雜物通過(guò)降低連鑄金屬的韌性從而降低鋼的力學(xué)性能，增加最終產(chǎn)品機(jī)械或腐蝕失效的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)熱軋卷板連鑄過(guò)程中夾渣缺陷控制的基礎(chǔ)研究對(duì)中國(guó)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高端熱軋卷板的自主生產(chǎn)具有重大意義。
1 表面夾渣缺陷對(duì)熱軋卷板質(zhì)量的影響及來(lái)源分析
熱軋卷板表面和內(nèi)部質(zhì)量缺陷主要有微裂紋、氣泡、表面翹皮、層狀(條狀)缺陷、夾渣缺陷等，其中夾渣缺陷尤為普遍，且?jiàn)A渣缺陷對(duì)裂紋、偏析、層狀缺陷等有不同程度的影響，對(duì)鑄坯質(zhì)量影響最為嚴(yán)重。造成夾渣缺陷的夾雜物來(lái)源主要有兩種，分別為內(nèi)生夾雜物和外來(lái)夾雜物，主要為結(jié)晶器保護(hù)渣、水口脫落物和其他非二次氧化產(chǎn)物。隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高，通過(guò)對(duì)夾渣缺陷處成分進(jìn)行分析以及示蹤劑的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)鋼包精煉渣、中間包覆蓋劑、中間包/鋼包壁面以及浸入式水口耐火層侵蝕物等也會(huì)一定程度成為卷渣的來(lái)源。國(guó)內(nèi)部分鋼廠熱軋卷板表面主要缺陷種類(lèi)及成分分析、示蹤法等所測(cè)得的夾雜物來(lái)源以及質(zhì)量現(xiàn)狀見(jiàn)表1。
典型表面夾渣缺陷形貌如圖1所示。寶鋼方坯連鑄產(chǎn)品近表面及邊部觀察到大顆粒夾雜物(大于100 μm)的存在，通常會(huì)導(dǎo)致后期加工過(guò)程中的表面脫落和開(kāi)裂現(xiàn)象，如圖1(a)所示，圖中標(biāo)注了缺陷處的主要成分，Na2O的存在表明夾渣缺陷主要來(lái)源于結(jié)晶器保護(hù)渣的卷入。圖1(b)為在生產(chǎn)過(guò)程中由卷渣引起的典型的翹皮缺陷形貌。熱軋卷板的夾渣缺陷總體形貌為黑色或黑白相間的線條狀，與整體顏色差別明顯，并常伴有翹皮的出現(xiàn)，如圖1(c)所示。對(duì)圖1（c）缺陷處進(jìn)行成分分析，表明缺陷處含有一定比例的Na、Mg、Al等結(jié)晶器保護(hù)渣代表性元素，因此可以認(rèn)為，此處缺陷是由卷入且未及時(shí)上浮的結(jié)晶器保護(hù)渣在凝固前沿被凝固坯殼捕獲并形成表面及皮下夾渣缺陷。圖1(d)為某鋼廠連鑄生產(chǎn)中水口結(jié)瘤物脫落導(dǎo)致的鑄坯表面缺陷，缺陷位置有較大的裂痕和凹坑，且伴隨一定程度的碎片化，缺陷形狀無(wú)明顯規(guī)律，在垂直軋制方向及沿軋制方向均觀察到缺陷發(fā)生。
部分保護(hù)渣被卷入鋼液后，并沒(méi)有直接在彎月面處被凝固前沿坯殼捕獲造成夾渣缺陷，而是在鋼液中停留一定的時(shí)間，并與鋼液反應(yīng)導(dǎo)致成分發(fā)生變化。采用耦合熱力學(xué)平衡和動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散模型計(jì)算結(jié)果，如圖2所示，以結(jié)晶器保護(hù)渣初始成分為起點(diǎn)，通過(guò)模型計(jì)算保護(hù)渣在卷入鋼液后與鋼液相互作用一定時(shí)間內(nèi)的成分變化過(guò)程。通過(guò)成分對(duì)比發(fā)現(xiàn)，部分缺陷處成分與保護(hù)渣在鋼液中反應(yīng)一段時(shí)間后所變化的成分相似，表明卷渣發(fā)生一定時(shí)間后，鋼液會(huì)與殘留的部分未能上浮去除的保護(hù)渣反應(yīng)并被凝固坯殼捕獲造成夾渣缺陷。
2 連鑄過(guò)程結(jié)晶器卷渣機(jī)理
連鑄過(guò)程是熔融鋼液凝固成鑄坯的重要步驟，當(dāng)鋼液凝固后，后續(xù)的加工步驟很難再對(duì)其質(zhì)量有本質(zhì)上的影響。結(jié)晶器連鑄過(guò)程中，相較保護(hù)渣的成分不當(dāng)對(duì)卷渣的影響，由流動(dòng)和傳熱不均所導(dǎo)致的卷渣現(xiàn)象對(duì)夾渣缺陷產(chǎn)生的影響尤為明顯，且在連鑄過(guò)程中，由于吹氬、拉速及水口浸入深度等參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整更為便捷有效。傳熱和流動(dòng)所引起的卷渣機(jī)理有以下兩大方面：彎月面行為，凝固鉤卷渣，液位波動(dòng)；結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)，剪切卷渣，旋渦卷渣，氬氣泡沖擊渣鋼界面，水口結(jié)瘤。
2.1 彎月面行為對(duì)卷渣的影響
彎月面行為引起卷渣的機(jī)理如圖3所示，彎月面處由于熱量傳遞不及時(shí)導(dǎo)致鋼液出現(xiàn)枝晶凝固或倒鉤、液位突然下降使鋼絞線頂部突然暴露在液態(tài)渣中、液面出現(xiàn)湍流等液面波動(dòng)現(xiàn)象、鋼水流出浸入式水口后撞擊結(jié)晶器窄面產(chǎn)生的回流沖擊彎月面等行為均對(duì)凝固前沿處卷渣產(chǎn)生一定的影響，影響到熱軋卷板表面夾渣缺陷的形成。
2.1.1 凝固鉤的產(chǎn)生
凝固鉤的不同類(lèi)型如圖4所示，凝固鉤有完整葉狀、雙凝固鉤狀、彎曲截?cái)酄罴岸文绦?種不同類(lèi)型，倒鉤出現(xiàn)的根本原因是因?yàn)閭鬟f到彎月面的熱量不足導(dǎo)致凝固鉤出現(xiàn)，特別是溫度往往最低的窄面。彎月面凝固會(huì)導(dǎo)致凝固鉤捕捉到正在上升的氬氣泡、保護(hù)渣液滴或是固體夾雜物。彎月面處被凝固鉤捕獲的夾雜物再次進(jìn)入鋼液導(dǎo)致夾渣缺陷的過(guò)程示意圖如圖5所示，當(dāng)被彎月面支撐起的熔融鋼液溢出時(shí)，就會(huì)攜帶和捕捉保護(hù)渣進(jìn)到剛剛形成的倒鉤上面，與鋼液中夾雜物數(shù)量相比，倒鉤區(qū)域大尺寸夾雜物的數(shù)量明顯增多。
2.1.2 液位波動(dòng)的影響
結(jié)晶器振動(dòng)也會(huì)很大程度上影響彎月面結(jié)構(gòu)。盡管在生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)晶器的振蕩導(dǎo)致液面的輕微變化，但是結(jié)晶器流動(dòng)過(guò)程中的瞬時(shí)變化導(dǎo)致了可以產(chǎn)生卷渣現(xiàn)象的更大程度的波動(dòng)。如果液面波動(dòng)相對(duì)于渣層厚度足夠劇烈，這種機(jī)理甚至能夠?qū)е鹿虘B(tài)保護(hù)渣直接被卷入。除了湍流和結(jié)晶器振動(dòng)外，鋼液上表面波動(dòng)也有可能是由上游流量控制設(shè)備引起的，例如滑動(dòng)水口或塞棒，或是二次冷卻過(guò)程中型殼的突起。塞棒和上水口處不同吹氬流量對(duì)彎月面液位波形、分布及波動(dòng)的影響如圖6所示，隨著吹氬流量的增加，結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)由雙環(huán)流過(guò)渡至復(fù)雜流，最終到單環(huán)流，同時(shí)液位波動(dòng)大小逐步增大，一定程度上增大了卷渣的風(fēng)險(xiǎn)。
2.2 結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)對(duì)卷渣的影響
流體流動(dòng)也影響著熱傳遞、凝固過(guò)程和溶質(zhì)運(yùn)輸，很大程度上影響了最終鋼產(chǎn)品的顆粒結(jié)構(gòu)和內(nèi)部質(zhì)量。結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)引起卷渣的機(jī)理如圖7所示，卷渣現(xiàn)象主要為剪切卷渣、旋渦卷渣、氬氣泡沖擊渣-鋼界面、水口結(jié)瘤影響界面失穩(wěn)等原因引發(fā)的卷渣，結(jié)晶器的液面波動(dòng)是鑄坯在連鑄過(guò)程中引入夾雜物的直接原因。
2.2.1 剪切卷渣
鋼水流動(dòng)與結(jié)晶器保護(hù)渣剪切流動(dòng)的不穩(wěn)定性是結(jié)晶器卷渣的重要原因之一，結(jié)晶器保護(hù)渣的運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)夾渣缺陷的形成有重要影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，連鑄過(guò)程中夾渣深度和澆注速度是影響剪切層失穩(wěn)的兩個(gè)直接因素，進(jìn)而導(dǎo)致卷渣的發(fā)生。
2.2.2 旋渦卷渣
由于鋼液自身具有旋轉(zhuǎn)慣性力，即科氏力。出鋼過(guò)程中產(chǎn)生的旋渦與科氏力有著密切的關(guān)系，中間包內(nèi)鋼水液位低于臨界高度時(shí)，鋼液向出鋼口中線匯集，從而極易在澆鑄過(guò)程中產(chǎn)生旋渦，造成渦芯卷氣或在向下澆鑄過(guò)程中卷渣。渦流是由于射流的瞬時(shí)搖動(dòng)對(duì)表面流動(dòng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈沖擊且方向不斷改變，浸入式水口附近渦流最嚴(yán)重。塞棒左側(cè)錯(cuò)位的情況下，速度上明顯的左右不對(duì)稱導(dǎo)致了左側(cè)部分相較右側(cè)有更多的渦流形成，更易造成旋渦卷渣。
2.2.3 氬氣泡沖擊渣鋼界面
為了防止鋼液吸氣出現(xiàn)二次氧化，以及達(dá)到攪拌鋼液的目的，在結(jié)晶器上部進(jìn)行吹氬。氬氣在噴嘴出口處高速噴射后形成氣泡，氣泡夾帶周?chē)匿撘荷仙?，并形成了氣泡湍流。在高氣速條件下，氣泡會(huì)破壞渣層，形成渣眼，引起渣-鋼界面的劇烈波動(dòng)，促進(jìn)鋼液與頂部合成還原渣的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)渣眼過(guò)大時(shí)，氧氣會(huì)被從大氣吸入到鋼水中。同時(shí)，氣體流量較大時(shí)也可能發(fā)生卷渣現(xiàn)象。
2.2.4 水口結(jié)瘤
水口結(jié)瘤后結(jié)晶器內(nèi)水口兩側(cè)流場(chǎng)不均，未堵塞側(cè)流速流量更大，回流面積更大；堵塞側(cè)水口底部?jī)A角較小，射流對(duì)液面產(chǎn)生沖擊，與上部回流產(chǎn)生旋渦，造成結(jié)晶器內(nèi)部流動(dòng)形態(tài)失穩(wěn)以及結(jié)瘤物脫落，導(dǎo)致卷渣現(xiàn)象產(chǎn)生。多鋼種水口結(jié)瘤成分分析見(jiàn)表2。
此外，流動(dòng)控制系統(tǒng)(滑動(dòng)水口開(kāi)度、塞棒位置、拉速、結(jié)晶器振動(dòng)幅度等連鑄參數(shù))，外加電磁場(chǎng)、水口特性等工藝參數(shù)也是影響結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的重要因素，需要在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使其設(shè)置在最佳范圍內(nèi)。
3 表面夾渣缺陷控制方法
3.1 控制結(jié)晶器流場(chǎng)流動(dòng)
夾渣缺陷的重要來(lái)源為結(jié)晶器卷渣，對(duì)結(jié)晶器卷渣的控制主要著眼于單位時(shí)間內(nèi)吹氬量、拉速的調(diào)節(jié)，使結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)保持雙環(huán)流穩(wěn)定流動(dòng)。同時(shí)針對(duì)特殊鋼種應(yīng)用特殊水口以優(yōu)化結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)，以達(dá)到提高鋼液潔凈度以及減小卷渣風(fēng)險(xiǎn)的目的。不同水口浸入深度、通鋼量及不同吹氬速率下，結(jié)晶器內(nèi)流態(tài)轉(zhuǎn)變圖如圖8所示，可得到單、雙環(huán)流邊界線所對(duì)應(yīng)的吹氬流量與通鋼量之間關(guān)系的擬合方程。應(yīng)用自動(dòng)吹氬系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制不同拉速下的吹氬流量，在改善水口結(jié)瘤的同時(shí)保持結(jié)晶器內(nèi)部鋼液雙環(huán)流流態(tài)，使上部鋼液面平滑流動(dòng)，減少卷渣現(xiàn)象發(fā)生。流態(tài)轉(zhuǎn)變圖表明通鋼量越大，吹氬流量越小，越容易形成雙環(huán)流。
馮巍等認(rèn)為：鋼包出水口直徑越大，初始切向流速就越大，導(dǎo)致臨界起旋高度越高；提高鋼包出口偏心率，可有效抑制末端的旋渦流動(dòng)，減少卷渣的發(fā)生。鄧小旋等通過(guò)對(duì)首鋼京唐、日本JFE以及韓國(guó)浦項(xiàng)的高速連鑄技術(shù)進(jìn)行研究指出，為了達(dá)到高速連鑄并保證鑄坯質(zhì)量，浸入式水口傾角增大有利于降低結(jié)晶器的渣-鋼界面的液面波動(dòng)和凝固坯殼生成初期的卷渣風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水口特性的工業(yè)試驗(yàn)和模擬分析見(jiàn)表3，通過(guò)對(duì)比，可以針對(duì)不同鋼種分別選擇適宜的水口進(jìn)行連鑄過(guò)程的澆注。
3.2 控制凝固鉤的產(chǎn)生
在連鑄過(guò)程中，通常采用對(duì)結(jié)晶器外加電磁場(chǎng)以穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)并改善熱量傳遞不均的現(xiàn)象。影響凝固鉤類(lèi)型的因素如圖9所示。不同磁場(chǎng)、水口浸入深度、拉速、過(guò)熱度均會(huì)對(duì)距窄面中心不同距離處的平均凝固鉤深度產(chǎn)生較大影響，高拉速下施加磁場(chǎng)會(huì)減小所產(chǎn)生凝固鉤的深度；提高鋼液澆鑄溫度，減小水口浸入深度，提高結(jié)晶器上表面鋼液溫度，從而抑制凝固鉤的形成。
結(jié)晶器內(nèi)不同強(qiáng)度電磁攪拌對(duì)鑄坯偏析的影響如圖10所示。圖10(a)中各圓坯在施加不同強(qiáng)度的結(jié)晶器內(nèi)電磁攪拌情況下，二次枝晶臂間距大小變化趨勢(shì)相同，但長(zhǎng)度有所差異。二次枝晶臂間距大小對(duì)后期的退火等工藝以及對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響，可通過(guò)控制電磁攪拌強(qiáng)度間接控制二次枝晶臂間距大小。圖10(b)為不同電磁攪拌強(qiáng)度對(duì)等軸晶區(qū)所占比例和半宏觀偏析比率的影響，施加電磁攪拌使偏析斑點(diǎn)數(shù)量和大小最大化。通過(guò)對(duì)二次枝晶間距大小和半宏觀偏析率的控制，可優(yōu)化鑄坯品質(zhì)及性能。
3.3 控制氬氣泡的聚集
在單位時(shí)間內(nèi)吹氬流量較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氬氣泡的聚集，大量上浮的氬氣泡致使鋼液上表面波動(dòng)幅度較大，結(jié)晶器內(nèi)出現(xiàn)單環(huán)流或復(fù)雜流動(dòng)。因此在連鑄過(guò)程中，對(duì)結(jié)晶器內(nèi)熔融鋼液施加電磁攪拌或電磁制動(dòng)可以控制鋼液流動(dòng)，改善鋼液內(nèi)部傳熱不均現(xiàn)象及局部鋼液由于氬氣泡大量上浮所導(dǎo)致的流動(dòng)紊亂，從而減小鋼液在彎月面處發(fā)生卷渣的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)還可以在結(jié)晶器不同部位施加電磁攪拌，在二冷區(qū)施加可以改變晶體類(lèi)型、加速等軸晶區(qū)的形成、改善鑄坯品質(zhì)；在凝固末端施加可以促使液芯區(qū)域均勻冷卻，有效抑制偏析現(xiàn)象的嚴(yán)重程度。
吹氫時(shí)間15 s時(shí)，施加電磁攪拌和未施加電磁攪拌下結(jié)晶器內(nèi)氬氣泡分布示意圖如圖11所示，對(duì)比不施加電磁攪拌的情況，施加電磁攪拌氣泡上升得更慢，由于施加電磁攪拌后，流動(dòng)更慢且阻力系數(shù)在磁場(chǎng)存在的情況下更高，減緩了氬氣流沖擊鋼液上表面所引起的液位波動(dòng)。同時(shí)更少的氣泡被帶入到了結(jié)晶器更深的區(qū)域，更少的氣泡被帶入到了窄邊，有效地緩解了氬氣泡在鋼液中的擴(kuò)散程度，改善了鑄坯質(zhì)量。結(jié)晶器附加電磁場(chǎng)對(duì)流場(chǎng)的控制見(jiàn)表4，根據(jù)不同的需求對(duì)連鑄過(guò)程施加電磁攪拌及制動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯夾渣缺陷的控制方案。
3.4 控制鋼中夾雜物含量
鋼液中總氧含量直接影響鋼中夾雜物含量，在保證精煉過(guò)程中鋼中總氧含量下降至規(guī)定范圍內(nèi)的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)精煉渣、中間包覆蓋劑以及結(jié)晶器保護(hù)渣成分，增強(qiáng)對(duì)鋼中夾雜物的吸附能力，同時(shí)優(yōu)化渣的堿度、黏度和表面張力等特性，降低液面波動(dòng)引起卷渣的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防結(jié)晶器彎月面凝固鉤對(duì)保護(hù)渣的捕獲，控制鋼中夾雜物含量。保護(hù)渣成分變化對(duì)性質(zhì)的影響如圖12所示，通過(guò)改變保護(hù)渣的成分將保護(hù)渣的黏度和表面張力兩項(xiàng)本無(wú)直接聯(lián)系的性質(zhì)結(jié)合在一起，共同作用于保護(hù)渣，通過(guò)對(duì)堿度進(jìn)行調(diào)控，從而在兼顧黏度的情況下增大保護(hù)渣的表面張力，既提高保護(hù)渣對(duì)夾雜物的吸附能力，又維持保護(hù)渣具有足夠的表面張力以減小卷渣的風(fēng)險(xiǎn)。保護(hù)渣成分變化對(duì)其理化性質(zhì)起到?jīng)Q定性作用，根據(jù)不同鋼種對(duì)保護(hù)渣成分進(jìn)行合理的優(yōu)化，從而達(dá)到改進(jìn)鑄坯質(zhì)量的作用，國(guó)內(nèi)外保護(hù)渣改進(jìn)方案見(jiàn)表5。
4 結(jié)語(yǔ)
(1)通過(guò)在浸入式水口處將直流電磁線圈圍繞鋼包下座磚出鋼孔內(nèi)壁外側(cè)，從而使電磁線圈產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)直接作用到鋼液上以減弱旋渦效果。
(2)在水口處加入擋板、提高鋼包出口偏心率來(lái)抑制旋渦的切向流動(dòng)。
(3)改變水口的孔大小、開(kāi)孔數(shù)量、孔形狀、插入深度等各項(xiàng)參數(shù)來(lái)減弱鋼液回流形成的剪切力。
(4)提高保護(hù)渣黏度、對(duì)保護(hù)渣施加電磁力以改變保護(hù)渣黏度、加入添加劑等來(lái)影響保護(hù)渣性質(zhì)和鋼-渣界面的表面張力以達(dá)到所需平衡點(diǎn)。
(5)通過(guò)智能控制氬氣流量或試驗(yàn)?zāi)M針對(duì)不同鋼種在非穩(wěn)態(tài)澆注過(guò)程所需的氬氣流量以及實(shí)時(shí)控制來(lái)應(yīng)對(duì)，利用智能吹氬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋來(lái)提高吹氬對(duì)鋼坯表面質(zhì)量的影響。
