国内外高级钢Q235模具钢连铸技术进展与趋势

 

    Q235钢包中的钢水注入中间包后，通过塞棒或滑板机构从水口流入结晶器。中间包内的钢水温度控制对作业稳定性、提高成坯率和铸坯质量具有很大作用。为此，开发出等离子加热和感应加热的中间包钢水温度控制方法。此外还有结合双枪等离子加热法，对中间包堰的形状进行优化设计。双枪等离子加热不需要浸入式电极，可适应高生产效率的要求。

 

一、去除夹杂物提高Q235模具钢洁净度

 

    中间Q235包钢水氧化污染的主要原因是钢水的空气氧化。其他原因还有，钢包钢渣的流入、钢水与中间包耐火材料内衬发生反应等。为减少中间包钢水的氧化污染，推进了与钢水不发生反应的中间包保护渣和吸收氧化铝保护渣的使用，并采取Ar气保护以及使用钢包浸入式长水口稳定钢水和中间包大型化等措施。

 

为实现节能、降低耐火材料消耗并提高钢水洁净度，实施了中间包热循环使用操作法。在浇注结束后将中间包立起，把包内的熔渣和残铁全部倒掉，然后不用预热继续使用（图1）。有报告报导采用该方法中间包连续浇注560炉钢水。在用燃气对中间包进行加热时，为防止罐内残铁氧化，采用了H2和N2混合气体的还原性气体加热方法。

 

中间包的结构设计取得了很大进步，利用热流体计算和水模型解析，对中间包形状、挡墙数量、位置进行了优化设计，提高了去除夹杂物的能力。此外，还开发出对钢包流入中间包的钢水实施电磁搅拌，利用电磁力使夹杂物聚集上浮排除从而降低夹杂物含量的方法。高碳轴承钢等洁净度要求高的钢种，经LF-RH冶炼、用带有Ar气保护和电磁搅拌的中间包进行浇注，防止二次氧化，使钢的总氧量小于5ppm，并可批量生产。LF炉冶炼的高Al含量TRIP钢，采用带有Ar气保护和电磁搅拌的中间包，可使总氧量保持在5ppm的水平下进行浇注。此外，中间包钢水夹杂物含量直接测定技术也有了提高。

 

二、结晶器技术进步

 

1.结晶器浸入式水口夹杂物堵塞防止技术

 

Q235钢水中的氧化铝夹杂物附着在结晶器浸入式水口，使水口堵塞。堵塞的夹杂物脱落和钢水偏流引起结晶器保护渣卷入钢水，形成钢的缺陷或造成连铸中断，因此防止夹杂物附着在中间包和结晶器水口的接缝、水口滑板、水口端头等部位是结晶器操作中的重要问题。钢水流在水口内以1m/s的速度流入结晶器，钢水流与大气接触会发生二次氧化，向水口内吹Ar可防止二次氧化。降低夹杂物含量的方法有LF-RH脱气精炼提高钢的洁净度，和向钢水中喂Ca线对氧化铝夹杂物进行变性处理等。实际上，在炼钢阶段已经是高洁净度的钢水，在多炉次连浇中，水口也常常发生逐渐堵塞的情况。

在适宜的Ca处理条件下，Ca处理对氧化铝夹杂物变性具有明显的效果，但Ca的回收率常常发生波动，不适宜的Ca量反而会促进水口堵塞。而水口熔损对钢水的污染和钙铝酸盐夹杂物本身有时就会成为钢中的缺陷。所以Ca处理并不是万能的方法。因此对结晶器浸入式水口夹杂物附着机制和对策进行了深入研究，通过对水口/钢水界面上化学反应的分析和脱落夹杂物在钢水中运动轨迹的计算，加深了对夹杂物附着机制的认识。

 

  实际对策有：提高水口滑板滑动部位的气密性、防止Q235钢水流动引起负压和从水口滑板滑动部位吹入混有石墨粉的Ar气防止钢水氧化等方法。从与钢水反应和与钢水的浸润性方面，对结晶器浸入式水口的材质也进行了多次改进。采用的改进方法有，利用无硅氧化铝石墨、氧化镁、白云石、氧化锆石灰、钛酸盐石灰等耐火材料将氧化铝溶解或吸收，从而防止氧化铝夹杂物附着的方法。使用硅酸铝质水口，使硅酸铝质耐火材料与钢水反应生成液态氧化物相，提高钢水的浸润性，从而防止夹杂物附着等方法。

 

2.防止漏钢和铸坯纵裂的初期凝固均匀化技术

 

     在Q235包晶钢连铸时，由于Q235钢水在凝固后立即进行δ-γ相变，体积收缩。在铸坯宽度方向上产生很小的不均匀凝固，凝固壳发生局部变形，形成几十纳米的气隙，导致散热缓慢，使铸坯产生纵向裂纹或发生漏钢。增加保护渣渣膜厚度，降低铸坯冷却速度，可以减轻上述现象。保护渣低黏度化、降低连铸速度、减低振动频率、增大振幅可以增加渣膜厚度，但这会使生产效率下降和增大铸坯振痕深度，并成为最终产品的缺陷。因此保护渣的设计方向应是，使熔融的渣膜发挥缓慢冷却铸坯的作用，即在玻璃质渣膜上生成固相晶体质渣膜，降低铸坯的热辐射。一般是以生成枪晶石相作为固相晶体质渣膜，并对此进行了热力学稳定性和结晶速度的研究。此外，也有以黄长石相做晶体质渣膜的设计。碱度为1.2-1.4时黏度可达5Pa*s的高碱度高黏度的无氟黄长石相，对防止卷渣是有效的，已经应用在圆铸坯连铸中。

 

    提高连铸速度是提高连铸生产效率最有效的手段，为此进行了大量的研究开发工作。在结晶器方面采取的措施有：采用均匀强冷却结晶器薄壁铜板、利用非正弦高频短冲程振动促进保护渣膜的润滑作用、使用熔融性均匀流入性良好的结晶器保护渣、使用多孔浸入式水口控制浸入深度、使用窄面多锥度结晶器提高铸坯质量、利用结晶器热电偶散热监控漏钢预报系统防止漏钢等。在二冷区采取的措施有：大通量散热、二冷辊间距不等化、液面高精度控制、电磁制动抑制钢液流股等。通过这些措施减少了Q235漏钢和铸坯的非正常鼓肚。

结晶器保护渣投入在钢水液面上，被Q235钢水熔化浮在钢水表面。其作用是，降低钢水的热辐射损失和在结晶器振动过程中进入凝固壳与结晶器间隙内，通过润滑作用防止铸坯与结晶器发生热粘结。保护渣在钢水凝固起点弯月面的厚度约为1mm，在弯月面以下形成几百纳米厚的渣膜起绝热层的作用。