小方坯连铸低碳低硅铝镇静钢可浇性

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.04.011 第27卷第4期 北京科技大学学报 Vol.27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2005 小方坯连铸低碳低硅铝镇静钢可浇性 刘学华2韩传基”蔡开科”宋超)茆勇)孙维) 张建平) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，马鞍山243000 摘要在分析水口堵塞的基础上，结合马钢三炼锅生产实际，采用正交实验法研究了钙处 理的喂线速度、喂线量和中间包水口内径对140mm×140mm小方坯连铸低碳低硅高酸溶铝钢 水口堵塞的影响，结果表明，提高喂线速度、加大喂线量和增加水口内径可避免水口的堵塞. 采用以上工艺，连浇炉数达8~10炉，且铸坯内部和表面质量良好. 关键词小方坯连铸；铝镇静钢；可浇性：正交实验 分类号TF7612:TF777.3 连铸低碳铝镇静钢生产中，中间包水口的 文献[2]认为水口的堵塞现象可分成三个步 堵塞是困扰钢厂的一大难题.尤其是小方坯连铸 骤：夹杂物的形成、夹杂物传递到水口壁和夹杂 机因其中间包水口内径相对较小，在浇铸铝镇静 物粘附在水口壁上，所以，其防止措施也都从以 钢时经常发生水口堵塞，导致生产中断：这对小 上环节入手，在众多的措施中，以用钙处理使钢 方坯连铸品种的扩大、铸坯质量以及生产率的提 中高熔点的Al2O,夹杂物与CaO形成低熔点的铝 高均有不良影响.为此，有必要对小方坯连铸低 酸钙来消除水口堵塞是最理想和最有效的防止 碳低硅铝镇静钢的水口堵塞进行深入研究，以改 措施.然而钙处理时，钢水中溶解钙与硫、氧含 善钢水的可浇性，增大连浇炉数. 量关系复杂，所以钙处理效果不稳定，有时还适 得其反，本研究的目的在于探讨合适的钙处理工 1水口堵塞机理 艺和连铸工艺，以期解决小方坯浇铸低碳低硅高 酸溶铝钢的水口堵塞问题 国内外冶金工作者对引起水口堵塞的原因 及堵塞机理做了大量的研究，内容包括钢水质 2实验及分析 量、钢水温度、水口材质和结构，以及水口传热和 二次氧化等方面，虽然尚有一些问题有待探讨， 实验钢种SWRCH8A,实验时成分控制目标 但迄今为止的研究结果均表明：铝氧化物在水口 (质量分数)：[C],≤0.08%：[Si],≤0.06%：Mn], 壁上的附着烧结，以及钢液与水口耐火材料之间 0.20%0.45%;[S],≤0.006%：[P],≤0.015%：[Al, 发生的化学反应是造成水口堵塞的重要原因.钢 ≥0.025%：[A,≥0.02%. 中铝氧化物的主要来源有： 实验采用的工艺路线：铁水预处理一50t转 (1)钢水中悬浮的夹杂物主要为脱氧产物α- 炉一吹氩一LF精炼一140mm×140mm方坯连铸 Al2O颗粒靠界面张力的作用粘附在水口壁上； 机连铸. (2)水口材料与钢水发生3SiO2(s)十3C(S)+4A1 钙处理喂线速度、喂线量和中间包上水口尺 =2A1,O,(S+3Sit3C反应生产的Al0: 寸为因素，采用二水平的正交实验L(2,见表1. (3)水口耐火材料空隙中吸附的0与钢水中 各实验方案中，中间包上水口材质均为锆质.每 的Al反应生产的AlO: 个实验方案各实验13炉钢水， (4)随水口内壁钢水温度下降析出的A12O. 2.1喂线速度与水口堵塞 收稿日期：200404-12修回日期：200501-12 在喂线速度小于3.0ms的前四个方案中， 作者简介：刘学华(1972一)，男，工程师，顾士 中间包水口开浇10min左右，水口都逐渐被堵

第 ，卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 · 小方坯连铸低碳低硅铝镇静钢可浇性 刘 学华 ’， 韩传 基 ‘， 蔡开 科 ‘， 宋 超 ” 茹 勇 ， 孙 维 ” 张 建平 ， 北 京科技 大学 冶 金 与 生 态工 程 学 院 ， 北 京 马 鞍 山钢 铁股份有 限 公 司 技术 中心 ， 马 鞍 山 摘 要 在 分 析 水 口 堵塞 的基 础 上 ， 结 合 马钢 三 炼钢 生 产 实 际 ， 采用 正 交实验 法研 究 了钙 处 理 的喂 线速度 、 喂 线 量 和 中 间包水 口 内径 对 小方 坯连铸 低碳低 硅 高酸 溶铝钢 水 口 堵 塞 的影 响 结 果 表 明 ， 提高 喂 线速 度 、 加 大 喂 线 量和 增 加 水 口 内径 可 避 免水 口 的堵塞 采用 以上 工 艺 ， 连 浇 炉 数达 一 炉 ， 且铸 坯 内部 和 表 面 质 量 良好 关键词 小 方 坯 连 铸 铝镇 静 钢 可 浇 性 正 交 实验 分 类号 连 铸 低 碳 铝 镇 静 钢 生 产 中 ， 中 间包 水 口 的 堵塞 是 困扰 钢 厂 的一 大难 题 尤其 是 小方 坯 连铸 机 因其 中 间包 水 口 内径 相 对 较 小 ， 在 浇铸铝镇静 钢 时经 常 发 生 水 口 堵 塞 ， 导 致 生产 中断 这 对 小 方 坯 连 铸 品种 的扩 大 、 铸 坯 质 量 以及 生产 率 的提 高均 有 不 良影 响 为此 ， 有 必 要 对 小方 坯 连 铸 低 碳低 硅 铝 镇 静钢 的水 口 堵 塞 进 行 深 入 研 究 ， 以改 善钢 水 的可 浇 性 ， 增 大 连 浇 炉 数 水 口 堵 塞 机 理 国 内外 冶 金 工 作 者 对 引 起 水 口 堵 塞 的 原 因 及 堵 塞 机 理 做 了大 量 的研 究 ， 内容 包 括 钢 水 质 量 、 钢 水温度 、 水 口 材质 和 结 构 ， 以及 水 口 传 热 和 二 次氧 化 等 方 面 「，， 虽 然 尚有 一 些 问题有 待 探 讨 ， 但 迄 今 为止 的研究 结果 均 表 明 铝 氧 化物 在 水 口 壁 上 的 附着烧 结 ， 以及 钢 液 与水 口 耐 火 材料 之 间 发 生 的化 学 反应 是 造 成 水 口 堵 塞 的重 要 原 因 钢 中铝 氧 化 物 的主 要 来源 有 钢 水 中悬 浮 的夹 杂物 主 要 为脱氧产 物 一 颗 粒 靠 界 面 张 力 的作 用 粘 附在 水 口 壁 上 水 口 材 料 与 钢 水 发 生 二 ， 反 应 生 产 的 ， 水 口 耐火 材 料 空 隙 中吸 附 的 与钢 水 中 的 反应 生产 的 随水 口 内壁 钢 水 温 度 下 降析 出 的 ， 收稿 日期 冬 修 回 日期 一 一 作 者 简介 刘 学 华 一 ， 男 ， 工 程 师 ， 硕 士 文 献 认 为水 口 的堵 塞 现 象 可 分 成 三 个 步 骤 夹 杂 物 的形 成 、 夹 杂 物 传 递 到 水 口 壁 和 夹 杂 物 粘 附在 水 口 壁 上 所 以 ， 其 防 止 措 施 也 都 从 以 上 环 节 入 手 在 众 多 的措 施 中 ， 以用 钙 处 理 使钢 中高熔 点 的 夹 杂 物 与 形 成 低 熔 点 的铝 酸 钙 来 消 除 水 口 堵 塞 是 最 理 想 和 最 有 效 的 防止 措 施 【斓 然 而钙 处 理 时 ， 钢 水 中溶 解 钙 与硫 、 氧含 量 关 系 复杂 ， 所 以钙 处 理 效 果 不 稳 定 ， 有 时还 适 得其 反 本 研 究 的 目的在 于探 讨 合 适 的钙 处 理 工 艺和 连铸 工 艺 ， 以期解 决 小方 坯 浇 铸 低 碳 低 硅 高 酸 溶 铝 钢 的水 口 堵 塞 问题 实验 及 分 析 实验 钢 种 叹 ， 实 验 时成 分 控 制 目标 质 量 分 数 ， 毛 ， 蕊 ， 【 ， 一 ， 蕊 ， 簇 ， ， ， 实验 采 用 的工 艺路 线 铁 水 预 处 理一 转 炉一吹氨一 精炼一 方 坯 连铸 机 连 铸 钙 处 理 喂 线速 度 、 喂 线 量和 中 间包 上 水 口 尺 寸 为 因素 ， 采 用 二 水 平 的正 交 实验 。 ， 见 表 各 实 验 方 案 中 ， 中 间包 上 水 口 材 质 均 为错 质 每 个 实 验 方 案 各 实验 一 炉 钢 水 喂 线 速 度 与水 口 堵 塞 在 喂 线速 度 小 于 · 一 ，的前 四个 方 案 中 ， 中 间包 水 口 开 浇 左 右 ， 水 口 都 逐 渐 被 堵 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．04．011

·432· 北京科技大学学报 2005年第4期 表1正交实验表 Table 1 Orthogonal experimental design (a 方案喂线速度mg)限钙铁线量加中间包水口内径mm 1 <3.0 600 <20 <3.0 400 <20 3 <3.0 600 >20 3.0 400 >20 >3.0 600 <20 6 >3.0 400 20 1 >3.0 600 >20 8 >3.0 400 >20 塞，造成浇铸中断.堵塞的部位主要在水口的上 17500 AI (b) 部，图1(a)是被堵塞的中间包水口典型照片，其 能谱图分析结果见图1).能谱图分析表明堵塞 物的主要成分是Al,O和少量的CaO,SiO,等物 40o, Fe 质，用X射线衍射仪对水口堵塞物进行定性分 5000 析，其结果是AlO,CaO·2AlO,和少量的Mg0和 SiO2. 在喂线速度大于3.0ms的四个方案中，以 0 5.985 11.970 17.955 E/keV 方案6的浇铸时间最短，约17min:方案5的浇铸 图1水口及水口堵塞物电镜分析，（©）堵塞物；(b)能谱图 时间约35min:方案8浇铸时间达到74min.而方 Fig.1 Photograph of tundish nozzle(a)and SEM analysis of no- 案7则顺利浇完3炉实验钢，方案7浇完的中间 zzle-clogging material after casting 1 heat (b) 包水口见图2(a),该图显示，其内壁有一薄层附着 物，能谱图分析结果见图2b),X射线衍射定性分 析结果是7A12C和C·A及SiO2,MgO的混合物. 由于LF精炼效果较好，钙处理前钢中S含量 小于0.007%，水口堵塞物中未发现CS,造成水 口堵塞的主要是AlO. 2.2喂线速度与钙的回收率 当钙加入到钢液后，一部分溶解到钢液中， 一部分挥发损失掉，其余的被夹杂物及炉渣炉衬 所消耗.把钢液中的总钙量与加入的总钙量之比 称为钙的回收率，按下式计算. [%Cax100% 1600 IAI (b) nc=%oCa]a (1) 式中，[%Ca为加入的总钙量，[%Car为钢液中 1200 的总钙量，为钙的回收率. () 800 由于钢水中总钙随钢水的静止时间的延长 不断变化，因此钙的回收率的计算依不同时间 400 [%Car而不同，采用钙处理后的[%Car进行计 Fe 算，结果见图3(a,b). 6.14712.294 18.441 图3表明，在实验工艺条件下，随着喂线速度 E/keV 的增大，钢中钙含量也增加，钙的回收率也相应 图2水口及水口壁附着物电镜分析.（©）浇3炉后的水口；b) 水口附着物能谱图 的增大：相反，即使喂线量较大，但喂线速度较低 Fig.2 Photograph of tundish nozzle (a)and SEM analysis of de- 时，钢中钙含量也较低，见图3（⊙）.因此，如何确 posit builder on the nozzle wall after casting 3 heats(b)

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 表 正 交 实验表 介 七昭的 加 方案 喂线速度找 一 今喂 钙铁线 量 中间包水 口 内径 田川 加 灼 刀 塞 ， 造 成 浇铸 中 断 堵 塞 的部位 主 要 在 水 口 的上 部 ， 图 是被 堵 塞 的 中 间包 水 口 典型照 片 ， 其 能谱 图分 析结 果 见 图 伪 能谱 图分 析表 明堵 塞 物 的主 要 成 分 是 和 少 量 的 ， 等物 质 用 射 线 衍射 仪 对 水 口 堵 塞物 进 行 定性 分 析 ， 其 结果 是 岛 ， · 和 少 量 的 和 在 喂 线速 度 大 于 · 一 ‘ 的 四个 方 案 中 ， 以 方 案 的浇铸 时 间最 短 ， 约 方 案 的浇铸 时 间约 方案 浇 铸 时 间达 到 而 方 案 则顺 利 浇 完 炉 实验 钢 ， 方 案 浇完 的 中间 包 水 口 见 图 ， 该 图显示 ， 其 内壁 有 一 薄层 附着 物 ， 能谱 图分析 结果 见 图 伪 ， 射 线衍射 定 性 分 析 结 果 是 · 和 及 ， 的混 合 物 由于 精炼效果 较好 ， 钙 处 理 前钢 中 含量 小于 ， 水 口 堵塞 物 中未发现 ， 造 成 水 口 堵 塞 的主 要 是 喂线 速 度 与钙 的 回 收 率 当钙 加 入 到钢 液 后 ， 一 部 分 溶解 到钢 液 中 ， 一 部 分挥 发损 失掉 ， 其 余 的被夹 杂物 及 炉渣 炉衬 所 消耗 把钢 液 中的总钙 量 与 加入 的总钙 量 之 比 称 为钙 的 回收 率 ， 按 下 式计 算 解肛 凡 月卜 侧燃级︵卞︶ ‘ 乙一一一一一一一‘ 二二乙二二 刀 图 水 口 及 水 口 堵塞物 电镜分析 佃 堵塞 物 助能进图 加 加 抽 舰 】 间 】声 时 乡 口 加血 血忽 七 ，‘‘ ‘ 。一船瓮 · ‘。 。 峥月 橄侧燃︵卞︶ 式 中 ， ‘ 为加 入 的总钙 量 ， 〔 为钢 液 中 的总钙 量 ， 粉 为钙 的 回 收 率 由于 钢 水 中总钙 随钢 水 的静 止 时 间 的延 长 不 断变 化 ， 因此 钙 的 回 收率 的计 算依 不 同 时 间 〔 司 而 不 同 ， 采用钙 处 理 后 的 〔 进 行 计 算 ， 结 果 见 图 ，助 图 表 明 ， 在 实验 工 艺 条件 下 ， 随着 喂线速 度 的增 大 ， 钢 中钙 含 量 也 增加 ， 钙 的 回收率 也相 应 的增 大 相 反 ， 即使喂 线量 较大 ， 但 喂线速度较低 时 ， 钢 中钙 含 量 也较低 ， 见 图 因此 ， 如 何 确 ‘ 己‘ ‘ ‘ 二之 二，之之二二 目翻目 目 目‘ 爪 图 水 口 及 水 口 壁 附粉物 电镜分 析 浇 炉 后的水 口 伪 水 口 附粉物能谱 图 叭 卜 如 】 二 妞 卜 如 七 批 ，血 卜 妇 伪

VoL.27 No.4 刘学华等：小方还连铸低碳低硅铝镇静钢可浇性 ·433· 50 (a) 为1.8ms.从图3(a)可见，喂速为1.8ms时，钢 水中Ca含量并不高，其原因在于式(2)成立的前 40F 提条件是：钙线能垂直进入钢液且与渣和空气中 30 氧等的反应量应尽量小.但实际观察情况并非如 此.其原因是：喂线机导管弯曲度不够，矫直段长 暴 20 度不够，钙线进入钢液前就已发生偏转；钙线进 入钢液后，受钢液浮力和紊流的作用，以及外包 10 .5 2.5 3.5 铁皮遇热软化，实际钙线在钢液内部偏转程度加 喂线速度ms) 强：底吹氩气泡的“真空室”作用加速了钙蒸汽的 (b) 逸出：钢水中的疏、氧、耐火材料、炉渣以及空气 中氧等与钙的反应不可避免， 从现场观察的现象看，喂线时钢液面Ca燃 ◆ 烧主要集中于喂线区域以外，表明钙线在钢液中 ◆◆ 确实发生偏转.另外，在钢水温度为1600℃左右， 喂速达到4.0m·s时，并未发生喂进钢液的钙线 穿出钢液面的现象.基于以上事实，将式(2)修正 0 1.5 2.5 3.5 为： 喂线速度/(ms) V=H-0.15)/t (3) 50 (c) 其中，y为修正系数，y=1.5-2.5. 40 采用修正后的公式(3)，计算时取y=2.0,得= 3.6ms.生产中把喂线速度增大到3.54.0ms 30 范围后，钢中，总钙增大到40×106左右，从而证实 了以上修正公式基本正确， 20 由分析可知，影响钙的回收率的因素是多方 10 面的，但在一定的工艺和设备条件下，喂线速度 350 450 550 650 和喂线量则是影响钙回收率最主要的因素， 喂线量加 图3钢中钙含量（©）和回收率（心）与喂线速度的关系及钙含量 2.3钙含量对钢水可浇性的影响 与喂线量的关系（©） 钙处理时，钙与AlO发生如下反应： Fig.3 Wire feeding speed vs.Ca content(a),wire feeding speed vs. x[Ca]+y(AL2O)=(xCa (y-1/3x)AlO)+2/3x [Al]. the ratio of [%Calr to [%Cal(b),and Ca content vs.the amount 反应的方式是钙在Al,O颗粒中扩散，将铝 of feeded wire(c) 置换出来，形成铝酸钙，随着铝酸钙中CaO含量 定合理的喂线速度是达到最佳钙处理效果的一 增加，其熔点逐渐降低.AlO,转变的演变顺序为 个关键因素， Al2O+Ca06AlO3→Ca0·2AlO,→Ca0-AlO,→ 文献[]认为钙线的最大喂入深度H。=H- 12Ca0.7Al0,→3Ca0AlO.其中12Ca0.7A1,0, 0.15,因此最佳喂线速度为： 的熔点为1455℃，在浇铸温度下呈液态，是钙处 V=(H-0.1S)/t (2) 理最希望得到的物质. 其中，V喂线速度，ms;t为铁皮化熔时间，s:H为 钢中钙、铝及氧之间的反应为： 钢包钢水的深度，m. [Ca]+[O]=(Cao) (4) 钙铁线的理化性能为：Ca,28%;Fe,>60%; 1gKo=lgea吗)=25655+7.65 dcso T (5) A1,>2.5%;P,<0.03%;S,<0.03%(质量分数).线径 3[AI]+2[O=(A1O) (6) 为13mm,铁粉比为1/1.3，铁皮米重为155g,铁皮 1gKo=1g(吗=_61304+20.37 T (7) 厚0.4mm,芯粉米重为220g.根据文献[6,7]的研 CALO. 根据式（⑦）得氧的活度为： 究结果，对13mm的钙铁线，其熔化时间为1~1.5 a0=a,*a%0.10-0,w769 (8) s,计算时取t=1.25s.按式(2)计算的喂线速度约

刘 学华 等 小 方坯 连 铸 低 碳 低 硅铝 镇 静钢 可 浇性 一 于攀。工、常乙 喂 线 速度 · 一 ‘峥凡月 铃牢娜名军趁 喂 线速 度 · 一 今 今心令奋盈移 ‘卜 皿合，奋母币心 ，‘月 ︸ 于塞甲号官。岁﹂。 一一 一 一 一口 喂 线量 图 钢 中钙含， 和 回 收 率伪 与喂 线速 度 的 关 系 及 钙 含 且 与喂 线 ，的 关系 · ， 碑 伪 ， 初比 定 合 理 的 喂 线 速 度 是 达 到 最 佳 钙 处 理 效 果 的 一 个 关 键 因 素 文 献 认 为 钙 线 的 最 大 喂 入 深 度 二 一 ， 因此 最 佳 喂 线速 度 为 犷“ 归 其 中 ， 犷喂 线速度 ， · 一 ’ 为铁 皮 化熔 时 间 ， 为 钢 包 钢 水 的深度 ， 钙 铁 线 的理 化 性 能 为 ， ， ， ， ， 质 量 分 数 线 径 为 ， 铁粉 比为 ， 铁 皮米 重 为 ， 铁 皮 厚 ， 芯 粉 米 重 为 根 据 文 献 ， 的研 究 结 果 ， 对 中 刃 。 的钙 铁 线 ，其熔化 时 间 为 一 ， 计 算 时取 按 式 计 算 的喂 线 速 度 约 为 · 一 ， 从 图 可 见 ， 喂速 为 · 一 ，时 ， 钢 水 中 含 量 并 不 高 ， 其 原 因在 于 式 成 立 的前 提 条 件 是 钙 线 能垂 直进 入钢 液 且 与渣和 空气 中 氧 等 的反应 量应 尽 量 小 但 实 际观 察情 况 并 非 如 此 其 原 因 是 喂 线机 导 管弯 曲度 不够 ， 矫 直 段长 度 不 够 ， 钙 线 进 入 钢 液 前就 己 发 生偏 转 钙 线进 入 钢 液 后 ， 受钢 液 浮 力和 紊流 的作用 ， 以及 外 包 铁 皮遇热 软 化 ， 实 际钙 线在钢 液 内部偏 转程度 加 强 底 吹氮 气 泡 的 “ 真 空室 ” 作用 加速 了钙 蒸汽 的 逸 出 钢 水 中 的硫 、 氧 、 耐 火 材 料 、 炉渣 以及 空气 中氧 等 与钙 的反 应 不 可 避 免 从 现 场 观 察 的现 象 看 ， 喂 线 时钢 液 面 燃 烧 主 要 集 中于 喂线 区域 以外 ， 表 明钙 线在钢 液 中 确 实发生偏 转 另外 ， 在钢 水温度 为 ℃ 左 右 ， 喂速 达 到 · 一 ’ 时 ， 并 未 发 生 喂 进 钢 液 的钙 线 穿 出钢 液 面 的现 象 基 于 以上 事 实 ， 将 式 修 正 为 夕 一 其 中 ， 为修 正 系 数 ， 一 采 用 修 正 后 的公 式 ，计 算 时取 少 ， 得 · 一 ’ 生产 中把 喂 线 速 度 增 大 到 一 · 一 ， 范 围后 ， 钢 中总钙 增 大 到 ‘ 左 右 ， 从 而 证 实 了 以上 修 正 公 式基 本 正 确 由分 析 可 知 ， 影 响钙 的 回收率 的 因素 是 多方 面 的 ， 但 在 一 定 的工 艺 和 设 备 条 件 下 ， 喂 线 速 度 和 喂 线 量 则 是 影 响钙 回 收 率 最 主 要 的 因 素 钙 含量 对 钢 水 可 浇 性 的影 响 钙 处 理 时 ， 钙 与 ， 发 生 如 下 反应 勺 辉 伽一 几 反 应 的方 式 是 钙 在 颗 粒 中扩 散 ， 将 铝 置 换 出来 ， 形 成 铝 酸钙 随着铝 酸 钙 中 含量 增 加 ， 其 熔 点逐 渐 降低 ， 转 变 的演 变顺 序 为 ， · · 儿 · · 七 · 其 中 · 胜 ， 的熔 点 为 ℃ ， 在 浇 铸 温 度 下 呈 液态 ， 是 钙 处 理 最 希 望 得 到 的物质 钢 中钙 、 铝 及 氧 之 间 的反应 为 〔 “ 创叽 一 粤鱼 一 早互毕髯 “ 诬 “ 。 一 ， 部一缨 · ， 根 据 式 得 氧 的活 度 为 嵘 。 〕 · 板尸 一加 、

434· 北京科技大学学报 2005年第4期 根据式(4)，(S),(8)得Fe-Al-Ca系统中钙的 在1600℃下，aa0.03%,只要能保证钢中钙含量 活度ae为： 在45×106-55×106，就能把钢中大部分A10,转变 ao=ac010-25655r*1.a.102mmT-67m.a8 (9) 成12Ca0·7AlO.方案7和方案8的钢水中钙含 CaO,AlO,的活度因夹杂物成分的不同而变 量分别37×106和47×10-6，见表4，与计算值接近， 化，许多学者对CaO-Al,O,系统中氧化物活度值 所以具有较好好的可浇性， 进行了测定，本文选取的活度值如表2所示， 文献[9]计算得出，[Ca[Al>0.14,可防止水 根据式(8)和表2中的数据可绘出图4. 口堵塞.由于钢中的溶解钙不容易确定，文献[10， 把SWRCH8A钢化学成分和相互作用系数 11)]认为可用钢中的总氧和总钙来反应夹杂物的 (见表3)代入式(9)和式(10)中进行计算得出： 变性程度，即在1600℃时，[%C/[%O]r大于0.6， f=1.16,f6=0.1540.211,6=0.183. 生成CA和液态的12CaO·7AlO:%Ca]/[%O]r大 Igf =eA[%C]+eA[%Si]+ex[%Mn]+e[%P]+e[%S]+ 于0.77或更大时，生成为12Ca0·7A0.表4是本 e[%Al]+eR[%0]+e[%Ca] (10) 实验中各方案夹杂物的变性指标，就[Ca][Al]和 Igfc.=eE.[%C]+ea[%Si]+ec[%Mn]+e.[%P]+e[%S]+ [%CI%O]r这两个指标来看，后4个方案夹杂 ec[%Al]+e8[%OH+eE[%Ca] (11) 物变性效果较好，图1和图2中水口内壁附着物 au=1.16[%Al (12) 的检验结果也与文献[9-11]报道的结果一致，说 ac.=0.183[%Ca] (13) 以上分析的正确性， 表2Ca0-O,系平衡相对应的氧化物活度值 表3 Wagner相互作用系数 Table 2 Activities of equilibrium phases in the CaO-Al,O,system Table 3 Wagner activity coefficient 相 deo dAp. %0-） Si Mn P 、CL. 1.000 0.017 Al 0.091 0.057 0.035 0.048 12C.7A 0.340 0.064 Ca -0.320 -0.110 -0.100 -4.000 L/C·A 0.150 0.275 念0-） f Al 0 Ca C·AVC·2A 0.100 0.414 Al 0.030 0.043 -1.980 -0.470 C-2A/C.6A 0.043 0.631 Ca -1.330 -0.072 -445.000 -0.002 C.6A/A 0.003 1.000 表4钙处理夹杂物变形指标 0.0020 Tabel 4 Deformation indexes of inclusions in Ca-treated steel ■12C·7A,1873K 口12C-7A,1823K 方案[Ca]/10 [AIV10-[O1/10 [Ca]/TAI][Ca]/[O] 0.0015 ●CA,1873K 17 258 6 0.066 0.254 0CA.1823K 2 20 274 54 0.073 0.370 0.0010 3 15 332 0.045 0.246 24 231 0.104 0.407 0.0005 :89488849 41 332 0 0.123 0.586 200-060666u680688866886 6 39 315 59 0.124 0.661 0 0.010.020.030.040.050.06 》 47 294 50 0.160 0.940 0 37 281 55 0.1320.673 图4钢液中钙、铝的热力学平衡 Fig.4 Equilibrium between Ca and Al in the CaO-Al,O,system 24中间包水口内径对钢水可浇性的影响 由图4和式(10)，(11)可知，(1)a=0.03%,T= 从表5可知，采用大水口的浇铸时间比小水 1550℃时，若要生成Ca0·Al2O和12Ca0.7Al2O, 口的要长，其原因是水口处存在着氧化铝等夹杂 需喂入的钙线量应使钙活度分别达到2.17×10 物的聚集速率和钢水对水口内壁夹杂物的冲刷 和8.02×10，对应的钙含量分别为11.86×10-和 速率的相对平衡，或水口材料与夹杂物反应形成 43.83×10-.(2)a=0.03%,T=1600℃时，如果要生 低熔点物的速率和钢水对反应产物的带走速率 成CaO·Al,O和12CaO·7AlO,需要喂入的钙线 间的相对平衡.而加大中间包上水口内径，相当 量应使钙活度达到2.61×10和9.57×10，对应的 于减少了单位体积钢水中夹杂物在水口壁上的 钙含量分别为14.26×10-和52.3×10.由此可知， 聚集几率，因此可有效地提高钢水的可浇性

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 根 据 式 ， ， 得 一 一 系 统 中钙 的 活度 。 为 。， ‘ · ‘ 一，，“ ，， ，‘ ，， · 礴 · ‘，。 ‘ ，，‘ ‘ ，，， · 之 ， ， 的活度 因夹 杂 物 成 分 的不 同而 变 化 ， 许 多 学 者对 一 刃 系 统 中氧 化 物 活 度值 进 行 了测 定‘ ， 本 文选 取 的活度 值 如 表 所 示 根 据 式 和 表 中 的数据 可绘 出 图 把 叹 钢 化 学 成 分 和 相 互 作 用 系 数 见 表 代 入 式 和 式 中进 行 计 算得 出 人 ， ， ， ，刊戈 熟 爵 」又 灵 谓 砍 ， 嗡 断 心 』吃 乱 眼 十‘ 乳【 能 川 ， 【 。 在 ℃ 下 ， ， 只 要 能保 证钢 中钙 含 量 在 一 气 一‘ ， 就 能把 钢 中大部 分 转 变 成 · 方 案 和 方 案 的钢 水 中钙 含 量 分 别 一 ‘和 一 ， 见表 ， 与计 算值 接 近 ， 所 以具 有 较好 好 的可 浇 性 文 献 计 算 得 出 ， 司 ， 可 防止 水 口 堵塞 由于钢 中 的溶解钙 不容 易确 定 ， 文献 【 ， 川 认 为 可用 钢 中 的总氧 和 总钙 来 反应 夹 杂物 的 变 性程度 ， 即在 时 ， 大 于 ， 生 成 和 液态 的 · 扮 大 于 或 更 大 时 ， 生成 为 · 表 是 本 实验 中各 方 案 夹 杂物 的变 性 指标 就 和 班 这 两 个 指 标 来 看 ， 后 个 方 案 夹 杂 物 变 性 效果较 好 ， 图 和 图 中水 口 内壁 附着 物 的检验 结 果 也 与文 献 〔 一 〕报 道 的结 果 一 致 ， 说 以上 分 析 的正 确 性 表 一 认 系 平衡相 对应 的氧 化 物活 度值 比村血 ， 山 ， 一 认 相 闭 口川刀 ， 表 相互 作用 系 数 如沙 币 斌叮一 一︸ ，‘峥月尹 冉 铸七、月 八︸ 凡︸︸ 几 · 一 一 一 刀 一 · · 了 · 吠仃一 · 户以 · 一 一 一 一 一 一 · 表 钙处理夹 杂物 变形 指标 ’ 口 七 。 一 · ， 耽 · ， · ， · ， 方 案 司扩 ‘ 一‘ 扩 一 ‘ 扩 ， ，︸，，︸ ，‘丹，飞︼阅︸，︺门叹，内﹄、，且 气乙︸、﹄ ，︸峥，曰、一 ︸ 住 气中召 刃 六召 图 钢液 中钙 、 铝 的热 力学平衡 吐 抽 刀 ， 月 由 图 和 式 ， 可 知 ， ， ， 时 ， 若 要 生 成 · ， 和 · ， 需 喂 入 的钙 线 量 应 使 钙 活 度 分 别 达 到 一 和 一‘ ， 对 应 的钙 含 量 分 别 为 一 和 一 ‘ ， 时 ， 如 果 要 生 成 · ， 和 · ， 需要 喂 入 的钙 线 量应 使钙 活 度 达 到 一‘ 和 一 ， 对 应 的 钙 含 量 分 别 为 一 ‘ 和 一‘ 由此 可 知 ， 中 间包水 口 内径 对钢 水 可 浇 性 的 影 响 从表 可 知 ， 采 用 大 水 口 的浇 铸 时 间 比 小 水 口 的要 长 ， 其 原 因 是水 口 处存 在 着氧化 铝 等 夹 杂 物 的聚 集 速 率 和 钢 水 对 水 口 内壁 夹 杂 物 的冲 刷 速 率 的相 对 平 衡 ， 或 水 口 材料 与夹 杂物 反应 形 成 低 熔 点物 的速 率 和 钢 水 对 反应 产 物 的带 走速 率 间 的相 对 平 衡 而 加 大 中 间包 上 水 口 内径 ， 相 当 于 减 少 了单 位 体 积 钢 水 中夹 杂 物 在 水 口 壁 上 的 聚 集 几 率 ， 因 此 可 有 效地 提 高钢 水 的可 浇 性

Vol.27N0.4 刘学华等：小方坯连铸低碳低硅铝镇静钢可浇性 ·435· 表5水口内径与浇铸时间 (②)影响钙处理效果的因素很多，其中喂线 Table 5 Tundish nozzle diameter and casting time 速度和喂线量是最主要的原因，在马钢三炼钢的 方案 水口内径mm 浇铸时间/min 条件下，增大喂线速度，提高吨钢喂钙量到 1 18 0.40.55kg后，钙的回收率稳定在8%10%. 2 伊 5 (3)保护浇铸、中间包水口的材质和内径对 27 g 27 8 钢水的可浇性具有重要的影响，采用锆质水口并 5 18 35 适当增大中间包水口内径，可显著提高钢水的可 6 尔 17 浇性. 7 之 90 8 27 74 参考文献 [1]Singh S N.Mechanism of alumina buildup in tundish nozzle 3 生产实绩 during continuous casting of aluminum-killed stcel.Metall Trans,1974,5(10):2165 马钢从2003年3月开始采用LF精炼+钙处 2]龚坚.浸入式水口堵塞机理.连铸，2001(2)：4 [3]Saxena S K,Sandberg H.Mechanism of clogging of tundish no- 理+140mm×140mm小方坯连铸工艺生产低碳低 zzle during continuous casting of aluminum-killed steel.Scan J 硅高酸溶铝冷镦钢，由于钙处理过程喂线速度 Metall,1978,73):126 低，大包保护浇铸效果差，中包水口内径小，往往 [4)董履仁，刘新华，钢中大型非金属夹杂，北京：冶金工业出 浇】炉或半炉钢水就因为中间包水口就发生堵 版社，1991.199 [们干勇.炼钢一连铸等新技术800问.北京：冶金工业出版 塞而被迫停浇，造成较大的经济损失，经近4个 社，2003.180 月的试验，在优化钙处理工艺和连铸工艺的基础 [可盘昌烈.连铸钢水喂硅钙线工艺及效果，见：第七届全国 上，成功地解决了小方坯生产低碳低硅高酸溶铝 炼钢学术会议论文.北京，1992.275 钢的水口堵塞问题.目前连浇炉数稳定在8~10 [7】张小兵，徐有斌.钢中喂线过程的传热数学模型，上海工 业大学学报，1991(6)：530 炉，铸坯酸溶铝的质量分数大于0.02%，铸坯表面 [8]Vasilij P,Blazenko K,John W H.Thermodynamic congditions 质量和内部质量良好，产量约1.2×10ta. for inclusions modification in calcinm treated steel.Steel Res, 1991,62(7):289 4结论 [9]Howard M P.Thermodynamics of nozzle blockage in continuous casting of calcium containing steels.Metall Trans B,1984, (1)中间包水口的堵塞是铝镇静钢浇铸过程 15B:547 [10]Geldenhuis J MA.Minimisation of calcium additions to low car- 中的普遍现象，而钙处理是解决水口堵塞最有效 bon steel grades.Ironmaking Steelmaking,2000,27(6):15 的方法之一，马钢通过优化钙处理工艺和连铸工 [11]Scott R.Story anaiysis of the influence of slag.In:Metal and In- 艺成功解决了小方坯浇铸低碳低硅高酸溶铝钢 clusion Chemistry on the Cleanliness and Castability of Steel 2001 Steelmaking Conference Proceedings.Baltimore Maryl- 的水口堵塞问题，使连浇炉数稳定在8~10炉，提 and,2001.883 高了生产效率. Castability of billet continuous casting for low-carbon low-silicon Al-killed steel LIU Xuehua2,HAN Chuanji,CAl Kaike",SONG Chao2,MAO Yong,SUN Wer,ZHANG Jianping I)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Technical Center of Ma'anshan Iron and Steel Co.,Anhui 24300,China ABSTRACT On the basis of analyzing nozzle clogging,the effects of feeding speed,the amount of Ca-Fe cored wire during Ca-treatment and nozzle diameter on the castablity of billet continuous casting for low-carbon low-sili- con Al-killed steel were studied by an orthogonal test in line with the on-site condition of No.3 Steelmaking Shop of Ma-Steel,China.The results showed that increasing the feeding speed,the amount of Ca-Fe cored wire and the diameter of the tundish nozzle can prevent blockage.After adopting these parameters proposed,810 heats could be cast in sequence,and the surface quality and intemal quality of the billets are satisfactory. KEY WORDS billet continuous casting;Al-killed steel;castability;orthogonal test

匕】 刘 学 华 等 小 方坯 连铸 低碳低硅铝 镇静钢 可 浇性 表 水 口 内径 与浇 铸 时间 知。 廿 方 案 水 口 内径 浇铸 时 间 影 响钙 处 理 效 果 的 因 素很 多 ， 其 中喂 线 速 度和 喂 线 量 是 最 主 要 的原 因 在 马钢 三 炼 钢 的 条 件 下 ， 增 大 喂 线 速 度 ， 提 高 吨 钢 喂 钙 量 到 一 后 ， 钙 的 回收 率 稳 定 在 一 保 护 浇铸 、 中 间包 水 口 的材 质 和 内径 对 钢 水 的可 浇 性 具 有 重要 的影 响 ， 采用 错 质 水 口 并 适 当增 大 中 间包 水 口 内径 ， 可 显 著提 高钢 水 的可 浇 性 参 考 文 献 ， 沙甲 、‘﹃ 生 产 实绩 马钢 从 年 月 开 始 采 用 精 炼 钙 处 理 。 小方 坯 连铸 工 艺 生 产 低 碳低 硅 高 酸 溶 铝 冷 徽 钢 ， 由于 钙 处 理 过 程 喂 线 速 度 低 ， 大包 保 护 浇铸 效 果 差 ， 中包 水 口 内径 小 ， 往 往 浇 炉 或 半 炉 钢 水 就 因 为 中 间包 水 口 就 发 生堵 塞 而 被 迫 停 浇 ， 造 成 较 大 的经 济 损 失 经 近 个 月 的试验 ， 在 优 化钙 处 理 工 艺 和 连铸 工 艺 的基 础 上 ， 成 功地 解 决 了 小方 坯 生产 低 碳 低硅 高酸 溶 铝 钢 的水 口 堵 塞 问题 目前连 浇 炉 数 稳 定在 一 炉 ， 铸坯 酸溶 铝 的质 量 分 数 大 于 ， 铸 坯表 面 质 量 和 内部质 量 良好 ， 产 量 约 ‘ ， · 一 ’ 结 论 中 间包 水 口 的堵 塞 是 铝 镇 静钢 浇 铸 过 程 中的普遍 现 象 ， 而钙 处 理 是解 决 水 口 堵 塞 最 有 效 的方 法 之一 马钢 通过优化钙 处 理 工 艺和 连铸 工 艺 成 功 解 决 了 小 方 坯 浇 铸 低 碳 低 硅 高 酸 溶 铝 钢 的水 口 堵 塞 问题 ， 使 连 浇 炉 数稳 定 在 一 炉 ， 提 高 了生 产 效 率 帅 】切 一 介 ， ， 龚坚 浸 入 式 水 口 堵 塞机理 连 铸 ， ， 电 田 · ， ， 董 履仁 ， 刘新 华 钢 中大 型 非金 属 夹 杂 北 京 冶金 工 业 出 版 社 ， 干 勇 炼 钢 一 连 铸 等新技术 问 北 京 冶 金 工 业 出版 社 ， 盘 昌烈 连铸 钢 水 喂 硅 钙 线 工 艺及 效果 见 第七届 全 国 炼钢 学 术会 议 论 文 北 京 ， 张 小 兵 ， 徐有斌 ， 钢 中喂 线过程 的传热 数 学 模型 上 海工 业 大 学 学 报 ， 、 乞 ， ， 鲍 加 ， ， 刘 加 介 ， ， 如 一 肠 ， ， 〔川 口 吨 加欧访 加 娜 · ， 一 一 一 ，津，， ，， ，，义五 ，气人“ 心， 贬刀 肠矛， 习月 即动扩 飞 ， ， ， 介 橄 澎 ， ， ， ， 一 一 。 一 一 ， ， 一 ， 一 ， 一