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中間包襯耐火材料對鋼水清潔度的影響

連鑄鋼坯的內部夾雜是嚴重的質量問題,它破壞了鋼的連續性,直接影響鋼的使用性能及使用范圍。不論是微觀夾雜還是宏觀夾雜,都對鋼的性能產生嚴重的危害。夾雜不同,來源也不同,其形成過程也非常復雜。但宏觀夾雜主要來源于中間包襯層、二次氧化、覆蓋劑等。所以在冶煉過程中,如何減少中間包帶入的夾雜,如何防止鋼水污染,提高鋼坯質量,成為研究的重要課題。本工作初步探討了中間包所用耐火材料對鋼水清潔度的影響。 
中間包襯耐火材料對鋼水清潔度的影響 
1、試驗過程 
中間包襯耐火材料在澆注過程中與鋼液長時間接觸,發生的作用有機械沖刷、化學侵蝕及生成低熔點化合物等,任何一種作用的最終結果均是對鋼水造成污染。本研究是在14t中間包襯層的涂料內添加示蹤劑,通過對鋼坯內示蹤劑的分析,判斷襯層侵蝕后被帶進鋼坯內的量,從而得出由此形成的夾雜物占總夾雜物的含量。 
1.1試驗參數 
(1)中間包容量:14t。 
(2)鑄機:R6.5/12-1200一臺;R5.7/6.5/8.5/12/17/33-1500一臺。 
(3)生產鋼種:A36、Q235、SS400、BC等。 
(4)單爐鋼產量42.5t;平均每爐澆注時間21.5min。 
1.2中間包內襯材料及施工 
中間包內襯采用鎂鈣質涂料。其理化指標如下:w(MgO)≥85%,w(CaO)≥2.2%;體積密度≤2.2g·cm-3,常溫耐壓強度≥2.3MPa,耐火度≥1790℃。 
將鎂鈣質涂料先干混2~3min,再加水濕混3~5min,然后人工涂抹到中間包內壁上,襯層厚度為40mm。自然干燥12min后,烘烤24~30h,并在最高溫度保溫3~4h。 
1.3試驗方法 
在干混中間包涂料時,每批料內中均配加8%的ZrO2作為示蹤劑,其他按正常操作。使用1個包役后,利用掃描電鏡-能譜儀對中間包殘襯層的不同層帶進行檢測分析,得出ZrO2的含量,以判定示蹤劑的侵蝕情況及在各層中的存在狀態。 
2、結果與分析 
2.1中間包殘襯的顯微結構 
(1)原始層 
耐火材料未受到破壞,礦物相晶粒完整,主要礦相為鎂橄欖石和尖晶石。不同礦物間分界明顯,較多示蹤劑元素以小粒狀獨立存在。
(2)過渡層 
耐火材料受到破壞,礦物晶粒破損,不同礦物之間界限不明顯,大粒礦物變小,邊緣渾圓。示蹤元素晶粒很小,多數溶于耐火材料之中。
(3)反應層 
有大小不等的金屬鐵粒存在,金屬鐵粒包裹在耐火材料之間。耐火材料無完整形狀,礦物混為一體。邊緣層較致密,內部較疏松。大顆粒耐火材料大多不存在,留下孔洞,見不到示蹤元素。
2.2鎂鈣質涂抹料的侵蝕 
由中間包殘襯層不同層帶的掃描電鏡-能譜分析結果(見表1)可以看出,原始層和過渡層中均有示蹤元素存在,而反應層中示蹤元素不存在。這說明:原始層中耐火材料沒有發生質的變化,示蹤劑保存完整,各顆粒以原始狀態存在;過渡層中有部分耐火材料參與了反應,示蹤劑及大顆粒已破壞,各礦物之間的界限不明顯;而反應層礦物中的鐵含量明顯增加,大多是耐火材料與渣反應的生成物。由此判定,中間包鎂鈣質涂料在其過渡層就與Fe及渣反應,其生成物是低熔點化合物,對鋼水是一種污染。 
由于中間包襯層通過沖刷或侵蝕進入結晶器的時間較短,因此其示蹤劑變化量可以說明涂料侵蝕后進入鋼坯內的量,即對鋼水清潔度的影響。所以本試驗對中間包內示蹤劑ZrO2的含量變化進行了跟蹤分析。為確保示蹤劑的變化,在開澆3爐后取樣。取樣時間為:開澆2min時取一渣樣,測定ZrO2含量為0.0509%;開澆21min時取第二個渣樣,測定ZrO2含量為0.1630%。在這19min的澆注過程中,鋼水對中間包涂料侵蝕量的理論計算值為: 
[35kg×(0.163-0.0509)%]/8%=0.49kg=490g 
式中:35kg為20kg的炭化稻殼和5kg×3的引流劑的含量;8%為示蹤劑ZrO2在中間包涂料中的含量。 
照這樣計算,鋼水對中間包涂料每分鐘的侵蝕量為490/19=25.8g。 
同時,試驗中還發現,中間包襯層耐火材料不同層帶中Al2O3含量不同,說明鎂鈣質耐火材料可吸附夾雜物,提高鋼水清潔度。此冶金功能有待進一步試驗與研究。 
3、結論 
(1)中間包內設置擋渣墻、壩及穩流器對保證夾雜物上浮有明顯的效果,在其他控制條件基本相同的情況下,70μm左右大小的夾雜物上浮的機率比自然澆鑄狀態下高10%~20%,平均為13.8%。 
(2)由中間包鎂鈣質涂料襯層帶入到鋼坯內的夾雜量為每分鐘25.8g。 
(3)中間包鎂鈣質耐火材料在其過渡層的變化中就對鋼水的清潔度造成影響。 
(4)提高中間包所用耐火材料的抗侵蝕性,可減少對鋼水的污染。 


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