大管坯连铸中间包钢液内夹杂物去除的研究

发布时间：2009-11-02 作者：杨树峰, 李京社, 张立峰, 高锦国, 唐海燕,石少清

        钢中非金属夹杂物直接影响钢的质量和性 能,为了去除或减少进入结晶器的夹杂物数量, 近年来国内外十分注重研究夹杂物在中间包内的 运动和去除[ 127 ] 。净化钢水去除钢水中的夹杂物 已经成为现代连铸中间包的重要功能。衡阳华菱 连轧管有限公司大管坯连铸生产线生产的连铸坯 全部用来轧制无缝钢管,对铸坯质量特别是钢中 夹杂物含量要求非常高,为了降低钢中的夹杂物 含量,进一步提高铸坯质量,采用水模型试验对该 公司炼钢厂两种不同类型挡墙的中间包去除夹杂 物的效果进行了模拟研究,同时通过大量的工业 试验研究了不同类型挡墙中间包对减少总氧含量 和总氮含量以及对去除微观夹杂物和大型夹杂物 的影响。
        1 　夹杂物上浮水模型试验
        1. 1 　试验原理及方法
        本研究依据相似原理,在几何和动力学相似 的条件下,以模型与原型1 ∶2. 3 的相似比(λ= 0. 43) 建造有机玻璃水模型,由于中间包水模型实 验中,水的流动主要是重力和惯性力起主导作用 的湍流流动,故选用弗鲁德准数( Froude Num2 ber) 作为实验的决定性准数。于是式(1) 应成立:
        Fr = u p2 / g L p = um2 / gLm (1) 因此长度、速度、流量的相似条件为:
        Lm =λLp = 0. 43Lp (2)
        um =λ0. 5 ·up = 0. 66 up (3)
        Qm =λ2. 5 Qp = 0. 12 Qp (4)
        式(1～4) 中p 、m 分别代表原型和模型; L 为 长度,m ; u 为速度,m/ s ;Q 为流量,L/ h ;λ为相似 比。
        本试验选取实际连铸生产过程中30 t 四流 中间包(如图1 所示) ,拉速为0 . 9 m/ min ,圆坯直 径为330 mm。中间包原型和水模型的参数参见 表1 。

        实验用聚苯乙烯塑料颗粒模拟夹杂物。如图 2 所示,称取100 g 聚苯乙烯塑料发泡粒子,从长 水口处脉冲加入中间包内,在中间包4 个流的出 水口处分别用布袋收集流出的粒子,经过1 068 s (二倍理论停留时间) 后停止收集,将收集到的粒 子晾干后称重,计算夹杂物去除率公式如式(5) :

        

        本次实验,用50 目的塑料发泡粒子,密度 ρinc ,m = 64 kg/ m3 ,代入式(6) 

         式(6) 中, d 为直径,m ;ρ为密度, kg/ m3 ; 下 标inc ,st 和w 分别代表夹杂物、钢水和水。 可得本次实验模拟的夹杂物的实际尺寸为 250～300μm。
        1. 2 　试验结果及分析
        夹杂物上浮试验结果如表2 所示。从表2 可 看出,Y型挡墙中间包夹杂物上浮率为96. 07 % , 与U 型挡墙中间包相比夹杂物上浮率提高了 5 % ,所以Y型挡墙中间包去除夹杂物的能力较 强。用U 型挡墙中间包,铸坯边部流与中部流铸 坯夹杂物收集量最大波动为1. 702 g ,而Y 型挡 墙中间包,铸坯边部流与中部流铸坯夹杂物收集 量最大波动是0. 04 g ,表明Y 型挡墙中间包内边 部流与中部流之间差异减小,钢液流动更加均匀。

        2 　工业试验
        2. 1 　试验方法
        对原型中间包和改进型中间包分别在中间包 内和铸坯上进行取样分析,取样钢种为27SiMn 。 中间包取样是在每个钢种的1 个浇次的第2 炉和 第3 炉的中间包液面稳定时,分别取圆饼样2 个。 铸坯取样是在中间包取样结束30 min 后分别取边部流与中间流的铸坯各1 块,在铸坯样上分别 切大样和金相样,坯样位置为铸坯内弧1/ 4 处。 对所取试样进行如下分析: (1) 分析中间包钢样和 铸坯的平均总氧、总氮含量变化; (2) 在金相显微 镜下对夹杂物进行分类,并对各类夹杂物的数量、 尺寸进行统计; (3) 通过对电解大样的分析得到 大颗粒( ≥50μm) 夹杂物在铸坯中的含量。