利用直流电弧炉和钢包炉进行薄板坯连铸

    薄板坯连铸是正在发展中的一项新技术。除了不锈钢与薄板坯连铸有关的一些传统的冶金和操作问题，在许多情况下对于薄板连铸更加关键并增加了新的困难之外，此项技术具有很多优势。为保证成品质量并获得良好的效益，要解决这些问题，并用最好的方法控制生产过程。钢包炉的感应搅拌和连铸机上的电磁制动器是改进可靠的和经济的薄板生产条件的有效工具。

    薄板坯连铸机的操作经验表明在连铸前进行适当钢包炉处理是成功操作的关键，同时要特别注意钢包炉的性能。

    本文从技术和经济角度说明感应搅拌作为LF炉搅拌的理论方法的优势以及它对薄板坯连铸的影响。

    本项研究涉及了气体搅拌和感应搅拌的投资差异以及相关数据，产品的变化对最终结果只有很小的影响。因此，对薄板坯连铸具有代表性的钢种进行研究。

二、搅拌方法

    用于钢包冶金，特别是钢包炉的搅拌方法的选择将决定设备的操作和冶金特点。

    两种主要的搅拌方法——电磁搅拌和气体搅拌有互补的特点，因此要对设备的现在及将来的钢生产要求进行分析才能确定选择哪种搅拌方法。象薄板坯连铸这样新的炼钢技术的成功发展以及新钢种的开发在很大程度上取决于LF的能力。在这方面，重要的参数是：

    纯洁度；

    化学和温度控制：

    可再现性：

    可靠性；

操作成本。

三、薄板坯连铸的特点

    与普通的连铸相比，薄板坯连铸增加了对连铸操作前精炼过程的要求。这是由薄板连铸操作的特点所决定的：

    (1)与普通连铸相比，表面积增加4倍

    问题良好的表面质量。

    对LF的要求准确的温度控制。

    (2)高的连铸速度

    问题决杂物上浮时间短。

    对LF的要求纯洁钢，钢中氧含量低。

(3)窄结晶器

问题结晶器内液面控制，水口堵塞。

对LF的要求滴纯洁度钢。用钙变性夹杂物。

(4)包晶钢碳范围

问题很难连铸，避免碳在包晶钢范围。

对LF的要求精确的化学控制。电弧加热，增碳少。

(5)直接轧制：

问题1溶解氮化铝的时间不充足。

对LF的要求控制铝和氮的含量低。

问题2冲断的程序阻碍了整个工厂的操作。

对LF的要求将钢输送到连铸机时，要有适宜的化学成分和温度。

四、与薄板连铸有关的冶金问题

  （一）温度控制

   与普通连铸相比，薄板坯连铸的表面积增加了4倍，速度提高了3倍。在此条件下，为获得良好的表面质量并防上拉漏，必须严格控制钢的温度。温度将影响钢和结晶器渣的流动性及热传递能力，有关薄板坯连铸机操作的报道表明钢的温度保持在15℃范围内可获得良好的操作条件。如果温度控制不好，会造成结晶器保护渣粉末熔化不好，穿过50mm宽结晶器出口形成“搭桥”现象和漏钢问题。

    用电磁搅拌将钢液从上到下彻底混合时，提供了满足钢温度要求的最佳方法。气体搅拌不会产生相同的温度均匀性，这是因为钢包内的搅拌作用分布不均，表面的搅拌强烈，而底部区域的搅拌较弱。

    （二）水口阻塞

    极高的铸速以及结晶器内小的体积使得液面控制成为薄板坯连铸的关键因素。结晶器内液面控制不好将直接增加拉漏率和铸坯表面粉末夹带。

    液面控制的关键是避免水口阻塞。水口设计和流量控制对于在结晶器内形成良好的条件起着重要作用，但是也要避免由钢中氧化夹杂造成的水口阻塞。

    能尽量减少或防止水口阻塞的适当的钢精炼操作包括长时间的氧化铝漂浮，用钙处理，CaSi或FeCa变质氧化铝夹杂物之前尽可能降低硫含量。据报道，连铸前，20×10-6的最低钙含量可获得良好的可浇铸性。

1．纯洁钢一夹杂物上浮

    铝的再氧化程度降低以及适当的搅拌将氧化铝夹杂物从钢液中清除使得钢中氧化铝含量降低。在这些方面，感应搅拌优于气体搅拌。主要原因是感应搅拌能在整个的钢熔池中形成强烈的和可控制的搅拌，避免钢液表面接触大气，防止铝氧化以及其它元素形成氧化物夹杂物。

    另外，在去除象氧化铝这样的夹杂物时，感应搅拌也优于气体搅拌。在钢液内分布良好的搅拌作用将夹杂物输送到渣／钢和耐火材料／钢界面，在那里，将夹杂物俘获。大量的研究证明，得到的总氧量有时低于用气体搅拌处理类似钢种得到的10×10-6。

  2．钙处理

  防止水口堵塞也包括喷钙金属变质氧化铝夹杂物。据报道，20×10-6钙是获得良好的连铸条件必需的最低的量。

    钢中硫、铝含量与钙处理作用之间有明确的关系。

    已经广泛研究了用钙处理获得最佳的AI和S效果之间的关系，在文献中可以找到不同的经验方法。根据Larsen和Fruehan在Al含量为0.030%时，计算出临界硫含量大约为0．01 2%。也就是说，只有达到临界硫含量时，喷吹的钙才对氧化铝夹杂物有影响。

    除了与硫含量的关系外，喷吹的钙的收得率取决于在LF炉操作过程中将钢水熔池的再氧化程度是否降到最低。重要的是，保持钢水熔池随时被渣覆盖，避免暴露于大气之下。同时要保持搅拌去除夹杂物。据报道，用感应搅拌处理与GF,NF,RAI, STEF,I,生产的类似钢种，喷射纯Ca丝的Ca的收得率是22%- 25%，总的最终Ca含量是20×10-6。用气体搅拌相应的数值是12% - 150-/0。这是不可忽视的较大的差异。

    （三）脱硫（纵向裂纹、Ca处理）

    硫与纵向裂纹有相关关系，适当地控制硫含量是薄板坯连铸成功的关键。有经验的薄板生产者说，既使是0. 010%S对于实现好的板坯质量来说含量也是过高的。

    针对GF,NF,RAI, STEF,I,。的情况是否需要脱硫还不知道，但是应该从热力学角度指出，硫含量由0. 040%降到0.020%相当容易，但是从0.020%降到0.010%或更低则很复杂。后者要求特殊考虑炉渣控制、氧活度和搅拌操作。

    良好的脱硫效果是以钢液与顶渣充分混合为基础的。在感应搅拌的情况下，在渣／钢界面可能不会形成必要的湍流，将硫含量降低到符合薄板坯连铸的要求。因此，有必要利用6～lOmin的强烈的气体吹洗，随后是平稳感应搅拌，让CaS浮出熔池。感应搅拌和气体搅拌联合使用进行脱硫，显示了很好的效果。感应搅拌将富硫钢输送到产生脱硫作用的渣／钢界面。

    （四）铝（横向裂纹、钙处理）

    直接轧制意味着在热轧之前板坯只能在辊底炉内保温15 min。但是这段时间不足以溶解在温度降至A^温度以下的板坯内形成的氮化铝。氮化铝引起晶界脆化，在板坯的宽面上出现横向裂纹。

    为防止出现质量问题，有必要避免或减少氮化铝形成的所有条件。从钢精炼的角度，这意味着铝和氮的含量降至最低。

    感应搅拌为精确控制铝含量提供了很好的条件。搅拌完整渣层下的钢水有效地防止了钢液暴露空气中，将铝及其它易氧化元素的氧化降至最低。这些条件的作用是：

    1．化学分析准确控制：

    2．低损失，高收得率：

    3．节约成本。

    无论搅拌功率多大，只要钢液表面被渣覆盖，在LF操作过程中铝的损失为5×10-6nun。恒定的损失便于预测和控制铝含量。

    常用气体搅拌，铝损失随着所用搅拌功率的变化而有所不同，这样就很难准确控制铝含量。气体搅拌功率为50W/in3时，损失量高达12×10 - 6/min。