螺纹钢钛微合金化钢水可浇性差原因分析与控制实践

2021-08-11王吾磊刘志勇陈钰德赵志江

工业加热 2021年7期

王吾磊，李海，刘志勇，陈钰德，徐雷，赵志江

(芜湖新兴铸管有限责任公司，安徽芜湖 241000)

在HRB400E螺纹钢生产过程中，需要通过微合金化处理工艺来保证钢材的性能。铌、钒、钛都是微合金化元素，在实际应用中，绝大多数钢厂使用的是铌、钒元素，具体采用的合金是钒氮、氮化钒铁、铌铁等，没有钢厂使用钛元素。钢厂对钛元素避而远之，因为钛元素性质活泼，极易与钢水中的氧、硫、氮等元素反应，产生大的析出物，致使钢水黏度大、可浇性差。钛加入后，还会加大炼钢工艺控制难度，引起轧钢产品质量波动，最终限制了钛微合金化技术的推广应用。

连铸水口堵塞是指大块固态物质堵住钢水通道(大罐水口或中包上水口)，造成通钢量降低，被迫停浇的现象；水口絮流是指在连铸生产过程中，钢液中的固态颗粒附着在大罐水口、中包上水口或浸入式水口内壁，吸附，扩展，占用钢水通道，造成水口钢水通钢量降低，在采用钢水静压力控制拉速中包时直观反映就是拉速降低，中包台时产量低，最终导致钢水得不到及时补足而断浇或快换浸入式水口的现象[1]。

1 螺纹钢钛微合金化生产工艺

1.1 螺纹钢生产工艺流程

炼钢厂有两座120 t顶底复吹转炉(BOF)+3座120 t炉外精炼炉(LF)+4台连铸机。螺纹钢生产采用工艺流程为：BOF→LF→1#CC(端面尺寸180 mm×180 mm)。转炉冶炼总周期36 min，此间，BOF转炉在出钢过程中按成分目标值下限进行钢水合金化和顶渣加入作业，LF精炼炉周期≤25 min，完成成分微调及稳定上钢温度任务，1#连铸机为10机10流，大、中包采用浸入式水口保护浇铸，拥有结晶器液面自动控制设备，冷却方式为全水冷却，生产过程中使用快换式中包下水口控制拉速，一般为1.8～2.5 m/min，平均浇钢时间为20～45 min不等。

1.2 精炼过程钢中钛含量控制

炼钢厂采用精炼过程中对钢水钛成分进行控制，钛目标值：0.008%～0.015%，钛铁加入量35～45kg，钛合金(FeTi3)收得率60%～65%。

2 水口堵塞物形成原因分析

2.1 钢水温度低，水口冻结堵塞

由于中间包、水口烘烤温度不够或钢水温度低使的钢水流经中包上水口、浸入式水口时钢水温降大，达到或低于液相线温度后钢水凝结堵塞钢水通道。这种水口堵塞一旦发生很难挽救，即便处理，也存在较大风险，多数钢厂采用提高中包液面(无塞棒中包)来提高钢水静压力实现拉速提高，加快中包钢水循环目的或不断更换上水口、浸入式水口，以达到去除堵塞物、实现钢水顺利浇注目标，但更换上水口操作，尤其是滑道卫生未清理干净或角度不对，容易造成中包包底穿钢严重生产事故，且存在很大安全风险。水口结冷钢但形成原因并不复杂，主要有以下几个方面：

教学前教师要明确受众特点，适当运用教学方法，合理设置教学目标。根据不同学习者的注意特点来安排知识密度，借助科学、系统的方法来增强学生的学习效果和学习效率。对于复杂性内容可以采用直观教学的方法来帮助学生理解，对于需要记忆的内容可以运用感知规律来促进知识的有效获取[4]。

(1)钢包空置时间长，包衬温度低，盛钢后钢水温降大。精炼处理时没有充分考虑此因素，上机后，钢水温度下降较快，浇铸中后期温度低堵塞水口。

(2)钛铁加入时间为第一次断电取完样后，第一次加入量35 kg/炉，再次取样确认钢水成分后若进行Ti成分微调，需再次送电；

摩擦振动是一种自激振动，其本质是能量的积聚和释放交替进行的过程。当轮轨间的滑动量达到一定值之后，由于黏着极限的限制，接触面间将完全丧失传递切向力的能力，此时若不降低车辆牵引动力，则会引发车轮的空转。动车组的电机通常具有自动调节作用，借助于其控制回路，黏着的破坏会立即伴随黏着的恢复。这样，周而复始，车辆的运行过程实质上是黏着和滑动交替进行的过程。这种由摩擦力变化而引起的切向力传送的延续和中断交替的过程即为轮轨之间的张弛振动。显然，张弛振动是一种不连续的自激振动，它源于摩擦的能量储存和释放。

(2)精炼处理时温度计算不准或测温系统故障，导致出站钢水温度低。

(3)浇铸中的异常状态(如迫于正产节奏或其他设备故障降低拉速)导致浇铸时间加长。

所用合金检验结果显示(见表2)，钛铁合金(FeTi33)中含有约7.3%的Al成分，合金中Al随合金进入钢水，见试生产期间钢水Ti、Al及Ti/Al。

2.2 异物堵塞钢水通道

钛微合金化试生产期间，出现中间包浸入式水口絮流事故，连铸拉速由2.30 m/min降低至1.60 m/min，个别流次拉速低于1.0 m/min。浇铸过程中钢水通道被耐火材料、夹杂物、未融化的合金或其他异物堵住钢水通道。具体情况主要有：

(1)开浇前中包卫生为清理到位，中包烘烤过程中包内杂物异常烧结，首炉大包开浇后中包内异物熔化、被冲进水口通道内，导致水口堵塞(见图1、图2)。

(2)钢水罐内的耐火材料脱落或引流沙结块，进入水口通道。

(3)精炼过程进行合金成分调整，尤其是大量补加合金，未进行送电或钢包底吹强搅拌操作时，易发生合金表面包裹难容的氧化物，类似于“钝化”现象，此类物质随钢水进入水口时发生局部聚集进而堵塞水口。

图1 水口堵塞物

图2 中包下水口及浸入式水口堵塞

在6小时内有176例超早期手术。7~24小时手术117例,24小时后手术共57例,其中236例开颅血肿清除。对术前脑疝症状及术中脑组织肿胀严重,减压不满意者行去骨瓣减压术,破入脑室者通过外引流进入心室,包括单侧或双侧脑室外引流共有124例。有94例血肿穿刺抽吸。有22例破入脑室者仅作脑室外引流。

图3 水口堵塞物SEM图

表1 水口堵塞物检验数据

其次，从数学教学模式来看，教学内容与数学思想、方法相分离。目前不少高职院校数学教学把传授知识当作唯一内容，使学生只能简单地学习知识，不能感知相关的数学思想，培养数学精神，丰富数学方法，训练数学逻辑思维。而蕴涵数学思想方法的教学，伴随着学生对数学的欣赏，能够触及学生的灵魂，在体验数学美妙的同时产生心灵震撼。

科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。初中学生正处于感性认识上升到理性认识的阶段，因此教师在教学中尽量联系生活原型，从中提炼相似的感性材料，并精心设计问题串，引导学生在逐步构建概念的过程中发展理性思维。

2.3 絮流物吸附于水口内壁，导致钢水通道堵塞

中包水口絮流主要有以下因素导致：

(1)螺纹钢为前精炼工艺，但炉渣仍有一定碱度(二元碱度R>2)，因此对上浮夹杂物仍有一定去除效果，若精炼过程，尤其是中后期补加含硅合金，由于普钢精炼过程基本未进行脱氧操作，含硅合金氧化后生成的二氧化硅进入炉渣，导致终渣碱度降低，夹杂物去除效果变差，钢水可浇性也随之恶化，这也是连铸出现水口堵塞多发生在大包浇注后期原因。

(2)螺纹钢钛微合金化工艺要求加钛环节为精炼进站加入，若钛合金加入时机靠后或后期微调钛合金，钛合金中残有的铝成分进入钢水，参与钢水脱氧或合金化，导致钢中除生成TiO2外，还含有一定量的Al2O3夹杂物，不进行钙处理或钙处理后无夹杂物上浮的软吹时间，导致夹杂物在水口不断聚集最后造成水口堵塞，钢水可浇性变差，这也是中包水口出现絮流现象，拉速不是短时间降低，而是有个不断变化的过程。

将堵塞水口物质(见图3)进行收集，检验结果见表1。

此类水口堵塞是连铸浇铸过程中最常发生的水口堵塞形式，也是较难控制堵塞的形式之一。浸入式水口絮流物呈明显的三层结构，从外到内分别为堆积状的Al2O3疏松层，Al2O3致密层和脱碳层。Al2O3致密层和脱碳层是中间包水口耐火材料反应的产物。堆积层状Al2O3主要是通过吸附钢水中的夹杂物形成的，是水口絮流的主要原因[2]，如图4所示。

图4 水口堵塞物EDS图

从扫描电镜检验结果分析，Al2O3是水口絮流堵塞的主要成分。

土壤条件是影响农业生产水平的关键因素，近年来农业部门一直十分重视土壤改良工作。本地耕地中有2/3多属于中低产田，而这些中低产土壤中又以酸化和盐渍化为主，土壤肥力出现明显降低，养分不均衡问题越来越显著。通过对全市耕地质量的长期定位监测表明，耕层有机质含量在20 g/kg以上的耕地面积大约占总监测耕地面积的33%，有机质含量在15-20 g/kg之间的耕地面积大约占监测面积的占47%，在15 g/kg以下耕地面积占20%左右。尤其是水田，土壤的有机质含量很低，每千克土壤含30 g有机质的水田面积仅有15.3%，低肥力田块所占的比重较高。

2)浇铸过程中钢液的二次氧化

1)精炼中后期加入钛铁合金

(4)中包或浸入水口烘烤温度不够。主要集中在开浇和换水口时钢水传热过快，水口结冷钢断浇。

表2 钢水w(Ti)、w(Al)及w(Ti)/w(Al)比值

此外，某些研究表明，钛铁合金中含有大量的Al2O3，随合金加入钢水，若精炼过程对此类夹杂物处理不当，将大大增加连铸中包水口絮流风险。铁合金尤其是钛铁、硅铁合金中含有残余Al元素，生成了高熔点的夹杂物，如不进行钙处理操作或连铸过程保护浇注效果不佳，钢中Al元素二次氧化生成三氧化二铝次生夹杂物，影响钢水可浇性，在钢水浇注过程此类夹杂物在水口内不断聚集，导致水口堵塞(见图5)。

图5 夹杂物的尺寸分布与钢水w(Ti)/w(Al)比的关系

造成浸入式水口絮流的Al2O3的来源主要为以下几方面。

精炼过程底吹控制不当造成钢水裸露，连铸保护浇铸效果差，都会导致钢水二次氧化。从大气中吸入的氧直接与[Al]反应生成Al2O3，而水口内钢水与水口壁界面发生[Al]+(SiO2)=( Al2O3)+[Si]还原反应生成Al2O3。

3)钙处理效果不佳

在精炼冶炼后期，钢水出站前，对钢水进行钙处理操作。钙处理对夹杂的变性作用就是通过喂丝机向钢水喂入一定量的钙，把熔点高于1 550 ℃的富含Al2O3的钙铝酸盐夹杂改变为熔点低于1 550 ℃、含较多CaO的钙铝酸盐夹杂。若钙处理工艺执行不到位，在向钢水中加钙的过程中，随着钢水中钙含量的不断增加，夹杂物中钙的含量也在增加，形成的复合夹杂物依次为CA6、CA2、CA、C12A7、C3A(C与A分别代表CaO和Al2O3)。

此外，钙处理后必须经过足够的软吹时间保证夹杂物充分上浮、去除。考虑到螺纹钢生产周期，经多次试验验证，考虑到实际情况，本螺纹钢钛微合金化工艺喂入钙线量控制在30～100 m即可，钙处理后钢包软吹氩搅拌时间≥5 min即可。

3 提高钛微合金化钢水可浇性工艺要点及措施

针对以上引起螺纹钢钛微合金化钢水可浇性差原因采取如下措施：

(1)转炉出钢过程中加入白灰400 kg、化渣剂50 kg。精炼控制白灰(≤100 kg)、化渣剂(≤50 kg)加入量；

易错点提示：①注意歧化反应和归中反应中电子转移(得失)数目的问题分析,如Na2O2、NO2与 H2O 反应;Cl2与 H2O、NaOH的反应。②注意变价金属参与的反应,如Fe、Cu与S、Cl2的反应。③注意原电池、电解过程电子的转移,如电解AgNO3溶液、CuSO4溶液等,分析该类题目时还要注意反应产物、可逆反应以及过量计算问题。

(3)精炼进行合金成分调整时，也要进行送电+钢包底吹强搅拌操作，而且要求合金调整时机在整个冶炼过程的中前期进行；

黄宗羲的哲学思想，主要是发挥其师刘宗周之说以评介宋明诸儒，在综合理学和心学之中又有折中调和蕺山学与阳明学的特点。通过对宋元明三代理学的系统总结，黄宗羲以“心即气”为枢纽贯通天人，从一气一理一性到一心，实现了理气心性的合一以及本体与工夫的合一。黄宗羲“心即气”、以气兼理的生态哲学思想，注重理、气、心、性、情等概念以及气质之性与义理之性、本体与工夫等命题间关系的调整，在内容上与西方后现代的深生态学为近。从“盈天地皆间皆气”的生态本体论到“盈天地皆心”的生态德性论，黄宗羲建构了一个心气相通、“人与天地万物为一体”的生态理论体系，是儒家生态哲学在本体论阶段总结性的一个深化与发展。

检验结果显示，水口堵塞物成分组成明显异于精炼终渣，其TiO2含量明显偏高(精炼终渣TiO2含量一般不超0.5%)。

(4)钙线喂入量30～100 m/炉(钙线喂入量应根据钢水实际Ti、Al含量、精炼实际周期或是否脱氧情况进行调整)且精炼出站前有效软吹氩时间≥5 min。

(5)根据精炼过程钢包温降，调整上机钢水温度，一般要求连铸中包过热度范围25～40℃；

(6)加Ti钢开浇前，连铸提前更换大水口，要求中包水口内径≥19 mm，浇铸过程中不允许降液面。

(7)每5炉测量中包渣层厚度，渣层厚度≥50 mm，即安排中包进行漂渣作业；

连续实验7 d，其间学生可以利用空余时间去观察生根情况。7 d后，每个实验小组设计表格，对各自8个烧杯中的大蒜瓣的生根数量进行记录，进行曲线图的绘制。小组内或小组间进行交流，总结得失，确定课堂发言人，并做好课堂发言的文字准备。

(8)中包保护浇铸(黑渣面)；

《寻人启事》发出的第三天，防疫站的收发员给张秋送来一封信。张秋接过信一看，信封上没有寄信人的地址，打开后，从信纸里掉出一把钥匙和一个掏耳勺儿。信的内容如下：

(9)大包套管加密封垫。

李绪琴，苏显渝，陈文静.基于正交光栅投影的快速调制度测量轮廓术[J].光子学报，2019，48(1)：1212002