中间包水口堵塞机理及其防止措施.doc

中间包水口堵塞机理及其防止措施摘 要:文章就钢中三氧化二铝产生的原因、上浮机理及其影响其排除因素进行了分析,并提出保证铝镇静钢顺利浇注的一些技术措施。 关键词:水口;堵塞机理;三氧化二铝;铝镇静钢;浇注 1前言 　 Al-C质水口在浇注含铝镇静钢时，常有大量的白色絮状物质沉积在水口内壁，使水口堵塞。水口堵塞的原因是由于熔点的化合物A12O3（熔点2020℃ ）, CaS（熔点2450℃）或A12O3·MgO等粘附在水口内壁上造成的。钢水中Al与耐材中氧化物及空气中氧发生反应形成A12O3，反应方程式为: 　 3SiO2+4Al=2Al2O3+3Si 　 Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe 　 3O2+4Al=2Al2O3　 　 大包水口发生堵塞时，往往会出现我们通常所说的“大包跟不上中包流”现象，当拉速降低仍不足以遏止中包液面下降时，通常采取的措施是去掉保护套管烧氧。当这种办法仍难以保证钢流通畅时，只能换包浇注或停浇中包水口发生堵塞时，往往会出现结晶器液面持续下降，保护渣结壳严重，通常采取的措施是加大塞棒吹氩压力或快速关闭和开启塞棒冲掉堵塞物，但这会造成结晶器液面强烈扰动，铸坯表面出现纵裂和夹渣。同时，一旦堵塞物被冲入钢水中，又会恶化铸坯内部质量，更重要的是，这些被冲洗下来的堵塞物阻碍液渣流入铸坯与结晶器壁之间的空隙，由于堵塞物的含碳量高(塞棒和浸入式水口均含有碳)和A12O3含量高，不但使弯月面钢水的含碳量升高，还使液渣的A12O3含量和黏度升高，因而增加粘结漏钢的危险。如果堵塞物采取上述措施后仍然无法保证水口下流则只能停浇。 2氧化铝质点聚合机理分析 2.1碰撞理论 　 钢水中的A12O3质点相撞后会发生粘附、烧结、聚合，并从钢水中分离出来.其动力学依据为: 　 △G0=F1·σFe+F2(σtnc－σFe－tnc) 　 式中: σFe——钢水表面能: σtnc——夹杂物的表面能: σFe－tnc ——钢与夹杂物界面的自由能。 　 只有当△GO是负值时，相撞的质点才能相互吸附。含A12O3的钢水中，由于σFe－tnc值很大，所以A12O3质点较容易发生粘附、烧结。碰损理论同样适用于A12O3质点与耐火材料的相撞。 　 钢流方向的急剧变化对A12O3夹杂物产生一种向心力，促使A12O3与水口内壁耐材发生碰撞自至A12O3附着在水口内壁上。科尔(Kor)对MgO·A12O3的形成做了如下描述: 　 (1)耐火材料中的MgO被耐火材料中的碳还原，产生镁气体和CO气体 　 (2)镁气体和CO气体从耐火材料扩散到钢水中: 　 (3)在钢水耐火材料的界面上CO→C+O，碳和氧溶入钢水，镁也溶入钢水: 　 (4)镁、碳和氧扩散到钢水内部: 　 (5) MgO·A12O3薄层或颗粒在钢水中析出。 　 研究表明钢中酸溶铝越高，即钢水中的氧活度愈低，钢包耐火材料中的MgO被酸溶铝还原出的镁就愈多。在钢包炉内(A12O3衬或MgO衬)，渣子的碱度CaO / SiO2从1. 4 h减少到1. 1 h,从耐火材料中还原出的镁和铝都少 3水口堵塞影响因素分析 3.1分离流理论 　 S·道森( Dawson)在水力模型内用氢气泡模拟夹杂物在13 kg和60 kg感应炉内对影响水口堵塞的因素进行了研究，他提出连铸铝镇静钢水口堵塞与水口几何形状、水口交装垂直度以及水口内壁粗糙程度有关，悬浮在钢水中细小的初生脱氧产物颗粒的析出不是通过化学反应或局部温度下降，而是由于流速低的分离流区的存在。此分离流理论说明为什么夹杂物总是聚集在某此区域，也说明这此松散的聚积层不会被高速流动的注流冲走。 　 (1)水口形状对水口堵塞有较影响。 　 (2)水口安装垂直度对水口堵塞也有影响，水口安装位置只要偏离垂，就会引起分离流。 　 (3)水口内壁表面的粗糙程度对水口堵塞也有影响。 　 连铸小方坯水口内壁表面的粗糙高度大于0.7 mm或7 cm内径防护套管的粗糙高度大于0.4 mm就能使分离流区的粘滞层完全消失，从而加速夹杂物在水口内壁表面的堆积。 A12O3-C质防护套管在浇铸数小时后，由于碳被溶解或固态夹杂物逐渐堆积,就能达到大于0.4 mm的粗糙高度。 　 小关( Ozcki)注意到在A12O3一C质防护套管的内壁表面涂上细粒ZrO2涂层可以减少堵塞速度， 　 仓田( Kurata)也观察到浸入式水口内表面的粗糙程度对水口堵塞有影响。 3.2低速流理论 　 钢流在水口断面上的运动速度抛物线分布,靠近水口内表面的钢流速度最小，因而A 12 O3更易沉积在水口内壁黏度很大的熔融玻璃体上。玻璃体的主要组成是:SiO2、MnO、 A12O3 、Fe2O3等A12O3沉积创造了条件。 3.3索拉克(So llac)杂质理论 　 索拉克(S ollac)对石墨-高铝质水口对铝