一种改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法

摘要

本发明涉及一种改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其包括如下步骤：(1)计算钢渣中已有的氧化铝质量，记为m[Al2O3]1；根据钢包在精炼工艺中经过脱碳后的游离氧含量m[O]，计算会产生的氧化铝的质量m[Al2O3]2＝m[O]×102/48；(2)控制精炼处理完毕后CaO和Al2O3的重量比为1.1‑1.2；根据该重量比范围以及CaO重量，计算精炼处理完毕后Al2O3的需要达到的总重量m[Al2O3]；(3)计算在转炉出钢完毕时需要补充加入的Al2O3总重量m[Al2O3]3：m[Al2O3]3＝m[Al2O3]‑m[Al2O3]1‑m[Al2O3]2。本发明在优先确保钢水纯净度条件下，针对钢水纯净度主要技术特征给予具体控制方案措施，从转炉以及精炼出发，在炼钢工序就进行源头上，钢中夹杂物的控制。在此基础上，通过优化连铸电磁搅拌使用方式，提高钢水纯净度。

权利要求

1.一种改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算钢渣中已有的氧化铝质量，记为m[Al2O3]1；根据钢包在精炼工艺中经过脱碳后的游离氧含量m[O]，计算会产生的氧化铝的质量m[Al2O3]2＝m[O]×102/48；

(2)控制精炼处理完毕后CaO和Al2O3的重量比为1.1‑1.2；根据该重量比范围以及CaO重量，计算精炼处理完毕后Al2O3需要达到的总重量m[Al2O3]；

(3)计算在转炉出钢完毕时需要补充加入的Al2O3总重量m[Al2O3]3：m[Al2O3]3＝m[Al2O3]‑m[Al2O3]1‑m[Al2O3]2，所述方法进一步还包括如下步骤：

(4‑1)根据铸机大生产过程中的液面高度设定值，确定实际液面的分布；

(4‑2)根据液面高度，将其分为4‑8个档次，并与对应的板坯进行归并；测试不同档次的液面高度下热轧夹渣的缺陷率；

(4‑3)根据热轧夹渣的缺陷率，确定最佳的液面高度范围；

(4‑4)根据最佳的液面高度范围，在铸机生产板坯过程中，设定结晶器的液面高度。

2.如权利要求1所述的改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其特征在于：脱碳后的游离氧含量m[O]＝总的停吹游离氧含量‑脱碳消耗掉的游离氧含量。

3.如权利要求2所述的改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其特征在于：脱碳消耗掉的游离氧含量＝停吹碳含量×75％×16/12。

4.如权利要求1所述的改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其特征在于：步骤(4‑2)中，根据液面高度，将其分为6个档次，0‑70mm为1档，70‑80mm为2档，80‑90mm为3档，90‑100为4档，100‑110为5档，110mm以上为6档。

5.如权利要求1所述的改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其特征在于：步骤(4‑4)中，最后设定的结晶器的液面高度范围＝最佳的液面高度‑20mm。

说明书

一种改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法

技术领域

[0001] 本发明属于炼钢技术产品的改善领域，特别是改善连铸板坯的质量，具体涉及一种改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法。

背景技术

[0002] 就目前的技术而言，专利申请可以检索出大量的关于电磁搅拌设备、冷却、绕组，也就是说有大量的专利来阐述如何实现电磁搅拌。但是，就某种电磁搅拌设备在固定的结
晶器上，与相对应的精炼出来的钢水，进行铸造过程中，比较适合的结晶器液面设定位置，
也就是电磁搅拌磁场强度施加与结晶器，尤其是结晶器上端的范围，从目前的专利中，很少
给出答案。如专利公开号CN104690242，一种钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制方
法，采用通过连铸跟踪单元组成的双向链表建立连铸动态跟踪模型、实时采集连铸工艺参
数，并计算连铸坯凝固信息。通过当前电磁搅拌位置与最佳电磁搅拌位置的比对，实时计算
凝固末端电磁搅拌器所需位移量。该技术在铸机上，进行理论上的探讨，没有从下工序质量
结果的反馈上给出问题的解决方案。专利公开号CN102554172，一种板坯连铸电磁搅拌器动
态控制方法，一种板坯连铸电磁搅拌器动态控制方法，其特征在于：(1)、通过连铸一级计算
机控制系统对现场连铸生产的钢种、铸坯断面尺寸、钢水温度及拉坯速度进行连续采集，并
将采集的各种实时数据传输给连铸二级计算机；(2)、连铸二级计算机对接收的各种实测数
据进行连续处理，计算出电磁搅拌对应位置处的凝固坯壳厚度。毫无疑问，此种方法，针对
坯壳很多进行电磁搅拌工艺上的改进，其结果也只是在坯壳上进行改进，却没有后工序质
量上的改进。

[0003] 在连铸生产过程中，需要做改善钢水中的纯净度的工作。目前，普遍使用的方法是电磁搅拌，但是电磁搅拌有两个方面的作用：1.加大夹杂物的上浮效率。2.坯壳洗刷，减少
凝固前沿的夹渣减少。但是，由于液面在卷动过程中，加大了保护渣的乳化，导致保护渣的
卷入，会发生保护渣的卷入缺陷发生。尤其是磁场的特点，就是中间强，两端部弱，钢水在在
加大非金属夹杂物的上浮，以及避免保护渣的卷入，需要进行方案的细化与改进。

[0004] 而在使用连铸电磁搅拌前，如何确保钢水纯净度，应该是技术的前提条件。

发明内容

[0005] 为解决现有技术中存在的问题，本发明在优先确保钢水纯净度条件下，针对钢水纯净度主要技术特征给予具体控制方案措施，在此具体方案之后，再利用大数据的趋势性，
给出电磁搅拌的工艺最佳参数路径。

[0006] 从转炉以及精炼出发，在炼钢工序就进行源头上，钢中夹杂物的控制。在此基础上，通过优化连铸电磁搅拌使用方式，提高钢水纯净度。

[0007] 为了说明技术方案，我们有必要将炼钢、精炼与连铸的过程进行简单的回顾与了解，钢水中夹杂物(氧化铝型)主要生成特点及工序流程图见图1。转炉炼钢，精炼处理进行
温度调整和合金化。到炼钢厂连铸是最后一个工序，完成从液体到固态的转变。在连铸过程
中，钢水是在结晶器完成凝固的。

[0008] 从图1中，可以看出，为了控制钢水中氧化铝类型的夹杂物，按照四道工序，从转炉、精炼、连铸中间包、连铸结晶器(MD，mould简称MD)，在这几个过程中，为了充分提高在第
四道工序，结晶器内进行搅拌效果，需要在前二道工序进行精准的控制。

[0009] 从图1可以看出，氧化铝在炼钢过程中，有的是内生产物，有的是外加产物。在炼钢过程中，首先是转炉冶炼过程，转炉冶炼完毕后转炉内部是高碱度的熔渣。这个熔渣一般
CaO在45％，Al2O3在2％。而在转炉冶炼完毕后，这些熔渣将会被钢水带出到大包。而钢水在
后续处理过程中，最终脱氧后，需要生产Al2O3。

[0010] 所以，核心的问题是如何来保证生产的Al2O3充分上浮，减少Al2O3在钢水中的沉积。根据CaO‑Al2O3的相图，本发明研究发现将CaO/Al2O3的重量比例控制在1.1‑1.2之间最
为合适这样可以保证CaO‑Al2O3生成低熔点的产物。如何来保证CaO/Al2O3的重量比例，是从
转炉应该考虑的事情。也是在连铸前，为了获得高质量的钢水的前提条件。

[0011] 本发明提供了一种改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其包括如下步骤：

[0012] (1)计算钢渣中已有的氧化铝质量，记为m[Al2O3]1；根据钢包在精炼工艺中经过脱碳后的游离氧含量m[O]，计算会产生的氧化铝的质量m[Al2O3]2＝m[O]×102/48；

[0013] (2)控制精炼处理完毕后CaO和Al2O3的重量比为1.1‑1.2；根据该重量比范围以及CaO重量，计算精炼处理完毕后Al2O3的需要达到的总重量m[Al2O3]；

[0014] (3)计算在转炉出钢完毕时需要补充加入的Al2O3总重量m[Al2O3]3：m[Al2O3]3＝m[Al2O3]‑m[Al2O3]1‑m[Al2O3]2。

[0015] 具体来说，

[0016] 转炉工序中，此工序完成冶炼，将铁水升温到达钢水的水平，但是钢水中的氧化性，以及出钢不可避免有转炉下渣发生。根据一般生产过程中的情况研究，转炉下渣量在
1100‑1900Kg左右，为了辅助少下工序生产的氧化铝，生成低熔点复合物，本发明在转炉出
钢完毕后加入高纯氧化铝，加入后的转炉出钢渣CaO/Al2O3的质量比为1.1‑1.2之间。

[0017] 精炼工序中，完成钢水中氧的去除，通常可以由钢水中的停吹碳来带走一部分，停吹碳中的约25％用于钢水的耐材及辅料脱氧，余下的约75％与钢水中的游离氧进行脱碳，
其脱碳反应式如下(1)式，

[0018] C+O＝CO  (1)

[0019] 则脱碳消耗掉的游离氧含量＝停吹碳含量×75％×16/12，则脱碳后的游离氧含量＝总的停吹游离氧含量‑脱碳消耗掉的游离氧含量。

[0020] 步骤(1)中产生氧化铝的原因是，钢水中的游离氧需要额外的加入金属铝来去除，则根据反应式(2)，计算会产生的氧化铝的质量m[Al2O3]1＝m[O]×102/48；

[0021] 4Al+3O2＝2Al2O3  (2)

[0022] 在保证了CaO/Al2O3重量比后，钢水的纯净度就已经可以保证了，但是由于钢水里面夹杂物不能保证全部被钢包顶渣吸附，而不少夹杂物进入钢水里面，比如钢包壁，中间包
覆盖剂，中间包涂料侵蚀熔损等，所以还可以从连铸结晶器电磁搅拌的角度进行工艺的优
化改进。

[0023] 在上述方法进行渣的改进后，已经可以保证大包顶渣，对钢水中夹杂物吸附的能力，再相当程度上减少了钢水中的夹杂物以后，在此基础上，再利用MD内，辅以合适的电磁
搅拌工艺，将流入到结晶器内的钢水内部的夹杂物再次充分搅拌后上浮。

[0024] 为了防止钢水氧化，以及温降过大，需要加入保护渣进行绝热保温。但是保护渣在钢水表面，会由于电磁搅拌的作用而发生被凝固的坯壳所捕获。对于不同的铸机，不同的电
磁搅拌设备，需要在一段时间的生产后，进行优化。由于大部分磁场是几对极的电磁组绕
组，在交流电的作用下，交替产生磁场，使得作用到液面的作用力推动液面进行旋转运动，
起到搅拌作用。但是，由于磁力线是需要闭合的，所以在绕组的两端电磁场最弱，绕组的中
间电磁场最强。所以，在结晶器在生产铸钢过程中，如何设定液面，根据液面高度来合理利
用磁场强度，达到既可以完成夹杂物的搅拌和避免液面的过分搅拌导致的后工序的质量问
题，尤其是保护渣卷入到问题。

[0025] 因此，所述改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，进一步还包括如下步骤：

[0026] (4‑1)根据某铸机大生产过程中的液面高度设定值，确定实际液面的分布；

[0027] (4‑2)根据液面高度，将其分为4‑8个档次，并与对应的板坯进行归并；测试不同档次的液面高度下热轧夹渣的缺陷率；

[0028] (4‑3)根据热轧夹渣的缺陷率，确定最佳的液面高度范围；

[0029] (4‑4)根据最佳的液面高度范围，在铸机生产板坯过程中，设定结晶器的液面高度范围。

[0030] 优选地，步骤(4‑2)中，根据液面高度，将其分为6个档次，0‑70mm为1档，70‑80mm为2档，80‑90mm为3档，90‑100为4档，100‑110为5档，110mm以上为6档。

[0031] 优选地，步骤(4‑4)中最后设定的结晶器的液面高度范围＝最佳的液面高度‑20mm。

[0032] 有益效果

[0033] 本发明在保证前工序供应的钢水得到一定程度上保证基础上，再辅以改善电磁搅拌板坯热轧质量的方案，可广泛使用于钢铁生产的工序，减少铸坯质量缺陷，提高板坯质
量。

附图说明

[0034] 图1为钢水中夹杂物(氧化铝型)主要生成特点及工序流程图；

[0035] 图2为具体实施方式中步骤(4‑1)实际液面高度的分布图；

[0036] 图3为具体实施方式中步骤(4‑2)热轧夹渣的缺陷率分布图。

具体实施方式

[0037] 一批300吨钢包，转炉停吹信息如下：停吹游离氧691ppm，停吹碳400ppm，根据转炉下渣量1500kg，转炉停吹渣组成如下：

[0038] 表1转炉停吹渣组成(重量％)

[0039] CaO Al2O3 MgO FeO SiO2 MnO 杂质46.8 2.1 8.1 20.0 12.6 3.9 余量

[0040] 注：生产过程中，分析成分总计不到100，主要有不可控成分，比如烧失量，灰尘。

[0041] 精炼工序中，完成钢水中氧的去除，由钢水中的停吹碳来带走一部分，停吹碳中的约25％(100ppm)用于钢水的耐材及辅料脱氧，余下的约75％(300ppm)与钢水中的游离氧进
行脱碳，其脱碳反应式如下(1)式，

[0042] C+O＝CO  (1)

[0043] 则脱碳消耗掉的游离氧重量＝300ppm×16/12＝400ppm，则脱碳后的游离氧含量＝总的停吹游离氧含量‑脱碳消耗掉的游离氧含量＝691ppm‑400ppm＝291ppm。

[0044] 300吨钢包中游离氧的重量为291×10‑4×3×103kg＝87.3kg。

[0045] 按照本发明所述的改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，其包括如下步骤：

[0046] (1)计算钢渣中已有的氧化铝质量，记为m[Al2O3]1＝2.1％×1500kg＝31.5kg；根据钢包在精炼工艺中经过脱碳后的游离氧含量m[O]，计算会产生的氧化铝的质量m[Al2O3]2
＝m[O]×102/48＝102/48×87.3kg＝185kg；

[0047] (2)根据表1中的各组分含量，计算在精炼处理完毕后，CaO的重量为46.8％×1500kg＝702kg；控制精炼处理完毕后CaO和Al2O3的重量比为1.1‑1.2；即计算精炼处理完毕
后Al2O3的需要达到的总重量m[Al2O3]＝585～638kg；

[0048] (3)计算在转炉出钢完毕时需要补充加入的Al2O3总重量m[Al2O3]3：m[Al2O3]3＝m[Al2O3]‑m[Al2O3]1‑m[Al2O3]2。因此需要补充加入的Al2O3总重量m[Al2O3]3为368.5～
421.5kg。

[0049] 以上为在冶炼工序为钢水的纯净度给予良好的基础。

[0050] 更进一步地，本发明所述改善电磁搅拌板坯热轧质量的方法，还包括如下步骤：

[0051] (4‑1)根据某铸机大生产过程中的液面高度设定值，找出实际液面高度的分布图，如图2所示。有两处极大值，中间高度差大约20mm是调整渣线后的液面，也就是从低向高调
整。由于液面调整前后，电磁场所作用的范围将发生变化，将导致电磁搅拌效果发生改变。

[0052] (4‑2)根据液面高度，进行划分液面档次，共分为6个档次，并与对应的板坯进行归并：0‑70mm为1档，70‑80mm为2档，80‑90mm为3档，90‑100为4档，100‑110为5档，110mm以上为
6档。

[0053] 利用热轧工序的实际板坯质量缺陷情况，根据液面实际高度进行档次计算热轧夹渣的缺陷率，结果见图3。

[0054] (4‑3)根据热轧夹渣的缺陷率，找到最佳的液面高度范围。我们从图3中，可以看到，液面高度在网上调整过程中，在80‑90mm及90‑100mm这两个档次的热轧封锁的比率最
低。

[0055] (4‑4)根据最佳的液面范围，在铸机生产板坯过程中，设定结晶器的液面高度范围。目前1930电磁搅拌线圈高度为214mm，电磁场强度在中间最强，搅拌力度最大。搅拌作用
主要是针对钢水中细小的夹杂物，但是如果完全沉浸在电磁场作用最强的范围内，将带来
强搅拌引发的液面波动大的问题。目前我们在调整液面高度的时候，从低往高调整，一般从
75mm的液面高度，调整20mm到95mm，这样可以避免浸入式水口的的侵蚀断裂。但是，由于中
间包在使用过程中，一般都是前几炉为主要生产炉次，液面放的比较低，电磁搅拌波动比较
大。经过数据统计发现，如果液面放在70‑80mm，热轧封锁为2.45％‑2.50％，如果放在90‑
100mm，热轧封锁为2.17％‑2.3％。

[0056] 所以经过上述分析及优化，我们将液面设定在，开浇在70‑80mm(比如75mm)，后续调整时候加20mm到90‑100mm(比如95mm)。