38CrMoAl钢水口结瘤机理分析及控制研究

发布时间：2020-04-20 23:51

【摘要】：38CrMoAl钢是一种高级氮化钢,因其具有高硬度、优良的耐磨性及抗腐蚀性,广泛用于机械制造、航空航天及武器等领域。由于连铸相对于模铸在成材率和生产效率方面的优势,近年来国内特钢厂开始采用连铸工艺生产38CrMoAl钢。因此,如何满足高铝钢稳定生产成为了急需解决的问题。本文对钙处理前后的结瘤水口及钢样进行取样检测,对浸入式水口结瘤原因进行分析。通过热力学基本原理计算了钢液冶炼过程中产生的几种主要夹杂物的生成条件,对高铝钢精炼渣系进行了热力学分析。在热力学计算基础上,采用MoSi_2电炉进行实验室小坩埚实验,探究不同LF渣系配比对夹杂物的吸收情况。通过动力学模拟对浸入式水口不同生产条件下结晶器内各钢液流场进行模拟,确定了合适的工艺参数。本文得到的结论如下:(1)通过对不同钙处理工艺的水口结瘤物进行分析后发现,由于38CrMoAl钢中铝含量过高,钢中钙含量无法达到使Al_2O_3夹杂物变性为低熔点12CaO?7Al_2O_3,采用钙处理工艺会生成高熔点的CaO?6Al_2O_3,极易在水口内壁附着、堆积,降低钢水流动性并加剧水口结瘤。(2)热力学计算表明,在冶炼温度下,钢中w(Al)=1.0时,会优先生成Al_2O_3夹杂物,但是在钢液与含MgO的渣系及耐材接触过程中,部分MgO可能会与钢中铝反应,产生一定量镁尖晶石。38CrMoAl钢在精炼工序中,钢中高含量铝极易还原精炼渣中的二氧化硅,从而生成氧化铝,加剧水口结瘤。(3)通过Factsage软件计算及熔点熔速实验,熔渣的低熔点配比区间为CaO=70%~75%,SiO_2=1%~3%,Al_2O_3=6%~8%,MgO=4%~8%,精炼渣开始熔化温度范围在1396~1426℃,半球点温度范围在1421~1442℃,完全熔化温度范围为1436~1456℃。(4)通过精炼实验结果分析,比对各因素水平对钢中夹杂物个数、平均面积、粒径等因素,并综合考虑精炼渣熔化效果和脱硫性能,成分为:CaO=70%,SiO_2=1%,Al_2O_3=6%,MgO=6%,CaF_2=5%的精炼渣精炼效果最好。(5)利用Fluent软件对不同水口结瘤状态及操作参数进行动力学模拟,结果表明:水口浸入深度控制在110mm时结晶器内钢液流场最佳;侧孔结瘤率对结晶器内钢液流场影响最大,随着结瘤程度加大,结晶器内部流场不利于夹杂物上浮,结晶器液面容易产生旋涡,诱发卷渣现象;水口中部结瘤对结晶器内流场影响不明显。
【图文】：

长水口,结构示意图,钢液

数十年的发展，已经较为成熟。目前西方大多全采用连铸工艺进行冶炼，我国的连铸使中间包和结晶器的桥梁，起到运输钢液、调化的作用，其工作状态对连铸工段的生产效及作用最高的水口结构由长水口、浸入式水口及整体水口为采用耐火材料加工成的直管，核心作用中处于良好的密封状态。长水口上端与大包滑吹氩操作对钢液进行保护，可以遏制钢液二壁粘附，，通常使用熔融石英或者铝碳作为主体

水口,结构示意图,铝碳质,连铸生产

CrMoAl 钢水口，此类钢在连铸生产过程至出现浇注中断的情况。该D→CC”工序生产，其标准化学成分如表表 2.1 38CrMoAl 钢化学成分,wt%ab. 2.1 Composition of 38CrMoAl steel, wt%Mn Cr Mo Al .40~0.60 1.40~1.55 0.15~0.20 0.70~1.10 成及结构示意图如图 2.1 所示，其主体材料为铝碳质成，该水口的理化指标要求如表 2.2 所示
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF703

【参考文献】