螺紋鋼鈦微合金化鋼水可澆性差原因分析與控制實踐

王吾磊，李 海，劉志勇，陳鈺德，徐 雷，趙志江

(蕪湖新興鑄管有限責任公司，安徽 蕪湖 241000)

在HRB400E螺紋鋼生產過程中，需要通過微合金化處理工藝來保證鋼材的性能。鈮、釩、鈦都是微合金化元素，在實際應用中，絕大多數鋼廠使用的是鈮、釩元素，具體采用的合金是釩氮、氮化釩鐵、鈮鐵等，沒有鋼廠使用鈦元素。鋼廠對鈦元素避而遠之，因為鈦元素性質活潑，極易與鋼水中的氧、硫、氮等元素反應，產生大的析出物，致使鋼水黏度大、可澆性差。鈦加入后，還會加大煉鋼工藝控制難度，引起軋鋼產品質量波動，最終限制了鈦微合金化技術的推廣應用。

連鑄水口堵塞是指大塊固態(tài)物質堵住鋼水通道(大罐水口或中包上水口)，造成通鋼量降低，被迫停澆的現象；水口絮流是指在連鑄生產過程中，鋼液中的固態(tài)顆粒附著在大罐水口、中包上水口或浸入式水口內壁，吸附，擴展，占用鋼水通道，造成水口鋼水通鋼量降低，在采用鋼水靜壓力控制拉速中包時直觀反映就是拉速降低，中包臺時產量低，最終導致鋼水得不到及時補足而斷澆或快換浸入式水口的現象[1]。

1 螺紋鋼鈦微合金化生產工藝

1.1 螺紋鋼生產工藝流程

煉鋼廠有兩座120 t頂底復吹轉爐(BOF)+3座120 t爐外精煉爐(LF)+4臺連鑄機。螺紋鋼生產采用工藝流程為：BOF→LF→1#CC(端面尺寸180 mm×180 mm)。轉爐冶煉總周期36 min，此間，BOF轉爐在出鋼過程中按成分目標值下限進行鋼水合金化和頂渣加入作業(yè)，LF精煉爐周期≤25 min，完成成分微調及穩(wěn)定上鋼溫度任務，1#連鑄機為10機10流，大、中包采用浸入式水口保護澆鑄，擁有結晶器液面自動控制設備，冷卻方式為全水冷卻，生產過程中使用快換式中包下水口控制拉速，一般為1.8～2.5 m/min，平均澆鋼時間為20～45 min不等。

1.2 精煉過程鋼中鈦含量控制

煉鋼廠采用精煉過程中對鋼水鈦成分進行控制，鈦目標值：0.008%～0.015%，鈦鐵加入量35～45kg，鈦合金(FeTi3)收得率60%～65%。

2 水口堵塞物形成原因分析

2.1 鋼水溫度低，水口凍結堵塞

由于中間包、水口烘烤溫度不夠或鋼水溫度低使的鋼水流經中包上水口、浸入式水口時鋼水溫降大，達到或低于液相線溫度后鋼水凝結堵塞鋼水通道。這種水口堵塞一旦發(fā)生很難挽救，即便處理，也存在較大風險，多數鋼廠采用提高中包液面(無塞棒中包)來提高鋼水靜壓力實現拉速提高，加快中包鋼水循環(huán)目的或不斷更換上水口、浸入式水口，以達到去除堵塞物、實現鋼水順利澆注目標，但更換上水口操作，尤其是滑道衛(wèi)生未清理干凈或角度不對，容易造成中包包底穿鋼嚴重生產事故，且存在很大安全風險。水口結冷鋼但形成原因并不復雜，主要有以下幾個方面：

教學前教師要明確受眾特點，適當運用教學方法，合理設置教學目標。根據不同學習者的注意特點來安排知識密度，借助科學、系統(tǒng)的方法來增強學生的學習效果和學習效率。對于復雜性內容可以采用直觀教學的方法來幫助學生理解，對于需要記憶的內容可以運用感知規(guī)律來促進知識的有效獲取[4]。

(1)鋼包空置時間長，包襯溫度低，盛鋼后鋼水溫降大。精煉處理時沒有充分考慮此因素，上機后，鋼水溫度下降較快，澆鑄中后期溫度低堵塞水口。

(2)鈦鐵加入時間為第一次斷電取完樣后，第一次加入量35 kg/爐，再次取樣確認鋼水成分后若進行Ti成分微調，需再次送電；

摩擦振動是一種自激振動，其本質是能量的積聚和釋放交替進行的過程。當輪軌間的滑動量達到一定值之后，由于黏著極限的限制，接觸面間將完全喪失傳遞切向力的能力，此時若不降低車輛牽引動力，則會引發(fā)車輪的空轉。動車組的電機通常具有自動調節(jié)作用，借助于其控制回路，黏著的破壞會立即伴隨黏著的恢復。這樣，周而復始，車輛的運行過程實質上是黏著和滑動交替進行的過程。這種由摩擦力變化而引起的切向力傳送的延續(xù)和中斷交替的過程即為輪軌之間的張弛振動。顯然，張弛振動是一種不連續(xù)的自激振動，它源于摩擦的能量儲存和釋放。

(2)精煉處理時溫度計算不準或測溫系統(tǒng)故障，導致出站鋼水溫度低。

(3)澆鑄中的異常狀態(tài)(如迫于正產節(jié)奏或其他設備故障降低拉速)導致澆鑄時間加長。

所用合金檢驗結果顯示(見表2)，鈦鐵合金(FeTi33)中含有約7.3%的Al成分，合金中Al隨合金進入鋼水，見試生產期間鋼水Ti、Al及Ti/Al。

2.2 異物堵塞鋼水通道

鈦微合金化試生產期間，出現中間包浸入式水口絮流事故，連鑄拉速由2.30 m/min降低至1.60 m/min，個別流次拉速低于1.0 m/min。澆鑄過程中鋼水通道被耐火材料、夾雜物、未融化的合金或其他異物堵住鋼水通道。具體情況主要有：

(1)開澆前中包衛(wèi)生為清理到位，中包烘烤過程中包內雜物異常燒結，首爐大包開澆后中包內異物熔化、被沖進水口通道內，導致水口堵塞(見圖1、圖2)。

(2)鋼水罐內的耐火材料脫落或引流沙結塊，進入水口通道。

(3)精煉過程進行合金成分調整，尤其是大量補加合金，未進行送電或鋼包底吹強攪拌操作時，易發(fā)生合金表面包裹難容的氧化物，類似于“鈍化”現象，此類物質隨鋼水進入水口時發(fā)生局部聚集進而堵塞水口。

圖1 水口堵塞物

圖2 中包下水口及浸入式水口堵塞

在6小時內有176例超早期手術。7~24小時手術117例,24小時后手術共57例,其中236例開顱血腫清除。對術前腦疝癥狀及術中腦組織腫脹嚴重,減壓不滿意者行去骨瓣減壓術,破入腦室者通過外引流進入心室,包括單側或雙側腦室外引流共有124例。有94例血腫穿刺抽吸。有22例破入腦室者僅作腦室外引流。

圖3 水口堵塞物SEM圖

表1 水口堵塞物檢驗數據

其次，從數學教學模式來看，教學內容與數學思想、方法相分離。目前不少高職院校數學教學把傳授知識當作唯一內容，使學生只能簡單地學習知識，不能感知相關的數學思想，培養(yǎng)數學精神，豐富數學方法，訓練數學邏輯思維。而蘊涵數學思想方法的教學，伴隨著學生對數學的欣賞，能夠觸及學生的靈魂，在體驗數學美妙的同時產生心靈震撼。

科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。初中學生正處于感性認識上升到理性認識的階段，因此教師在教學中盡量聯系生活原型，從中提煉相似的感性材料，并精心設計問題串，引導學生在逐步構建概念的過程中發(fā)展理性思維。

2.3 絮流物吸附于水口內壁，導致鋼水通道堵塞

中包水口絮流主要有以下因素導致：

(1)螺紋鋼為前精煉工藝，但爐渣仍有一定堿度(二元堿度R>2)，因此對上浮夾雜物仍有一定去除效果，若精煉過程，尤其是中后期補加含硅合金，由于普鋼精煉過程基本未進行脫氧操作，含硅合金氧化后生成的二氧化硅進入爐渣，導致終渣堿度降低，夾雜物去除效果變差，鋼水可澆性也隨之惡化，這也是連鑄出現水口堵塞多發(fā)生在大包澆注后期原因。

(2)螺紋鋼鈦微合金化工藝要求加鈦環(huán)節(jié)為精煉進站加入，若鈦合金加入時機靠后或后期微調鈦合金，鈦合金中殘有的鋁成分進入鋼水，參與鋼水脫氧或合金化，導致鋼中除生成TiO2外，還含有一定量的Al2O3夾雜物，不進行鈣處理或鈣處理后無夾雜物上浮的軟吹時間，導致夾雜物在水口不斷聚集最后造成水口堵塞，鋼水可澆性變差，這也是中包水口出現絮流現象，拉速不是短時間降低，而是有個不斷變化的過程。

將堵塞水口物質(見圖3)進行收集，檢驗結果見表1。

此類水口堵塞是連鑄澆鑄過程中最常發(fā)生的水口堵塞形式，也是較難控制堵塞的形式之一。浸入式水口絮流物呈明顯的三層結構，從外到內分別為堆積狀的Al2O3疏松層，Al2O3致密層和脫碳層。Al2O3致密層和脫碳層是中間包水口耐火材料反應的產物。堆積層狀Al2O3主要是通過吸附鋼水中的夾雜物形成的，是水口絮流的主要原因[2]，如圖4所示。

圖4 水口堵塞物EDS圖

從掃描電鏡檢驗結果分析，Al2O3是水口絮流堵塞的主要成分。

土壤條件是影響農業(yè)生產水平的關鍵因素，近年來農業(yè)部門一直十分重視土壤改良工作。本地耕地中有2/3多屬于中低產田，而這些中低產土壤中又以酸化和鹽漬化為主，土壤肥力出現明顯降低，養(yǎng)分不均衡問題越來越顯著。通過對全市耕地質量的長期定位監(jiān)測表明，耕層有機質含量在20 g/kg以上的耕地面積大約占總監(jiān)測耕地面積的33%，有機質含量在15-20 g/kg之間的耕地面積大約占監(jiān)測面積的占47%，在15 g/kg以下耕地面積占20%左右。尤其是水田，土壤的有機質含量很低，每千克土壤含30 g有機質的水田面積僅有15.3%，低肥力田塊所占的比重較高。

2)澆鑄過程中鋼液的二次氧化

1)精煉中后期加入鈦鐵合金

(4)中包或浸入水口烘烤溫度不夠。主要集中在開澆和換水口時鋼水傳熱過快，水口結冷鋼斷澆。

表2 鋼水w(Ti)、w(Al)及w(Ti)/w(Al)比值

此外，某些研究表明，鈦鐵合金中含有大量的Al2O3，隨合金加入鋼水，若精煉過程對此類夾雜物處理不當，將大大增加連鑄中包水口絮流風險。鐵合金尤其是鈦鐵、硅鐵合金中含有殘余Al元素，生成了高熔點的夾雜物，如不進行鈣處理操作或連鑄過程保護澆注效果不佳，鋼中Al元素二次氧化生成三氧化二鋁次生夾雜物，影響鋼水可澆性，在鋼水澆注過程此類夾雜物在水口內不斷聚集，導致水口堵塞(見圖5)。

圖5 夾雜物的尺寸分布與鋼水w(Ti)/w(Al)比的關系

造成浸入式水口絮流的Al2O3的來源主要為以下幾方面。

精煉過程底吹控制不當造成鋼水裸露，連鑄保護澆鑄效果差，都會導致鋼水二次氧化。從大氣中吸入的氧直接與[Al]反應生成Al2O3，而水口內鋼水與水口壁界面發(fā)生[Al]+(SiO2)=( Al2O3)+[Si]還原反應生成Al2O3。

3)鈣處理效果不佳

在精煉冶煉后期，鋼水出站前，對鋼水進行鈣處理操作。鈣處理對夾雜的變性作用就是通過喂絲機向鋼水喂入一定量的鈣，把熔點高于1 550 ℃的富含Al2O3的鈣鋁酸鹽夾雜改變?yōu)槿埸c低于1 550 ℃、含較多CaO的鈣鋁酸鹽夾雜。若鈣處理工藝執(zhí)行不到位，在向鋼水中加鈣的過程中，隨著鋼水中鈣含量的不斷增加，夾雜物中鈣的含量也在增加，形成的復合夾雜物依次為CA6、CA2、CA、C12A7、C3A(C與A分別代表CaO和Al2O3)。

此外，鈣處理后必須經過足夠的軟吹時間保證夾雜物充分上浮、去除。考慮到螺紋鋼生產周期，經多次試驗驗證，考慮到實際情況，本螺紋鋼鈦微合金化工藝喂入鈣線量控制在30～100 m即可，鈣處理后鋼包軟吹氬攪拌時間≥5 min即可。

3 提高鈦微合金化鋼水可澆性工藝要點及措施

針對以上引起螺紋鋼鈦微合金化鋼水可澆性差原因采取如下措施：

(1)轉爐出鋼過程中加入白灰400 kg、化渣劑50 kg。精煉控制白灰(≤100 kg)、化渣劑(≤50 kg)加入量；

易錯點提示：①注意歧化反應和歸中反應中電子轉移(得失)數目的問題分析,如Na2O2、NO2與 H2O 反應;Cl2與 H2O、NaOH的反應。②注意變價金屬參與的反應,如Fe、Cu與S、Cl2的反應。③注意原電池、電解過程電子的轉移,如電解AgNO3溶液、CuSO4溶液等,分析該類題目時還要注意反應產物、可逆反應以及過量計算問題。

(3)精煉進行合金成分調整時，也要進行送電+鋼包底吹強攪拌操作，而且要求合金調整時機在整個冶煉過程的中前期進行；

黃宗羲的哲學思想，主要是發(fā)揮其師劉宗周之說以評介宋明諸儒，在綜合理學和心學之中又有折中調和蕺山學與陽明學的特點。通過對宋元明三代理學的系統(tǒng)總結，黃宗羲以“心即氣”為樞紐貫通天人，從一氣一理一性到一心，實現了理氣心性的合一以及本體與工夫的合一。黃宗羲“心即氣”、以氣兼理的生態(tài)哲學思想，注重理、氣、心、性、情等概念以及氣質之性與義理之性、本體與工夫等命題間關系的調整，在內容上與西方后現代的深生態(tài)學為近。從“盈天地皆間皆氣”的生態(tài)本體論到“盈天地皆心”的生態(tài)德性論，黃宗羲建構了一個心氣相通、“人與天地萬物為一體”的生態(tài)理論體系，是儒家生態(tài)哲學在本體論階段總結性的一個深化與發(fā)展。

檢驗結果顯示，水口堵塞物成分組成明顯異于精煉終渣，其TiO2含量明顯偏高(精煉終渣TiO2含量一般不超0.5%)。

(4)鈣線喂入量30～100 m/爐(鈣線喂入量應根據鋼水實際Ti、Al含量、精煉實際周期或是否脫氧情況進行調整)且精煉出站前有效軟吹氬時間≥5 min。

(5)根據精煉過程鋼包溫降，調整上機鋼水溫度，一般要求連鑄中包過熱度范圍25～40℃；

(6)加Ti鋼開澆前，連鑄提前更換大水口，要求中包水口內徑≥19 mm，澆鑄過程中不允許降液面。

(7)每5爐測量中包渣層厚度，渣層厚度≥50 mm，即安排中包進行漂渣作業(yè)；

連續(xù)實驗7 d，其間學生可以利用空余時間去觀察生根情況。7 d后，每個實驗小組設計表格，對各自8個燒杯中的大蒜瓣的生根數量進行記錄，進行曲線圖的繪制。小組內或小組間進行交流，總結得失，確定課堂發(fā)言人，并做好課堂發(fā)言的文字準備。

(8)中包保護澆鑄(黑渣面)；

《尋人啟事》發(fā)出的第三天，防疫站的收發(fā)員給張秋送來一封信。張秋接過信一看，信封上沒有寄信人的地址，打開后，從信紙里掉出一把鑰匙和一個掏耳勺兒。信的內容如下：

(9)大包套管加密封墊。

李緒琴，蘇顯渝，陳文靜.基于正交光柵投影的快速調制度測量輪廓術[J].光子學報，2019，48(1)：1212002

4 結 語

(1)導致螺紋鋼鈦微合金化鋼水可澆性變差原因主要為鋼水溫度低，異物堵塞并吸附于水口內壁不斷聚集堵塞鋼水通道。

(2)工藝改進后，采取針對性措施螺紋鋼鈦微合金化鋼水可澆性大大提高，實現穩(wěn)定、連續(xù)生產目標，連澆爐數可達48爐以上。