CN113145811B

CN113145811B - 一种高铝钢调铝装置及使用方法

Info

Publication number: CN113145811B
Application number: CN202110409318.5A
Authority: CN
Inventors: 李德军; 李德刚; 廖相巍; 许孟春; 黄玉平; 康伟; 康磊
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2021-04-16
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2041-04-16
Also published as: CN113145811A

Abstract

本发明涉及一种高铝钢调铝装置及使用方法，包括料仓、化铝容器、铝液输出管道、重力传感器，料仓设置在化铝容器的上方，料仓下方下料口连接有电磁阀，料仓内的铝粒通过电磁阀控制向化铝容器的装料速度及装料量；化铝容器外部固定有感应加热器，可对化铝容器内的铝粒进行加热熔化；化铝容器上部设有气孔，气孔用于向化铝容器内吹入氩气体或氮气；铝液输出管道分为依次连接的铝液输出端、铝液输出连接段、铝液输入端三段，铝液输出端***铝液当中，铝液输出连接段外部缠绕有能够对铝液输出连接段加热的电阻丝；铝液输入端***结晶器内的钢液中。优点是：提高高铝钢洁净度，减少钢液中铝成分波动，减轻铸坯质量不合缺陷率的发生。

Description

一种高铝钢调铝装置及使用方法

技术领域

本发明属于连铸技术领域，尤其涉及一种高铝钢调铝装置及使用方法。

背景技术

高铝钢是在能源、交通、机电、军工等诸多领域需求量比较大的钢种之一，比较典型的钢种有38CrMoAI钢、高铝TRIP钢、10Ni3MnCuAI钢及高铝电工钢等，作为一种以Al为主要合金元素的钢种，其酸溶铝质量分数可达到1％，甚至达到2％以上。目前高铝钢在生产过程中还存在诸多工艺问题待解决。首先，在炼钢生产过程中存在钢水中Al与渣中SiO₂发生氧化还原反应使得钢水中的Al被氧化的问题，导致钢中Si、Al成分难以准确控制；其次，在连铸生产过程中当钢中Al含量大于0.02％时，容易出现中间包水口堵塞，而高铝钢的含铝量是普通铝镇静钢种的几十倍，浸入式水口堵塞倾向更严重，可浇性很低，甚至难以保证正常生产；此外，中间包覆盖剂、结晶器保护渣中的SiO₂与钢水中Al的接触也会发生氧化还原反应，导致钢质和结晶器保护渣性能恶化，进而影响铸坯质量和连铸生产的顺行，甚至引起漏钢等导致断浇的事故。

现有技术中，《特殊钢》杂志2008年(第29卷第4期第41-42页)报道了杭州钢铁集团公司100t EBT电炉连铸工艺生产38CrMoAl高铝钢的技术，该研究通过采用EBT电炉-LF精炼-喂钙线-连铸四步法实现了连浇5炉；《2008年全国炼钢-连铸生产技术会议论文集》报道了辽宁本钢特殊钢连铸38CrMoAl的生产实践，据报道该厂通过采用低SiO₂(SiO₂≤10％)连铸保护渣、塞棒吹氩、选择适宜的结晶器电磁搅拌参数和中间包过热度等措施实现了2炉连浇；《特钢技术》杂志2014年(第20卷第4期第47-48页)报道了苏钢集团苏信特钢有限公司利用100t超高功率直流电弧炉生产38CrMoAl高铝钢，生产中对在LF工位和VD工位的不同调铝工艺进行了研究分析，认为两种调铝工艺都会产生水口堵塞。在上述研究中均采用电炉作为初炼炉，利用电炉的无渣出钢技术控制初炼炉终渣进入钢包，减轻了成分的控制难度。利用电炉的无渣出钢技术控制初炼炉终渣进入钢包，减轻了成分控制难度；为解决钢水可浇性，提高连浇炉数，对钢水进行了喂钙线的夹杂变性处理，以及中间包吹氩等措施；为减少保护渣与钢水的反应导致性能恶化，采用了低SiO₂保护渣。这些措施的应用虽使连浇炉数达到了2-5炉，但用电炉作为初炼炉，其生产成本较高。此外，在钙处理时为获得低熔点7Al₂O₃·12CaO的夹杂，一般要求经钙处理后的钢水中的Ca/Al比值应大于0.08，否则易生成高熔点夹杂，反而降低钢水可浇性，恶化钢质。而对钢水进行钙处理，提高钢水可浇性通常用于含Al量小于0.1％的钢种，对于Al含量大于0.7％的高铝钢基本无法达到这一比值，因此对这类钢进行喂钙线处理是不可取的。

《现代制造技术与装备》杂志2006年(第3期第33-35页)报道称，通过强化钢水终脱氧、采用中间包上水口扩径、结晶器高铝保护渣与结晶器喂铝线工艺，有效地解决了含铝钢在浇注过程中大包水口和中间包水口堵塞这一现象。该方法中钢液中铝含量要求相对高铝钢比较低，通过喂入少量的铝丝就能满足钢种要求，但是对于铝含量要求比较高的钢种通过喂丝的方法是不合适的。首先，铝丝在喂入过程中，铝丝是通过喂丝机射入到钢液当中，其喂入量受铝丝的直径、喂入速度等影响，如果铝丝直径较细，喂入量难以得到保证，如果加粗铝丝直径，在喂入过程中很容易对初生的坯壳造成破坏，导致漏钢；其次，由于大量的喂入固态铝丝，铝丝熔化吸热势必会降低结晶器内钢液流股的温度，同时也容易破坏结晶器内的流场，对结晶器内保护渣的正常使用造成不良影响，进而会恶化连铸坯的质量；最后还有就是通过以铝丝的方式进行喂入，时常会产生喂丝机打滑、卡线等现象，从而无法保证钢中铝含量的成分精准控制，在喂入过程中由于铝线的喂入，也容易造成卷渣和空气的卷入，恶化钢液质量。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高铝钢调铝装置及使用方法，实现高铝钢能够不堵塞水口实现多炉连浇，减少钢中成分波动，尤其是铝的成分波动，提高成分合格率。提高铝的利用效率，降低高铝钢生产成本，减少夹杂物生成，提高钢液洁净度。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种高铝钢调铝装置，包括料仓、化铝容器、铝液输出管道、重力传感器，料仓设置在化铝容器的上方，料仓下方下料口连接有电磁阀，料仓内的铝粒通过电磁阀控制向化铝容器的装料速度及装料量；

化铝容器外部固定有感应加热器，感应加热器用于对化铝容器内的铝粒进行加热熔化；化铝容器上部设有气孔，气孔用于向化铝容器内吹入氩气体或氮气；

铝液输出管道分为依次连接的铝液输出端、铝液输出连接段、铝液输入端三段，铝液输出端***铝液当中，铝液输出连接段外部缠绕有能够对铝液输出连接段加热的电阻丝；铝液输入端***结晶器内的钢液中；

化铝容器底部设有能够实时称量铝液重量的重力传感器。

所述的铝液输出端为耐火材料管道或工作温度在800～950℃的耐高温钢管；铝液输出连接段为耐火材料管道或工作温度在800～950℃的耐高温钢管；铝液输入端为耐火材料管道。

所述的铝液输入端的末端开有椭圆形铝液吐出孔，铝液吐出孔向上且与水平方向有10°～15°的倾角。

所述的铝液输入端在铝液吐出孔侧的管壁进行加厚，其加厚量为30-60mm。

所述的铝液吐出孔与浸入式水口之间的距离为L，浸入式水口的钢液吐出孔中心与铝液吐出孔中心的高度差为H，钢液吐出孔高于铝液吐出孔，L、H的设定与连铸拉速、连铸坯的断面尺寸的关系：

铸坯断面(150～200)mm×(1300～1600)mm，铸坯拉速1.5～2.6m/min，L＝50～150mm，H＝40～100mm；

铸坯断面(150～200)mm×(1600～2000)mm，铸坯拉速1.6～2.4m/min，L＝100～250mm，H＝30～80mm；

铸坯断面(200～250)mm×(1300～1600)mm，铸坯拉速1.2～1.6m/min，L＝120～200mm，H＝25～70mm；

铸坯断面(200～250)mm×(1600～2000)mm，铸坯拉速1.0～1.5m/min，L＝150～300mm，H＝20～60mm；

铸坯断面(250～300)mm×(1300～1600)mm，铸坯拉速0.8～1.2m/min，L＝200～400mm，H＝15～50mm；

铸坯断面(250～300)mm×(1600～2000)mm，铸坯拉速0.65～1.1m/min，L＝250～500mm，H＝10～45mm。

一种高铝钢调铝装置的使用方法，包括以下步骤：

1)打开电磁阀将铝粒从料仓当中放入到化铝容器中，装铝量控制在5～10吨，同时通过气孔向化铝容器内吹入氩气，将其内部原有的空气排出；

2)关闭电磁阀，启动感应加热器对化铝容器内的铝粒进行感应加热处理，加热熔化过程感应加热器的功率控制在300kW～500kW，待铝粒全部熔化后，对铝液继续进行感应加热升温，铝液的过热度控制在30℃～50℃，之后将感应加热器的功率控制在10kW～30kW对铝液进行保温处理；

3)在步骤2)进行的同时启动电阻丝对铝液输出连接段进行预热处理，将铝液输出连接段的管道内部温度控制在不低于500℃；

4)将浸入水口和铝液输入端同时***到结晶器内；

5)打开浸入水口将钢液放入到结晶器中，待钢液淹没浸入水口吐出孔后，向化铝容器内吹入氩气，以增加压力的方式作为动力向结晶器内喷入铝液；

6)喷铝量按铝收得率85％-90％折算；

7)当化铝容器内的铝液量低于总装入量50％时，打开电磁阀，将铝粒从料仓当中放入到化铝容器中，对加入的铝粒进行加热熔化；

8)浇铸作业结束时，待浸入式水口从钢液中脱离后，通过气孔对化铝容器将内部的氩气吸出使其内部呈负压状态，以使残留在铝液输送管道内的铝液回收到化铝容器内，防止残留铝液将输送管道堵塞。

步骤7)与铝液的喷入同时进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用本发明方法，可以解决浇铸含铝钢浸入式水口堵塞这一冶金最大难题，实现高铝钢，特别是超高铝含量(铝含量大于2％)钢种的多炉连浇；

2、杜绝了钢液中酸溶铝与钢包顶渣、中包顶渣以及各环节耐火材料的接触，也减少了铝在钢液中停留时间，能够提高铝的收得率，可将铝的收得率由现有工艺的40％提高至90％以上，能够大幅降低生产成本。以含铝钢1％的钢种为例，原有工艺生产100吨铸坯需要的铝量为2.5吨，采用本方法铝的加入量为1.11吨，可降低生产成本；

3、本发明方法可以提高高铝钢洁净度，减轻因钢液中含有大量氧化铝夹杂而引起的铸坯质量不合缺陷率的发生。能够减少钢液中铝成分波动，提高铸坯成分合格率，同时也能够将铝成分控制在中下限范围内，有力生产成本的降低。

附图说明

图1是高铝钢调铝装置的结构示意图。

图中：1-料仓，2-电磁阀，3-气孔，4-化铝容器，5-感应加热器，6-重力传感器，7-铝液输出端，8-铝液输出连接段，9-电阻丝，10-铝液输入端，11-浸入式水口，12-结晶器，13-钢液吐出孔，14-铝液吐出孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

实施例1

见图1，一种高铝钢调铝装置，包括料仓1、化铝容器4、铝液输出管道、重力传感器6，料仓1设置在化铝容器4的上方，料仓1下方下料口连接有电磁阀2，料仓1内的铝粒通过电磁阀2控制向化铝容器4的装料速度及装料量。化铝容器4底部设有能够实时称量铝液重量的重力传感器6。化铝容器4外部固定有感应加热器5，感应加热器5用于对化铝容器4内的铝粒进行加热熔化；化铝容器4上部设有气孔3，气孔3用于向化铝容器4内吹入氩气或氮气。铝液输出管道分为依次连接的铝液输出端7、铝液输出连接段8、铝液输入端10三段，铝液输出端7***铝液当中，铝液输出连接段8外部缠绕有能够对铝液输出连接段8加热的电阻丝9，防止铝液在初始输送过程中降温冻结在管道内；铝液输入端10***结晶器12内的钢液中；所述的铝液输出端7为耐火材料管道或工作温度在800～950℃的耐高温钢管；铝液输出连接段8，此段由于受现场的空间布置所限，其走向可能比较复杂，因此此段采用耐热的钢管，当然如果走向不复杂也可采用耐火材料管道。铝液输入端10为耐火材料管道。

当装料量达到要求后，启动化铝容器4***的感应加热器5对铝粒进行感应加热熔化，当铝粒全部熔化并达到指定温度后，通过化铝容器4上部的气孔3向化铝容器4内吹入氩气来提高容器内的压力，从而完成铝液在铝液输出管道内的输送。为了精确调整钢液中的铝含量，根据拉速及连铸结晶器12的断面，可以确定单位时间内的出钢量，之后根据出钢量及钢种的铝含量要求，确定单位时间铝液的喷入量，喷入量的控制是通过向化铝容器4吹入氩气来提升内部的压力从而来控制单位时间内向钢液内的喷铝量。

铝液输入端10的末端开有椭圆形铝液吐出孔14，铝液吐出孔14向上且与水平方向有10°～15°的倾角。铝液输入端10在铝液吐出孔14侧的管壁厚度为30-60mm，以增加倾角的导向性和防止铝液的高温冲刷。

在进行铝液喷入过程中，为了尽快能够将铝液与浸入式水口11吐出的钢液充分混合，还要不影响浸入式水口11吐出钢液向上流股的流场，从而确保有足够的热量保证结晶器12内保护渣的正常使用，同时还要使喷出的铝液对向下的钢液流股的冲击具有缓冲作用，使其起到与电磁制动相似作用，促进夹杂物的上浮。吐出孔相对位置的设定非常关键，铝液吐出孔14与浸入式水口11之间的距离为L，浸入式水口11的钢液吐出孔13中心与铝液吐出孔14中心的高度差为H，钢液吐出孔13高于铝液吐出孔14，L、H的设定与连铸拉速、连铸坯的断面尺寸的关系：

一种高铝钢调铝装置的使用方法，包括以下步骤：

1)打开电磁阀2将铝粒从料仓1当中放入到化铝容器4中，装铝量控制在5～10吨，同时通过气孔3向化铝容器4内吹入氩气，将其内部原有的空气排出，防止铝粒熔化过程被氧化；

2)关闭电磁阀2，启动感应加热器5对化铝容器4内的铝粒进行感应加热处理，加热熔化过程感应加热器5的功率控制在300kW～500kW，待铝粒全部熔化后，对铝液继续进行感应加热升温，铝液的过热度控制在30℃～50℃，之后将感应加热器5的功率控制在10kW～30kW对铝液进行保温处理；

3)在步骤2)进行的同时启动电阻丝9对铝液输出连接段8进行预热处理，将铝液输出连接段8的管道内部温度控制在不低于500℃；

4)将浸入水口和铝液输入端10同时***到结晶器12内；铝液吐出孔14与钢液吐出孔13的相对位置，即L和H按照与连铸拉速、连铸坯的断面尺寸的关系进行设定；

5)打开浸入水口将钢液放入到结晶器12中，待钢液淹没浸入水口吐出孔后，向化铝容器4内吹入氩气，以增加压力的方式作为动力向结晶器12内喷入铝液；可根据结晶器12的钢水实际量及钢种的铝含量，来确定初始喷入铝液量；

6)在计算机***中输入铝液过热度、铸坯断面尺寸、拉速、钢种铝含量通过计算机对整个过程进行自动精准控制，喷铝量按铝收得率85％-90％折算；

7)当化铝容器4内的铝液量低于总装入量50％时，打开电磁阀2，将铝粒从料仓1当中放入到化铝容器4中，并按步骤6)中的喷铝量设定值对新加入的铝粒进行加热熔化，这一过程与铝液的喷入同时进行；

8)浇铸作业结束时，待浸入式水口11从钢液中脱离后，通过气孔3对化铝容器4将内部的氩气吸出使其内部呈负压状态，以使残留在铝液输送管道内的铝液回收到化铝容器4内，防止残留铝液将输送管道堵塞。

实施例2

一种高铝钢调铝装置中，铝液吐出孔14向上与水平方向有12°的倾角。铝液吐出孔14侧的管壁进行了加厚处理，其厚度为50mm。其余高铝钢调铝装置结构与实施例1相同。

实施例3

浇铸断面为170mm×1650mm的含铝1.5％的高铝钢，利用实施例2或1的高铝钢调铝装置实现的工艺方法如下：

1)打开下料电磁阀2将铝粒从料仓1当中放入到化铝容器4当中，其装铝量控制在6吨，同时通过气孔3向化铝容器4内吹入氩气，将其内部原有的空气排出，防止铝粒熔化过程被氧化；

2)关闭下料电磁阀2，启动感应加热器5对化铝容器4内的铝粒进行感应加热处理，加热熔化过程感应加热器5的功率控制在350kW，待铝粒全部熔化后，对铝液继续进行感应加热升温将其铝液的过热度控制在35℃，之后将感应加热器5的功率控制在15kW对铝液进行保温处理；

3)在步骤2)进行的同时启动铝液输出连接段8***的电阻丝9对铝液输送通道进行预热处理，将铝液输出连接段8的管道内部温度控制在600℃；

4)将浸入水口和铝液输入端10同时***到结晶器12内，浸入式水口11与铝液输入端10吐出孔侧之间的距离L设定为150mm，铝液吐出孔14要求在浸入式水口11吐出孔之下，浸入式水口11钢液吐出孔13中心与铝液吐出孔14中心的高度H设定为40mm；

5)打开浸入水口将钢液放入到结晶器12中，待钢液淹没浸入水口吐出孔后，结晶器12内钢液量为1.37吨，向化铝容器4内吹入氩气，以增加压力的方式作为动力向结晶器12内喷入铝液，根据结晶器12的钢水量及铝收得率，可确定初始喷入铝液量为24kg；

6)在计算机***中输入铝液过热度为35℃、铸坯断面尺寸170mm×1650mm、拉速1.8m/min、钢种铝含量1.5％，通过计算机对整个过程进行自动精准控制；

7)当化铝容器4内的铝液量低于3吨时，***可以自动打开电磁阀2，将铝粒从料仓1当中放入到化铝容器4当中，并按步骤6)中的设定值对新加入的铝粒进行加热熔化，这一过程可与铝液的喷入同时进行；

8)浇铸作业结束时，待浸入式水口11从钢液中脱离后，通过气孔3对化铝容器4将其内部的氩气吸出使其内部呈负压状态，以使残留在铝液输送管道内的铝液回收到化铝容器4内，防止残留铝液将输送管道堵塞，完成整个钢液加铝调整成分作业。

与原工艺相比，见下表：

	连浇炉数	铝收得率，％	铸坯质量合格率，％
				原工艺	1-2	33.5	81.2
新工艺	8-12	90.4	93.5

。

Claims

1.一种高铝钢调铝装置，其特征在于，包括料仓、化铝容器、铝液输出管道、重力传感器，料仓设置在化铝容器的上方，料仓下方下料口连接有电磁阀，料仓内的铝粒通过电磁阀控制向化铝容器的装料速度及装料量；

化铝容器底部设有能够实时称量铝液重量的重力传感器；

所述的铝液输入端的末端一侧侧壁上开有椭圆形铝液吐出孔，且铝液吐出孔设置在与浸入式水口相邻的一侧，铝液吐出孔向上且与水平方向有10°～15°的倾角；浸入式水口的钢液吐出孔高于铝液吐出孔；所述的铝液输入端在铝液吐出孔侧的管壁进行加厚，管壁厚度为30-60mm。

2.根据权利要求1所述的一种高铝钢调铝装置，其特征在于，所述的铝液输出端为耐火材料管道或工作温度在800~950℃的耐高温钢管；铝液输出连接段为耐火材料管道或工作温度在800~950℃的耐高温钢管；铝液输入端为耐火材料管道。

3.根据权利要求1所述的一种高铝钢调铝装置，其特征在于，所述的铝液吐出孔与浸入式水口之间的距离为L，浸入式水口的钢液吐出孔中心与铝液吐出孔中心的高度差为H，L、H的设定与连铸拉速、连铸坯的断面尺寸的关系：

铸坯断面（150～200）mm×（1300～1600）mm，铸坯拉速1.5～2.6m/min，L=50～150mm，H=40～100mm；

铸坯断面（150～200）mm×（1600～2000）mm，铸坯拉速1.6～2.4m/min，L=100～250mm，H=30～80mm；

铸坯断面（200～250）mm×（1300～1600）mm，铸坯拉速1.2～1.6m/min，L=120～200mm，H=25～70mm；

铸坯断面（200～250）mm×（1600～2000）mm，铸坯拉速1.0～1.5m/min，L=150～300mm，H=20～60mm；

铸坯断面（250～300）mm×（1300～1600）mm，铸坯拉速0.8～1.2m/min，L=200～400mm，H=15～50mm；

铸坯断面（250～300）mm×（1600～2000）mm，铸坯拉速0.65～1.1m/min，L=250～500mm，H=10～45mm。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种高铝钢调铝装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）打开电磁阀将铝粒从料仓当中放入到化铝容器中，装铝量控制在5～10吨，同时通过气孔向化铝容器内吹入氩气，将其内部原有的空气排出；

2）关闭电磁阀，启动感应加热器对化铝容器内的铝粒进行感应加热处理，加热熔化过程感应加热器的功率控制在300kW～500kW，待铝粒全部熔化后，对铝液继续进行感应加热升温，铝液的过热度控制在30℃～50℃，之后将感应加热器的功率控制在10kW～30kW对铝液进行保温处理；

3）在步骤2）进行的同时启动电阻丝对铝液输出连接段进行预热处理，将铝液输出连接段的管道内部温度控制在不低于500℃；

4）将浸入水口和铝液输入端同时***到结晶器内；

5）打开浸入水口将钢液放入到结晶器中，待钢液淹没浸入水口吐出孔后，向化铝容器内吹入氩气，以增加压力的方式作为动力向结晶器内喷入铝液；

6）喷铝量按铝收得率85%-90%折算；

7）当化铝容器内的铝液量低于总装入量50%时，打开电磁阀，将铝粒从料仓当中放入到化铝容器中，对加入的铝粒进行加热熔化；

8）浇铸作业结束时，待浸入式水口从钢液中脱离后，通过气孔将化铝容器内部的氩气吸出使其内部呈负压状态，以使残留在铝液输送管道内的铝液回收到化铝容器内，防止残留铝液将输送管道堵塞。

5.根据权利要求4所述的一种高铝钢调铝装置的使用方法，其特征在于，步骤7）与铝液的喷入同时进行。