[发明专利]Ti稳定不锈钢板坯的连铸方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ti稳定不锈钢板坯的连铸方法及其装置。

背景技术

不锈钢成分设计中往往需要加入了一定比例的Ti元素，该类不锈钢被称为Ti稳定不锈钢。加入Ti的原因在于：在不锈钢生产过程中，随着温度的下降，钢中碳、氮元素集中析出，并在晶粒边界富集并和Cr元素结合，晶粒边界出现“Cr贫化”现象，使不锈钢制品出现晶界腐蚀，严重影响不锈钢产品使用性能。因此，必须加入一定含量的Ti元素，Ti元素在优先和C、N元素结合后，保护了Cr元素的稳定，消除了晶界腐蚀现象。

从现有技术看，钢铁企业工业化生产Ti稳定不锈钢，如图1所示，为现有技术Ti稳定不锈钢板坯的连铸工艺图，其基本工艺为：(1)钢液精炼(2)钢液镇静(3)钢包开浇(4)中间包通过浸入式水口开浇(5)结晶器浇注。具体的，钢液精炼：钢液在钢包内先进行精炼；钢液镇静：进行钢液静置镇静步骤；钢包开浇：将钢包由行车吊运至浇注平台，在钢包到达中间包上方后，操作工在钢包水口下方套上长水口，然后打开钢包水口，钢液经长水口流入中间包；中间包通过浸入式水口开浇：流入中间包的钢液经过塞棒调节流量流入浸入式水口并到达结晶器；结晶器浇注：在结晶器内液态钢液形成了固态坯壳包裹液态钢液的形式，结晶器的形状和尺寸保证了坯壳的宽度和厚度，出结晶器后，坯壳包裹的钢液逐步凝固，并按要求切割，形成长条的块状板坯。其中加Ti元素合金的步骤，通常是在钢液精炼步骤结束后，通过喂丝或合金块方式在钢包中予以加入，再进入钢液镇静步骤。

然而，由于Ti元素是一种非常活跃的元素，采用在钢包中加入Ti元素的方式，将严重影响生产的稳定和产品的质量，如图2所示，现有技术Ti稳定不锈钢板坯连铸中Ti元素反应路线图。具体阐述如下：

(1)置换反应产生TiO。Ti元素加入钢包后还将经过大约80分钟才能被浇注成固体板坯，其中传搁时间约20分钟，浇注时间约60分钟，所以Ti元素有足够时间和钢液中其它氧化物发生置换反应，形成TiO夹杂，如置换反应方程式①和②所示，在连铸浇注过程中TiO堵塞水口，造成浇注异常中断；或者在浇注过程中由于大量TiO夹杂被保护渣吸收，使保护渣变性，板坯表面质量急剧恶化，严重的造成板坯报废：

①：MnO+Ti＝TiO+Mn

②：SiO+Ti＝TiO+Si

(2)二次氧化反应产生TiO和TiN。在钢包内加入Ti元素后，钢液在浇注过程中，需要经过钢包长水口到中间包，再从中间包经过浸入式水口，最终在结晶器内形成板坯。整个过程中钢流有多个点容易吸入空气导致二次氧化，Ti元素和空气中O₂和N₂发生反应，形成TiO、TiN夹杂，如二次氧化反应方程式③和④所示，也会在浇注过程中堵塞水口，造成浇注中断，或者在浇注过程中由于大量TiO、TiN夹杂被保护渣吸收，使保护渣变性，板坯表面质量急剧恶化，严重的造成板坯报废。

③：Ti+O＝TiO

④：Ti+N＝TiN

在整个不锈钢板坯的制备过程中，Ti元素在钢液中发生反应、形成TiO、TiN夹杂。

由上可见，Ti稳定不锈钢生产中主要存在两个难题，第一为连铸过程中中间包水口的堵塞；第二为连铸板坯的表面质量劣化，使Ti稳定不锈钢的连铸可浇性和连铸生产经济性明显下降。

中国发明专利申请公开说明书CN1363439A公开了一种连铸中间包喂稀土丝工艺，利用向中间包喂入稀土丝的方法避免了含稀土钢液在钢包内发生化学反应的可能。但该方案中，中间包内含稀土钢液仍可能在中间包向浸入式水口流动时受到二次氧化的威胁，无法避免稀土氧化物的产生，从而影响浇注。

中国发明专利申请公开说明书CN1824428A公开了一种从中间包塞棒顶部喂入稀土丝的方法，同样可以避免了含稀土钢液发生在钢包内发生化学反应的可能，但从实际操作看，由于塞棒头部位于中间包钢液内，稀土丝出塞棒头部后大部分随钢流直接进入结晶器，但仍有部分钢液停留在中间包内，中间包内含稀土钢液仍可能在由中间包浸入浸入式水口时受到二次氧化的威胁，无法避免稀土氧化物的产生，从而影响浇注。

上述技术均无法解决钢液从钢包到中间包、从中间包到结晶器过程中稀土污染钢液、影响连铸过程顺行的问题、且不涉及化学性质更为活泼的Ti元素加入方法。因此，非常有必要开发一种Ti稳定不锈钢的制备方法及其装置，以期望减少Ti在钢液中发生置换反应和二次氧化反应的几率，降低含Ti不锈钢生产难度。

发明内容