連鑄潔凈鋼控制技術(shù)生產(chǎn)實(shí)踐

段少平

（陜西漢中鋼鐵有限責(zé)任公司陜西漢中 724200）

摘  要：連鑄坯中的非金屬夾雜物會(huì)破壞鋼的連續(xù)性和致密性，對(duì)鋼的性能有很大危害。為提高鋼的質(zhì)量，要求生產(chǎn)的鋼越潔凈越好，所以連鑄坯夾雜物控制是衡量一個(gè)連鑄機(jī)工藝的一項(xiàng)重要指標(biāo)，如何控制夾雜物數(shù)量和級(jí)別十分重要。漢鋼公司1#連鑄機(jī)根據(jù)自身生產(chǎn)狀況，從凈化鋼液、去除夾雜物和控制鋼水二次氧化等方面來改善鋼水的潔凈度，經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：夾雜物，保護(hù)澆注，二次氧化，溫度，液面控制

Practice of continuous casting technology

for clean steel production

Duanshaoping

(Hanzhong Iron&Steel Co.,Ltd.of Shan xi Iron&Steel Group Co.,Ltd.County of Mian 724200,Shan xi,China)

Abstract: Slab of non-metallic inclusions would undermine the continuity and compactness of steel on steel performance has greatly harm. To improve the quality of steel, the production of steel requires more clean as possible, so inclusions slab continuous casting machine control is a measure of an important indicator of the process, how to control the number of inclusions and the level is very important. Han gang steel companies 1 # caster according to their production conditions, from the purification of molten steel, to remove inclusions and control and other secondary oxidation of molten steel to improve the cleanliness of molten steel, through production practice has achieved some results.

Key words: Inclusions, Protection casting, Secondary oxidation, Temperature,Liquid level control

1 前言

漢鋼1#連鑄機(jī)是用于生產(chǎn)小方坯（150×150mm）的八機(jī)八流弧形連鑄機(jī)，目前主要生產(chǎn)普碳鋼和低合金鋼，該連鑄機(jī)自2012年2月投產(chǎn)以來，普碳鋼內(nèi)部夾雜嚴(yán)重影響1#連鑄機(jī)的連鑄坯質(zhì)量，給企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)連鑄坯夾雜物問題，煉鋼廠成立攻關(guān)小組，對(duì)1#連鑄機(jī)的夾雜物控制進(jìn)行了深入分析，逐步掌握了產(chǎn)生大面積鋼坯夾雜的原因，通過規(guī)范人員操作、控制夾雜物來源、提高中間包冶金效果和耐材質(zhì)量等措施，有效控制了普碳鋼的夾雜物，提高了鑄坯的潔凈度。

2 連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

漢鋼1#連鑄機(jī)是由中冶連鑄生產(chǎn)的八機(jī)八流弧形連鑄機(jī)，具有生產(chǎn)150～200mm的方坯及Ф210 mm圓坯的生產(chǎn)能力，目前主要用于生產(chǎn)斷面為150×150mm的小方坯，該連鑄機(jī)具體設(shè)備參數(shù)如下表：

2-1連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

3.1 人員操作問題

3.1.1中間包、結(jié)晶器液面不穩(wěn)定，澆注過程卷渣頻繁

生產(chǎn)初期由于人員操作不熟練，澆注過程存在較為嚴(yán)重的漏洞：①結(jié)晶器液面波動(dòng)較大引起坯殼生長(zhǎng)的不均勻，大量的夾雜物也隨之被卷入凝固坯殼；②1#連鑄機(jī)中間包工作層使用鎂質(zhì)干式料，生產(chǎn)初期由于人員操作不熟練、大包水口控流頻繁，中間包液面不平穩(wěn)，加快了鋼水液面對(duì)干式料的沖刷，被沖刷的干式料嚴(yán)重污染鋼水純凈度；

3月份，217870爐次Ⅵ流結(jié)晶器液面控制不穩(wěn)定、波動(dòng)大，液面卷渣，造成鑄坯缺陷明顯。下圖3-1為該爐次高倍試樣：

3-1 鋼坯試樣的高倍圖

3.1.2中間包排渣不及時(shí)

普碳鋼鋼水自身帶渣量較大，連鑄為提高金屬收率，在鋼包水口大面積下渣時(shí)停澆，中間包液面渣層厚度大，最多時(shí)曾達(dá)到250mm，導(dǎo)致嚴(yán)重的工藝事故。

中間包排渣不及時(shí)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①液面覆蓋劑難以吸收中間包內(nèi)鋼水的夾雜物；②正常澆注時(shí)，連鑄正常液面850mm，在換鋼包、等鋼過程中中間包液面降低至550mm，鋼水實(shí)際深度300mm左右，在液面＜300mm時(shí)上水口處形成旋渦，大量夾雜物流入結(jié)晶器凝結(jié)于初生坯殼。

3.1.3結(jié)晶器油與保護(hù)渣混合使用，形成硬度較大夾雜物并且難以撈出

3.2 保護(hù)澆注使用不規(guī)范

保護(hù)澆注密封效果差、浸入式水口浸入深度不合理、水口偏斜等原因，嚴(yán)重影響保護(hù)澆注的使用效果，增加鋼水二次氧化。

3.2.1水口安裝精度差、使用不規(guī)范

①大包長(zhǎng)水口、浸入式水口安裝不對(duì)稱，對(duì)耐火材料內(nèi)壁沖刷較為嚴(yán)重，并且造成浸入式水口與快換水口之間產(chǎn)生間隙，容易吸收空氣，影響保護(hù)澆注的效果。

②1#連鑄機(jī)使用直筒型浸入式水口，水口高度660mm，中包車未使用升降裝置，在結(jié)晶器液面急劇波動(dòng)無形中調(diào)整了浸入式水口的浸入深度，浸入式水口浸入深度過深，高溫鋼水沖刷結(jié)晶器下部坯殼，使坯殼變薄容易漏鋼。同時(shí)夾雜物難以上浮，浸入深度過淺，容易攪動(dòng)結(jié)晶器液面，造成卷渣影響鋼坯質(zhì)量。

3.2.2保護(hù)渣加入不合理

人員操作隨意性較大，保護(hù)渣一次加入量較大，結(jié)晶器液面頻繁露紅鋼水卷渣，影響保護(hù)澆注的效果；撈渣不規(guī)范，生產(chǎn)工習(xí)慣性使用撈渣棍攪動(dòng)結(jié)晶器液面，破壞液渣流入結(jié)晶器銅管與初生坯殼之間。

3.2.3大包長(zhǎng)水口密封效果差

安裝長(zhǎng)水口時(shí)，長(zhǎng)水口與鋼包滑動(dòng)水口若密封不嚴(yán)，水口裝不正， 導(dǎo)致吸入空氣使鋼水二次氧化。又因長(zhǎng)水口內(nèi)孔徑比滑動(dòng)水口內(nèi)孔徑大，鋼水不能充滿內(nèi)孔，這時(shí)在長(zhǎng)水口頂部就形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，就好象一個(gè)氣泵，空氣不斷的從縫隙中被吸入，造成鋼水的二次氧化；保護(hù)澆注使用初期，水口密封效果差，鋼水二次氧化嚴(yán)重，形成大量非金屬夾雜物，沿鋼坯內(nèi)弧分布：

由低倍分析結(jié)果可知，中心疏松為0.5級(jí)，角部裂紋為0.5級(jí)，非金屬夾雜物2.0級(jí)。由此斷定非金屬夾雜物缺陷為影響該鋼坯質(zhì)量的主要因素。

3.3 鋼水溫度高

生產(chǎn)過程中以下狀況會(huì)造成鋼水溫度的升高：（1）澆注過程中堵斷流次數(shù)較多、拉速低澆注周期長(zhǎng)；（2）中間包容量40t、熔池深度1m、流間距1.25m、長(zhǎng)10m；因一個(gè)爐次的澆注周期長(zhǎng)、中間包長(zhǎng)度大，為避免后期的澆注溫度低結(jié)溜和Ⅰ、Ⅷ流形成死區(qū)，所以中間包過熱度控制高。

鋼水溫度過高的危害：（1）鋼包包襯、中間包干式料和浸入式水口等耐火材料侵蝕嚴(yán)重，污染鋼水的純凈度；（2）鋼水過熱度高，初生坯殼內(nèi)外液芯溫差大，增加了鋼坯的裂紋比率和程度，1#機(jī)主要生產(chǎn)普碳鋼和低合金鋼，鋼水過熱度普遍控制30～50℃。

3.4 擋渣墻壽命低，影響夾雜物上浮

中間包是連鑄鋼包與結(jié)晶器間的一個(gè)耐火材料容器。經(jīng)過處理的鋼水可以說是“干凈”了，但澆到中間包又可能再污染。因此，不應(yīng)把中間包看作是簡(jiǎn)單的鋼水過渡容器，而應(yīng)把它看成為一個(gè)連續(xù)的冶金反應(yīng)器，中間包內(nèi)鋼水流動(dòng)速度是不均勻的，尤其是中間包底部區(qū)域存在有不活躍的鋼水停滯區(qū)，夾雜物上浮困難。鋼水在中間包的實(shí)際平均停留時(shí)間要比理論的平均停留時(shí)間要短些。為了充分有效的利用中間包容積，促進(jìn)夾雜物上浮，為此在中間包緩沖區(qū)部位安裝2塊高度為1m的擋渣墻。

然而中間包壽命為33小時(shí)，擋渣墻壽命僅為15小時(shí)，澆次后期夾雜物上浮效果差。

3.5 浸入式水口渣線設(shè)計(jì)不合理、斷裂頻繁

漢鋼采用長(zhǎng)660mm的直筒型浸入式水口，渣線長(zhǎng)100mm安裝于浸入式水口下端，中間包使用過程中無升降裝置，結(jié)晶器液面為手動(dòng)控制波動(dòng)大，液面在上升時(shí)容易侵蝕至渣線以上部位的鋁碳質(zhì)本體，造成水口斷裂。

4 連鑄坯夾雜物控制措施

針對(duì)生產(chǎn)過程中存在的問題，煉鋼廠主要從人員操作、控制夾雜物來源、提高中間包冶金效果和耐材質(zhì)量等方面進(jìn)行整改。

4.1 規(guī)范人員的操作過程

4.1.1提高吹氬效果，促進(jìn)非金屬夾雜物上浮

從轉(zhuǎn)爐出到鋼包的鋼水，在鋼包內(nèi)鋼水成分、溫度分布是不均勻的，并且存在大量的非金屬夾雜物和氣體，通過吹氬在一定程度可以促使非金屬夾雜物和氣體上浮提高鋼水純凈度。

通過長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)決定對(duì)吹氬參數(shù)做出以下調(diào)整：（1）將吹氬時(shí)間由7min改為控制在8～9min；（2）規(guī)范氬氣的壓力和流量：吹氬時(shí)，吹氣壓力和流量的控制應(yīng)以不使鋼水裸露翻騰為原則。

4.1.2穩(wěn)定中間包、結(jié)晶器液面

（1）結(jié)晶器液面控制在±5mm；（2）中間包液面控制：正常澆注過程中液面≥800mm，連鑄的更換鋼包時(shí)液面≥600mm，在鋼水緊張時(shí)中間包液面≥300mm。

4.1.3控制中間包渣層厚度

普碳鋼每6小時(shí)組織排渣，當(dāng)渣層大于100mm時(shí)，提前組織排渣，從而提高中間包覆蓋劑吸附夾雜物的能力，并且避免水口卷渣。

4.2 提高保護(hù)澆注的使用效果，防止鋼水二次氧化

鋼水在澆注過程中二次氧化生成的大顆粒夾雜物，有的上浮、有的可能留在鋼中，成為鋼中夾雜物的重要來源。鋼中大顆粒夾雜物對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量帶來極大的危害，要提高鋼的清潔度，就是要減少鋼中夾雜物，尤其是大顆粒夾雜物，關(guān)鍵是防止在澆注過程中鋼水二次氧化。

4.2.1規(guī)范保護(hù)渣使用

由于保護(hù)渣在保護(hù)澆注的使用過程中起到關(guān)鍵作用，所以對(duì)保護(hù)渣使用提出以下規(guī)范：（1）渣子的加入應(yīng)在開澆基本完成之后才加入（加入后10秒內(nèi)完成套浸入式水口操作）；（2）保護(hù)渣加入應(yīng)少加、勤加、均勻；（3）液面波動(dòng)時(shí)，保護(hù)渣加入應(yīng)在液位上升過程中完成；（4）保護(hù)渣不得加到結(jié)晶器角部處。

4.2.2正確安裝大包長(zhǎng)水口和浸入式水口，提高水口的密封效果

由于大包長(zhǎng)水口、浸入式水口內(nèi)孔徑比滑動(dòng)水口內(nèi)孔徑大，鋼水不能充滿內(nèi)孔，當(dāng)水口裝不對(duì)正或密封不嚴(yán)，又因長(zhǎng)水口這時(shí)在長(zhǎng)水口頂部就形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，就好象一個(gè)氣泵，空氣不斷的從縫隙中被吸入，造成鋼水的二次氧化；

措施：（1）在長(zhǎng)水口與滑動(dòng)水口之間加裝耐火纖維密封圈或金屬環(huán)，并采用惰性氣體氬氣對(duì)注流密封保護(hù)，使長(zhǎng)水口頂部形成正壓區(qū)，將注流與空氣隔絕，減少空氣的吸入量，避免二次氧化。（2）安裝長(zhǎng)水口前，長(zhǎng)水口碗部的粘鋼要及時(shí)清理干凈，上長(zhǎng)水口必須戴正，不能歪斜，否則起不到密封作用，鋼流仍會(huì)被二次氧化。

4.3 控制中間包過熱度

鋼水溫度高加快了耐材侵蝕污染鋼水，并且澆注過程中鋼坯內(nèi)外液芯溫差增加了內(nèi)部裂紋的比率，對(duì)此煉鋼廠主要采取了以下控制措施：（1）鋼包加砌絕熱層，減少包襯散熱損失；（2）紅包出鋼，加快鋼包周轉(zhuǎn)，提高鋼包襯溫度；（3）鋼包表面加碳化稻殼或保溫材料，減少熱損失。（4）鋼包加蓋，使鋼包長(zhǎng)時(shí)間有效保溫，提高鋼包溫度；（5）提高吹氬效果，均勻鋼水溫度，有效避免了同一爐次前中后期中間包溫度不均勻的問題；

經(jīng)過一系列的控制措施，中間包過熱度由30～50℃降低至20～35℃。

4.4 提高中間包冶金效果，促進(jìn)夾雜物上浮

煉鋼廠有效的利用中間包大容量、深熔池，促進(jìn)夾雜物上浮，將原有的鎂質(zhì)擋渣墻改為鋁質(zhì)以提高擋渣墻壽命與中間包同步。消除中間包底部的死區(qū)。改善鋼水流動(dòng)的軌跡，使流動(dòng)沿鋼渣界面流動(dòng)，縮短夾雜物上浮距離，促進(jìn)渣子吸收。

擋墻的使用還能將鋼包注流沖擊所引起的強(qiáng)烈渦流限制在局部區(qū)域，防止紊流擴(kuò)散引起表面波動(dòng)把渣子卷入鋼水內(nèi)部。

4.5 調(diào)整浸入式水口渣線安裝位置

   經(jīng)過長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)研究浸入式水口主要侵蝕部位為水口下端100～130mm處，耐鋼水沖刷的渣線部位安裝于下端0～100mm處，導(dǎo)致水口斷裂，為有效利用氧化鋯材質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，將渣線部位安裝位置上移50mm（如下圖），解決了浸入式水口斷裂的問題。

5 結(jié)語

   通過規(guī)范操作人員，將吹氬時(shí)間控制在8-9min之間，控制氬氣流量與壓力，減少鋼水二次氧化；控制渣層為100mm以上時(shí)，及時(shí)排渣。

   保護(hù)渣的正確使用，做到少加、勤加、均勻加，保證保護(hù)渣不進(jìn)入結(jié)晶器角部處。

控制中間包過熱度，由30-50℃降為20-35℃。

   利用中間包大容量、深熔池，促進(jìn)夾雜物上浮，提高中間包冶金效果。調(diào)整浸入式水口渣線，將渣線位置提高50mm。

   普碳鋼內(nèi)部夾雜的比率從萬噸鋼5.2次，降低到目前的萬噸鋼0.3次，為漢鋼煉鋼廠連鑄機(jī)的達(dá)產(chǎn)達(dá)效做出了貢獻(xiàn)。

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