漢鋼公司保護澆注技術的應用實踐

段少平  趙志雄

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司，漢中  724200）

摘  要：本文主要介紹陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司（以下簡稱“漢鋼公司”）保護澆注應用實踐，闡述了漢鋼公司通過調整侵入式水口的外形尺寸、水口密封效果、侵入式水口的侵入深度和人員操作等措施提高保護澆注的使用效果，從而改善鋼坯的表面和內部質量。

關鍵詞：保護；氧化；密封；水口；保護渣  

1 前言

漢鋼公司目前有2臺八機八流R10m方坯連鑄機，主要生產普碳鋼、低合金鋼及高碳鋼、焊絲鋼等各種斷面的小方坯和矩形坯。自漢鋼公司使用保護澆注以來，侵入式水口壽命低、水口密封效果差、結晶器液面波動大、連鑄坯表面質量差、縮孔、疏松等問題，嚴重影響保護澆注技術的推進工作和高碳鋼、焊絲鋼等鋼種的開發，給公司造成巨大經濟損失；為此漢鋼公司主要從侵入式水口的外形尺寸、密封效果、侵入式水口的侵入深度和人員操作等方面改進。

2 保護澆注應用的意義：

隨著工業技術的不斷進步，人們對鋼材的也日益提高，通過各種爐外精煉的手段從而去除鋼水中的夾雜物和氣體；但精煉后的鋼水成分、溫度都合格的潔凈鋼液，連鑄在澆注的過程中：從鋼包到中間包再到結晶器，與空氣、耐火材料和熔渣相互接觸，仍發生物理化學變化，鋼液會被二次污染鋼液會被二次氧化而再次污染，使精煉前功盡棄；

3 現狀及存在問題：

3.1 漢鋼公司保護澆注的現狀：

（1）鋼包至中間包注流的保護：

大包長水口保護：①為了防止鋼包到中間包的鋼流與空氣接觸，采用帶吹氬溝槽的鋁碳質鋼包長水口，使鋼包長水口與下水口呈嚙合連接，在連接處吹入氬氣，耐火套管的下部伸入中間包的鋼液中，使鋼包到中間包的注流全部密封。

②在鋼包下水口與鋼包長水口之間，放置纖維密封圈，通過機械手調整二者之間的壓力；

（2）中間包至結晶器注流的保護：采用浸入式水口澆注，浸入式水口插入結晶器鋼水液面以下，在澆注過程中，為防止空氣被吸入，在中間包上水口與浸入式水口之間鑲嵌纖維密封墊；特種鋼生產時在上水口下表面上制作氬封環，氬氣通過氬氣孔通入氬封環，氬氣在鋼流周圍形成環形氬氣環，防止空氣進入，防止空氣吸入鋼流二次氧化。

（3）結晶器液面的保護：結晶器液面的保護主要是保護渣。保護渣的主要作用：覆蓋在鋼水的液面，使鋼水與空氣完全隔離，防止鋼水二次氧化；絕熱保溫防止散熱；吸收溶解從鋼水中上浮的夾雜物；結晶器壁與凝固殼之間有一層渣膜起潤滑作用，減少拉坯阻力，從而可以防止凝殼與結晶器壁的粘結；充填坯殼與結晶器之間的氣隙，改善結晶器傳熱。

4 工藝過程的優化：

漢鋼公司在保護澆注使用初期，保護澆注密封效果差，開澆第一爐高熔點的Al2O3化合物造中間包成水口絮流，嚴重者造成生產中斷事故；中間包、結晶器液面波動大，卷渣、結晶器溢漏頻繁；浸入式水口插入深度不合理，鋼水股流對結晶器液面沖擊大，不利于夾雜物的上浮；

4.1 開澆爐次的保護澆注：

漢鋼公司在開發品種鋼期間，使用鋁線脫氧較為頻繁，開澆第一爐中間包內部充滿空氣，與鋼水中氧反應生成Al2O3，造成口絮流堵死，導致生產中斷事故。

為了提高開澆爐次保護澆注效果：（1）中間包開澆前將包蓋與中間包本體用石棉密封；（2）大包開澆前提前10min中間包內充入氬氣，形成氬氣氛圍，減少鋼水和空氣的接觸;（3）鋼包開澆后迅速將鋼包降低至最低位，并且將鋼包滑板全部打開，使鋼水湮沒大包長水口下部100-150mm的深度，減少大包注流和空氣的接觸時間。

經過以上的調整，品種鋼開澆成功率提高了35%.

4.2 提高鋼包、中間包注流的密封效果

大包長水口、浸入式水口隔絕鋼水與空氣的接觸，杜絕鋼水的二次氧化，大包長水口、浸入式水口內徑普遍較鋼水注流偏大，若水口安裝偏斜、密封墊擠壓變形、水口碗部粘鋼等一系列問題將嚴重影響保護澆注的密封效果，鋼包水口與大包長水口、中間包上水口與浸入式水口之間形成壓力差，高速流動的注流猶如壓力泵一般將空氣從密封效果較差部位吸入鋼水液面，形成鋼水的嚴重氧化。

（1）大包注流的保護

① 開澆第一爐迅速提高鋼水注流，減少鋼包注流與空氣的接觸時間；正常爐次長水口在安裝將中間包液面稍低于長水口下口，這樣開澆后長水口內部空氣可以從下口排出，避免空氣在鋼水液面下端上竄事故；

② 大包長水口在安裝時，保證一次安裝成功，避免多次調整、偏斜擠壓密封墊，影響密封效果；

③ 逐爐更換大包長水口密封墊，多數連鑄機為防止大包水口粘鋼，采用氧氣清洗碗部殘鋼，該方法容易將水口碗部燒壞，漢鋼鋼水在碗部使用密封墊，并每爐下線后更換在清理殘鋼同時又保證該處的完整；

（2）中間包注流的密封

① 浸入式水口碗部形狀的調整：連鑄浸入式水口上端為橢圓形，而快換水口為錐形，二者在配合使用過程中空隙較大、密封效果差，并且鋼水在快速流動過程中會吸入大量空氣從而造成部分鋼水的二次氧化（下圖1-1）；

為提高保護澆注的使用效果，決定將浸入式水口上端改為錐形，與快壞水口下端吻合，提高密封效果（下圖1-2）；

② 浸入式水口內徑尺寸調整：連鑄快換水口最大型號為φ18mm，浸入式水口內徑為28mm，內徑尺寸偏差較大，二者之間密封稍有間隙，高速流體的鋼水迅速充入鋼水注流和浸入式水口之間；適當降低浸入式水口的內徑，從而減少鋼水在高速流動過程中吸入空氣，降低鋼水的二次氧化；

③ 調整浸入式水口的插入深度：

浸入式水口插入深度過淺，鋼水流股容易攪拌鋼水液面，造成卷渣事故（圖2-1），浸入式水口插入過深夾雜物沿鋼水流動軌跡浸入凝固鋼坯，不利于結晶器保護渣吸收鋼水內的夾雜物（圖2-2）

另外，結晶器內液面的穩定是保證保護渣在結晶器內均勻熔化和獲得均勻液渣層厚度的先決條件，從而使結晶器壁與坯殼之間渣膜均勻，以保證其均勻傳熱，這樣方能獲得高質量的鑄坯。結晶器內液面波動大時，不僅鑄坯表面和皮下產生大量缺陷，而且可能造成漏鋼事故。

④ 中間包水口對中問題：水口不對中，必然使結晶器鋼液流股產生偏流，引起結晶液面大翻，使鑄坯表面和皮下產生大量夾渣和結晶器內坯殼不均勻，嚴重時可能引起漏鋼事故發生。所以水口對中問題應給予充分注意，否則，難以得到高質量的鑄坯。

4.3 保護渣操作控制：

保護渣的作用：絕熱保溫、防止二次氧化、吸收夾雜物、潤滑和改善傳熱；要發揮保護渣5個方面功能，就必須使添加到結晶器渣粉形成“三層結構”。要形成“三層結構”關鍵是要控制保護渣粉的熔化速度，也就是說，加入到鋼液面的渣粉不要一下子都熔化成液體，而是逐步熔化。為此，保護渣的正確操作在保護澆注的使用起到關鍵作用。

（1）“黑”渣操作

所謂“黑”渣操作，就是連續地加入足夠的保護渣到結晶器內的鋼液面上，以保持保護渣表面總是呈黑色，一般熔融層厚度在8－15mm，粉渣層厚度在30mm－50mm，不宜經常攪拌保護渣層，這樣作只會使粉渣層與熔渣層混合，對保溫和化渣都不利。

（2）開澆的保護渣操作

連鑄剛開澆時，結晶器內鋼液面裸露，散熱比較快。加入保護渣后，又要吸收大量的熱量，鋼液面可能結殼這時要用渣棍輕輕將渣面攪動，探明沒有結殼時，即可以按正常方式加入保護渣。或使用專用的開澆保護渣（發熱型）。注意鋼水淹沒側孔時保護渣方可加入。

（3）“卷渣”和粘連的處理：

一是液面波動比較大，當液面下降時，靠結晶器壁處會出現渣條，渣條一般向結晶器中心倒，如果操作工來不及將渣條撈出來，液面又很快升起，就有可能將渣條卷入，使坯殼表面不均勻冷卻，有漏鋼的危險；

二是保護渣熔融厚度過厚，靠近結晶器的壁處熔渣很快凝固，集中了比較厚的固體層，較厚的固渣層粘在鑄坯表面上，影響鑄坯質量或減慢傳熱速度，影響坯殼厚度，亦會有漏鋼的危險。

出現粘連漏鋼同保護渣質量和操作有關系，也就是說保護渣在某一時刻潤滑不好，坯殼受到拉坯和振動的作用，已形成裂口，鋼水直接接觸到結晶器銅板上，又形成新的坯殼。這樣往復運行，就很易出現漏鋼，當出現粘連時，應立刻采取降低拉速的措施，由于拉速降低可使坯殼的厚度增加。這是防止粘連漏鋼的有效措施。如果多次出現粘連現象，就應檢查保護渣的熔化特性，是否保護渣粘度過大，潤滑不好而產生粘連。

（4）控制結晶器鋼液面的穩定，避免渣條的形成。液面波動過大，會造成液渣流入通道堵塞，潤滑不良導致粘接漏鋼。對保護渣要求足夠的消耗量、穩定及足夠的液渣層厚度、良好的溶解及吸附夾雜物的能力，并在吸附夾雜物以后，仍能保持穩定的使用性能。

5 結束語：

通過使用優化保護澆注工藝后，鑄坯表面和內部質量有了較大程度的提高，抽查連鑄坯低倍樣中心疏松、角部裂紋、中間裂紋等缺陷明顯減少；鑄坯表面質量也有了明顯改善，主要表現在振痕、脫方、縱向凹陷有了較大的減少。

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