板坯連鑄開澆非穩(wěn)態(tài)過程控制研究與優(yōu)化

劉海春  李陽  余作朋  趙鐵成  劉占禮  張燕平  郭銀濤  武學(xué)強(qiáng)  王鵬  秦海軍

（河鋼唐鋼不銹鋼公司，唐山，063000）

摘  要：板坯開澆過程的非穩(wěn)態(tài)的主要影響因素有：1）新的中間包；2）覆蓋劑功能形成；3）中間包冶金功能形成；4）拉速波動；5）結(jié)晶器液面波動；6）保護(hù)渣功能形成； 7）結(jié)晶器冶金功能形成等7個方面。對板坯開澆過程中的非穩(wěn)態(tài)的影響因素進(jìn)行跟蹤，對工藝有影響的因素進(jìn)行針對性的優(yōu)化，主要集中在中間包、結(jié)晶器的開澆操作和鑄坯質(zhì)量管控上進(jìn)行優(yōu)化，使開澆非穩(wěn)態(tài)過程中的鑄坯質(zhì)量達(dá)到普通品種的控制水平。

關(guān)鍵詞：開澆；保護(hù)澆注；夾雜；開澆操作優(yōu)化

Quality Optimization During Slab Casting Start

Liuhaichun, Liyang, Yu Zuopeng, Zhao tiecheng, Liu Zhanli,Zhang Yanping,Guo Yintao, Wu Xueqiang, Wang Peng, Qin Haijun

(Tangshan Stainless Steel Co.,Ltd..Converter Workshop, Production Technical Department , Tangshan,Hebei,063105)

Abstract: The main influence factors causing non steady state ofslab casting start process are: 1) new tundish; 2) covering agent function formation; 3) the formation of metallurgy function in tundish; 4) casting speed fluctuation;5) mold level fluctuation; 6) mold powder function formation; 7) the formation of metallurgy function in mold, totally in 7 aspects. Through tracking the factors affecting the non steady state of slab casting start process, it is mainly focused on the optimization of casting operation of tundish and mould and casting quality control the factors affecting the process are optimized,the slab quality in the non steady state during the casting start process can reach the control level that common varieties have achieved.

Key Words: casting start;protection casting;inclusion;optimize operation of casting start

1 前言

不銹鋼有限公司板坯目前由3臺1600mm×200mm規(guī)格板坯連鑄機(jī)，其主要品種中的普通冷軋料、鍍錫板基料、深沖鋼對夾雜物控制要求極高。但是中間包開澆第一爐鋼總是有劇烈的質(zhì)量波動，開澆穩(wěn)定率僅43%，夾雜比例高達(dá)0.28%，頭坯在經(jīng)過熱軋后，表面發(fā)現(xiàn)大量的夾雜缺陷，發(fā)生質(zhì)量降判，造成質(zhì)量損失。其中部分夾雜形貌較大，在熱軋表檢上長度可達(dá)1m，通過電鏡分析，成分含有Ca、Si、Al、Na、Mg等復(fù)合夾雜物成分（見圖1）。對頭坯和穩(wěn)態(tài)鑄坯進(jìn)行大樣電解試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)頭坯內(nèi)的夾雜物總量要大于穩(wěn)態(tài)鑄坯（見圖2）。

本文主要就連鑄機(jī)開澆過程的非穩(wěn)態(tài)影響因素對鑄坯質(zhì)量的影響和對開澆工藝進(jìn)行討論及實(shí)踐。

2 板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)條件

不銹鋼有限公司三臺板坯連鑄機(jī)機(jī)型相同，主要參數(shù)見表1。

表1.連鑄機(jī)參數(shù)

3 開澆過程中主要的非穩(wěn)態(tài)因素

3.1 新的中間包

從鋼水注入新的中間包的過程，是鋼水被污染的過程：1）鋼水從保護(hù)套管出來和空氣接觸氧化；2）鋼水和耐材接觸氧化；3）中間包內(nèi)其他雜質(zhì)卷入鋼水。在生產(chǎn)過程中，由于中間包烘烤不足、中間包腔體內(nèi)清理管理不到位以及氬氣吹掃效果差等問題直接導(dǎo)致新中間包對鋼水的污染增加。

3.2 覆蓋劑功能形成

中間包覆蓋劑的有吸附上浮的夾雜物和杜絕二次氧化，防止空氣中O2、N2進(jìn)入鋼水的作用[1]。開澆過程中覆蓋劑為鋼包開澆后加入，無法發(fā)揮中間包覆蓋劑的功能。

3.3 中間包冶金功能形成

如同鋼包精煉技術(shù)一樣，中間包已經(jīng)成為煉鋼生產(chǎn)流程中一個獨(dú)立的冶煉反應(yīng)器[1]。根據(jù)M.Wolf和Marique等人研究中包冶金功能和中間包重量直接相關(guān)[2]，A.McPherson給出了中間包重量和鋼水潔凈度的對應(yīng)關(guān)系[2]（見圖3），中間包重量越大，氧化鋁簇總面積越小。而開澆過程中間包重量從零開始，不具備應(yīng)有的冶金功能。

波動有關(guān)[2,4]：結(jié)晶器窄面鋼液表面回流引起的穩(wěn)定的卷渣，水口附近的漩渦卷渣，吹氣過程的上升氣泡引起的卷渣，結(jié)晶器窄面鋼液表面回流引起的非穩(wěn)定的卷渣，因?yàn)檠刂�水口方向的壓力差引起的非穩(wěn)定的卷渣。開澆過程，結(jié)晶器從空腔到填充滿鋼水，同時由于拉速變化，開澆過程鋼水氧化套眼等影響，導(dǎo)致結(jié)晶器液面波動。

3.6 保護(hù)渣功能形成

在生產(chǎn)上要求保護(hù)渣在鋼液面上能形成穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)，而且對各渣層的厚度都有一定要求[1]。開澆過程由于結(jié)晶器液面波動，鋼水溫度低等影響，保護(hù)渣的層狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，無法有效發(fā)揮保護(hù)渣功能。

3.7 結(jié)晶器冶金功能形成

對由于中間包注流動能引起的鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的強(qiáng)制對流運(yùn)動有三個要求[1]：不應(yīng)把結(jié)晶器保護(hù)渣卷入鋼水內(nèi)部；注流的穿透深度應(yīng)該有利于夾雜物上�。讳摿鬟\(yùn)動不要對凝固坯殼產(chǎn)生沖刷。開澆過程的變化的浸入式水口側(cè)孔出鋼量，無法保證結(jié)晶器內(nèi)的對流運(yùn)動滿足要求。

4 開澆過程工藝調(diào)查和措施優(yōu)化

4.1 中間包準(zhǔn)備優(yōu)化

使用鎂含量達(dá)到80%以上的干式料做工作層，減少耐材對鋼水的污染[2]。中間包在使用前，使用專用工具對中間包內(nèi)部進(jìn)行清理，杜絕宏觀大雜質(zhì)卷入鋼水；中間包烘烤時間控制到3-4小時，烘烤溫度達(dá)到1100℃以上。烘烤結(jié)束后前5min開始使用中間包包蓋進(jìn)行氬氣吹掃（圖4），吹掃壓力達(dá)到0.6Mpa以上，避免了開澆前中間包腔體內(nèi)的氧化性氣氛。

4.2中間包開澆操作優(yōu)化

大包臂使用低澆注位、鋼包滑板全流開澆，2min內(nèi)鋼水沒過保護(hù)套管下口。鋼包開澆后馬上加入少量覆蓋劑，在中間包液面形成保護(hù)膜。最大限度減少鋼水和空氣接觸的時間。中間包重量達(dá)到工作重量的60%以上，中間包開澆，最大限度增加夾雜無上浮時間，同時保證覆蓋劑有效的鋪展和熔化。

4.3 結(jié)晶器開澆操作優(yōu)化

鋼水沒過側(cè)孔后加入開澆渣，開澆渣融化成紅亮色后加入保護(hù)渣，保證保護(hù)渣的融化效果。使用自動開澆系統(tǒng)，按“快起步慢漲速”原則設(shè)定拉速曲線（見圖5），在鑄坯1.3m到7.8m后的穩(wěn)定工藝，浸入式水口側(cè)孔鋼水加速度為0.02m/s2，結(jié)晶器液面波動穩(wěn)定到±5mm之內(nèi)，有效杜絕了開澆過程的液面波動發(fā)生的卷渣行為。相對平穩(wěn)的結(jié)晶器流場又保證了保護(hù)渣的層狀結(jié)構(gòu)，有效發(fā)揮保證渣功能。

4.4開澆部分連鑄質(zhì)量管控優(yōu)化

無論開澆操作怎么優(yōu)化，開澆頭坯和穩(wěn)態(tài)鑄坯相比，鋼水成分、氧氮控制、夾雜物數(shù)量和種類是有區(qū)別的[5]。經(jīng)過工藝優(yōu)化后，重新進(jìn)行取樣分析，對頭坯甩坯和鑄坯處置進(jìn)行管控優(yōu)化，如表2所示，依據(jù)不同等級產(chǎn)品的質(zhì)量要求，采用不同的頭坯甩坯長度和處置規(guī)則。

表2. 開澆頭坯管控方案

5 效果和應(yīng)用

通過以上措施優(yōu)化，開澆穩(wěn)定率由43%提高到77%，開澆夾雜降級比例由0.28%降低到0.15%。指標(biāo)有了大幅度提高，但是，同時也發(fā)現(xiàn)即使進(jìn)行了優(yōu)化攻關(guān)，開澆質(zhì)量仍有別于穩(wěn)態(tài)鑄坯質(zhì)量，所以非穩(wěn)態(tài)鑄坯識別和處理技術(shù)有重要的應(yīng)用價值。

6 結(jié)論

可以通過優(yōu)化中間包準(zhǔn)備、中間包開澆操作和結(jié)晶器開澆操作來提高頭坯質(zhì)量。

即使進(jìn)行了有效的工藝優(yōu)化，開澆鑄坯質(zhì)量仍區(qū)別于穩(wěn)態(tài)鑄坯質(zhì)量，需要區(qū)分管控。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡開科，程士富.連續(xù)鑄鋼原理和工藝[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2002：179，363，222.

[2] Klaus Wünnenberg,Stuart Millman,Michele Nadif等，IISI Study on clean Steel[M].王新華、郝寧、黃福祥等譯.北京：冶金工業(yè)出版社，2009：46，112，114.

[3] 盧盛意.板坯連鑄拉速變化對鑄坯質(zhì)量的影響[J]. 連鑄，2001（4）：40.

[4] 張寧，雷洪，劉承軍，姜茂發(fā).連鑄結(jié)晶器內(nèi)液面波動及卷渣行為的物理模型研究[J]. 連鑄，2010（1）：30.

[5] 楊文，薛勇強(qiáng)，曹晶，王新華，王萬軍. 低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼頭坯潔凈度研究[J]. 鋼鐵，2011（9）：34.

[6] 蔡開科. 澆注與凝固[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

[7] 朱立光，王碩明，張彩軍等. 現(xiàn)代連鑄工藝與實(shí)踐[M]. 河北：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

[8] 賀道中.連續(xù)鑄鋼[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2007.