非穩(wěn)態(tài)下連鑄水口絮流加劇的原因及改進(jìn)

付強(qiáng)

（河北鑫達(dá)鋼鐵有限公司，遷安市，064400）

摘  要：2009年11月份國(guó)豐一煉鋼120噸生產(chǎn)區(qū)域試制汽車板IF鋼取得階段性成果，在穩(wěn)定執(zhí)行雙聯(lián)工藝鋼水狀況相同的情況下，連鑄非穩(wěn)態(tài)澆注因素會(huì)造成浸入式水口的嚴(yán)重絮流。本文對(duì)影響連鑄澆注工藝操作穩(wěn)定的因素進(jìn)行研究分析，以進(jìn)一步穩(wěn)定連澆過程控制，提高終端產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：絮流；塞棒開口度變化規(guī)律；非穩(wěn)態(tài)澆注因素

Cause and improvement of water flow flocculation in continuous casting at unsteady state

FU Qiang

（Hebei Xinda Steel Co., Ltd.  Qian 'an 064400）

ABSTRACT: In November 2009, the trial production of IF steel for automobile sheet in Guofeng No. 1 steelmaking area reached a stage result. Under the same condition of molten steel in the dual process, the unsteady pouring factors of continuous casting will cause serious flocculation in the submerged nozzle. In order to further stabilize the continuous casting process control and improve the product quality, the factors affecting the operation stability of the continuous casting process are studied and analyzed in this paper.

Key words: floc flow；stopper opening degree change rule； unsteady pouring factor

1 前言

RH處理鋼水連澆水口絮流一直是制約產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)順行的關(guān)鍵因素[1-3]，雖然國(guó)豐第一煉鋼廠自8月份開始采用LD—LF—RH—CC雙聯(lián)工藝，但是并沒有實(shí)現(xiàn)連澆穩(wěn)定生產(chǎn)，本文對(duì)影響此鋼種連鑄澆注工藝操作穩(wěn)定的因素進(jìn)行研究分析，以進(jìn)一步穩(wěn)定連澆過程控制，提高終端產(chǎn)品質(zhì)量。

2 連鑄水口絮流機(jī)理

為了控制鋼中氧含量和進(jìn)行深脫硫，轉(zhuǎn)爐、LF、RH過程要加入大量的脫氧合金對(duì)其進(jìn)行深脫氧使之生成相應(yīng)的氧化物[4-5]。大部分生成氧化物可從鋼液上浮進(jìn)入鋼包渣去除，但是仍有一部分會(huì)以氧化物夾雜的形式殘留于鋼液。在連鑄過程中，當(dāng)鋼液從鋼包進(jìn)入中包或由中包進(jìn)入結(jié)晶器時(shí)，這些氧化物夾雜就會(huì)在水口內(nèi)壁附著、堆積進(jìn)而使水口絮流[6-8]（連鑄水口絮流見圖1）。

觀察換下絮流水口夾雜物，基本上全部為白色氧化物，經(jīng)過化學(xué)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要成分為Al，含量超過73%，說明鋼中AlS與鋼種自由氧反應(yīng)生成AL2O3在澆注過程附著在水口內(nèi)壁造成絮流。80噸板坯鑄機(jī)開發(fā)SPHC過程也發(fā)生過此問題，最后采用精煉鈣處理解決此問題。但是，RH處理鋼種受設(shè)備及工藝方面影響，不具備鈣處理?xiàng)l件，所以只能采取其他途徑。

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤結(jié)合澆注數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：在穩(wěn)定執(zhí)行雙聯(lián)工藝鋼水狀況相同的情況下，連鑄非穩(wěn)態(tài)澆注因素會(huì)造成浸入式水口的嚴(yán)重絮流。

3水口絮流造成關(guān)鍵澆注參數(shù)的改變從而影響產(chǎn)品質(zhì)量

水口嚴(yán)重絮流后塞棒開口度迅速上漲，造成連澆被迫更換水口的非穩(wěn)定澆注狀態(tài)；絮流夾雜物注入結(jié)晶器，造成結(jié)晶器液位大的非穩(wěn)定澆注狀態(tài)。結(jié)晶器液位波動(dòng)與塞棒開口度的瞬時(shí)下降程線性關(guān)系，所以可以通過控制塞棒開口度減少結(jié)晶器液位波動(dòng)。上述兩項(xiàng)澆注情況均會(huì)對(duì)最終的產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，12月10日中山中粵基板廠反饋我公司產(chǎn)品存在夾雜缺陷（見表1）。

表1 MRT2-BA缺陷產(chǎn)品澆注過程跟蹤數(shù)據(jù)

4塞棒開口度變化規(guī)律及實(shí)踐推論

4.1 塞棒開口度變化規(guī)律

涮槽常規(guī)鋼水起步后連澆超低碳鋼開口度上漲8-10mm；起步澆注超低碳鋼開口度上漲4-6mm。說明鈣處理鋼水與非鈣處理鋼水混澆生成新的氧化物夾雜，對(duì)鋼水可澆性造成影響（并且產(chǎn)生2根降級(jí)混澆坯），所以應(yīng)采用RH超低碳鋼起步。正常連澆開口度上漲1-2mm/爐。

因頂渣處理效果差，在每爐澆注后期，開口度易發(fā)生大的波動(dòng)；因鋼包下渣，澆注熱交換坯（混澆鋼水）時(shí)，開口度易發(fā)生大的波動(dòng)；澆次后期水口絮流比較嚴(yán)重，此時(shí)開口度易發(fā)生大的波動(dòng)，造成輕則夾雜物沖下、結(jié)晶器液位大的波動(dòng)，重則更換浸入式水口。

澆次前期控制低拉速澆注狀態(tài)，夾雜物大量在中包水口聚集，當(dāng)拉速波動(dòng)時(shí)，沖入浸入式水口并附著在水口內(nèi)壁，造成開口度上漲幅度大。（見圖2）

4.2 實(shí)踐推論

中包起步受鋼水二次氧化、中包液位波動(dòng)、澆注速度波動(dòng)、澆注模式轉(zhuǎn)換、氬氣調(diào)節(jié)、鋼水過程溫度梯度變化等非穩(wěn)態(tài)澆注因素影響，塞棒開口度上漲幅度比較大。

起步操作穩(wěn)定后，鋼水中的氧化類夾雜物持續(xù)在水口內(nèi)壁附著，隨著澆注時(shí)間的延長(zhǎng)附著物逐漸增多，導(dǎo)致鋼水流通量不夠，此時(shí)塞棒開口度開始上漲，當(dāng)附著物達(dá)到一定數(shù)量并且相互間結(jié)合不緊密的情況下，開始有夾雜物隨鋼液流入結(jié)晶器，造成塞棒開口度和結(jié)晶器液位的異常波動(dòng)，當(dāng)鑄機(jī)產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)澆注因素會(huì)加劇水口的絮流程度。

5 連澆非穩(wěn)態(tài)因素分析及控制措施

5.1 過程溫度控制

過程溫度控制過高會(huì)加劇鋼水的二次氧化，使鋼中夾雜物總量上升影響產(chǎn)品質(zhì)量，并且會(huì)提高煉鋼成本；過程溫度控制過低會(huì)使鋼液中氧化類夾雜物過飽和析出，加劇水口絮流甚至造成水口凍結(jié)，對(duì)穩(wěn)態(tài)澆注造成影響；穩(wěn)定的中包澆注溫度是恒定澆注速度的前提條件。因此鋼包到鑄機(jī)平臺(tái)后，馬上加蓋保溫，鋼包蓋吹氬防止高溫鋼水二次氧化，全工序必須以連鑄為中心，嚴(yán)格執(zhí)行中包目標(biāo)澆注溫度。（現(xiàn)行超低碳鋼過程溫度控制要求見表2）

表2 現(xiàn)行超低碳鋼過程溫度控制要求

實(shí)際生產(chǎn)因鋼水不能及時(shí)供應(yīng)連鑄，低拉速非穩(wěn)態(tài)澆注控制維持連澆，所以應(yīng)適當(dāng)提高澆注溫度，以保證相對(duì)穩(wěn)定的澆注狀態(tài)。（修訂后超低碳鋼過程溫度控制要求見表3）

表3修訂后超低碳鋼過程溫度控制要求

備注：起步待澆時(shí)間控制在10-20分鐘；連澆待澆時(shí)間控制在5-10分鐘。LF、RH、CC測(cè)溫系統(tǒng)偏差大，不能及時(shí)反映工序過程溫度銜接控制情況。品種鋼研發(fā)可以試用品質(zhì)穩(wěn)定的測(cè)溫偶頭，以確定工序過程溫度控制參數(shù)。

5.2 保護(hù)澆注控制

5.2.1 鋼包保護(hù)澆注

鋼包開澆燒氧裸澆、鋼包套管碗部有冷鋼、氬氣調(diào)節(jié)不合理會(huì)影響鋼包保護(hù)澆注效果，會(huì)使鋼液中氧位上升，嚴(yán)重影響成材率及澆注狀態(tài)。所以采用無碳引流砂減少鋼包燒氧操作，嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程每爐次清除鋼包套管碗部冷鋼、合理控制氬氣量。

5.2.2 鋼包下渣

強(qiáng)氧化性鋼包渣進(jìn)入中包，使中包內(nèi)的氧化夾雜急速上升，對(duì)連鑄穩(wěn)態(tài)澆注造成影響，應(yīng)盡量減少下渣量，所以應(yīng)采用“見渣關(guān)包”措施。

5.2.3 中包保護(hù)澆注

中包液面嚴(yán)禁裸露澆注，開澆第一包中包渣較少，所以應(yīng)加入大量覆蓋劑保證液面不裸露。

5.2.4 頂渣處理效果

   RH鋼包頂渣達(dá)不到處理效果，造成鋼包澆注后期鋼水氧位較高，當(dāng)澆注鋼包剩水時(shí)，塞棒開口度上升明顯，所以必須提高頂渣處理效果。

5.3 流場(chǎng)控制

5.3.1 澆注速度控制

由二級(jí)CPC趨勢(shì)圖可以看到，澆注速度的波動(dòng)會(huì)加劇絮流程度（見圖3），因此必須找出最佳澆注周期以確定最佳澆注速度。起步操作穩(wěn)定后將拉速升至最佳澆注速度恒定控制。

5.3.2 中包保護(hù)澆注氬氣調(diào)節(jié)

中包保護(hù)澆注氬氣調(diào)節(jié)不合理會(huì)影響中包水口至結(jié)晶器的流場(chǎng)控制，從而加劇水口絮流程度，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤試驗(yàn)得出：塞棒氬氣采用5NL/min，上水口氬氣采用3NL/min，板間氬氣采用3NL/min正常澆注恒定控制，可以保證連澆穩(wěn)定；

5.3.3 中包液位

增加鋼水在中包的平均停留時(shí)間，穩(wěn)定中包液位可以減緩絮流程度，因此，開澆第一包中包鋼水達(dá)到20噸時(shí)進(jìn)行起步操作；正常澆注中包鋼水重量控制在42±1噸，品種鋼連澆爐數(shù)不大于8爐塞棒可以不更換渣線；連澆鋼包停澆前將中包鋼水重量提升到上限噸位；鋼包開澆如發(fā)生燒氧操作，中包液位不低于35噸，不進(jìn)行降速操作。

5.3.4 澆注模式

手、自動(dòng)澆注模式的轉(zhuǎn)換也會(huì)加劇絮流程度，因此，非換水口、嚴(yán)重絮流澆注狀態(tài)可以采用手動(dòng)模式，其他情況一律采用自動(dòng)模式澆注。

5.3.5 塞棒零位設(shè)置

當(dāng)前澆注RH處理鋼水，連鑄絮流是一種普遍現(xiàn)象，所以應(yīng)將塞棒零位設(shè)置作調(diào)整，盡量推遲更換水口的時(shí)間。經(jīng)實(shí)踐證明塞棒零位設(shè)置為55±2mm可以滿足相對(duì)穩(wěn)態(tài)的澆注。

5.3.6 浸入式水口插入深度

插入深度對(duì)絮流程度沒有明顯的影響，但是當(dāng)前為保證比較穩(wěn)態(tài)的澆注，中包保護(hù)澆注氬氣調(diào)節(jié)偏大，對(duì)結(jié)晶器流場(chǎng)有一定影響，所以可以中上線控制，插入深度150-180mm比較合理。

5.4 生產(chǎn)節(jié)奏控制

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)組織為硬性連接，當(dāng)一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生問題就會(huì)致使全工序生產(chǎn)組織混亂，甚至生產(chǎn)中斷，所以每道工序必須為下道工序生產(chǎn)做充分的準(zhǔn)備，全工序以連鑄的生產(chǎn)節(jié)奏為中心組織生產(chǎn)（見表5）。根據(jù)我廠設(shè)備及工藝生產(chǎn)能力制定上表并對(duì)工藝規(guī)程中澆注速度控制進(jìn)行修訂（見表6）。

表4 工序時(shí)間節(jié)奏控制表

注：轉(zhuǎn)爐、LF、RH處理時(shí)間為冶煉至吊包時(shí)間；輔助時(shí)間包括吊包、坐包及鎮(zhèn)靜時(shí)間。

表5 坯型最佳澆注周期

穩(wěn)定的鋼包凈重、中包溫度、澆注速度才能滿足澆注周期的穩(wěn)定。但是澆注斷面寬度越大，鑄機(jī)目標(biāo)拉速越低，當(dāng)達(dá)到1300mm時(shí)，為保證鋼水的正常連澆，鑄機(jī)目標(biāo)拉速只能采用低拉速澆注狀態(tài)，如果終端產(chǎn)品對(duì)寬度有要求時(shí)，低拉速澆注狀態(tài)的產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)量問題的概率可能會(huì)比較高，所以轉(zhuǎn)爐、LF、RH及輔助在工序時(shí)間控制上應(yīng)進(jìn)一步深挖潛能。

6結(jié)論

（1）鋼水二次氧化和流場(chǎng)波動(dòng)是導(dǎo)致連鑄水口絮流程度加劇的主要原因。此類非穩(wěn)態(tài)澆注操作會(huì)使鋼中夾雜物總量上升，對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。

（2）原工藝條件下連澆4-6爐，更換2只水口，通過對(duì)連鑄水口絮流的原因分析并跟蹤塞棒開口度變化規(guī)律，對(duì)澆注方案工藝操作要點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)化控制，連澆提高到8爐且不需更換水口。

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