小方坯提高含鋁鋼可澆性措施的研究

溫日春、劉營、李劍華、吳博

摘要 為了提高含鋁鋼的可澆性，通過改進精煉造渣技術，出鋼脫氧技術、夾雜物吸附技術和連鑄過程加強崗位操作、優(yōu)化核心設備維護、改進塞棒質量等一系列的改進、優(yōu)化措施，工藝試驗結果表明，鑄坯表面質量優(yōu)良，改進后的的塞棒侵蝕相對較小，連鑄含鋁鋼連澆爐數(shù)達到25爐以上。

關鍵詞：含鋁鋼  可澆性  絮流物  堵塞  措施

1含鋁鋼澆注過程水口堵塞情況

某鋼廠120t轉爐主要生產(chǎn)冷墩鋼和焊線、焊絲鋼，其中冷墩鋼的訂單逐步上升，但生產(chǎn)冷墩鋼的的可澆性很不理想，冶煉、精煉為了提高鋼水可澆性通常喂800-1000m鈣線，導致連鑄塞桿使用壽命降低，連澆爐數(shù)從15爐降到11爐。同時冷墩鋼本身為含鋁鋼，在連鑄過程中，中間包上水口、塞棒頭部附近極易沉積高熔點Al₂O₃和CaO·6Al₂O₃系絡合物的產(chǎn)生，出現(xiàn)塞棒關不嚴、鋼水不愛下流，導致結晶器液面出現(xiàn)控流不穩(wěn)的現(xiàn)象，最終被迫停澆，嚴重制約著生產(chǎn)成本和產(chǎn)量提升。

2水口堵塞物成分分析

該鋼廠連鑄生產(chǎn)的含鋁鋼連澆爐數(shù)在15爐左右，其中對鋼水流動性差的爐次，取其浸入式水口絮流物，對其進行取樣化驗分析，堵塞水口的主要物質為Al₂O₃，同時混有CaO·6Al₂O₃、CaO·2Al₂O₃。該澆次開澆10 min左右，中包塞棒就開始上漲，水口出現(xiàn)堵塞，上漲到一定程度，結晶器液面出現(xiàn)控流不穩(wěn)的現(xiàn)象，被迫停澆。取該澆次停澆中包水口，砸開后發(fā)現(xiàn)，水口內壁附著一層白色的物質，厚度約2mm，嚴重影響了鋼水在水口內的流動。觀察堵塞物的富集區(qū)發(fā)現(xiàn)，堵塞物一般富集在中包水口上口的碗部區(qū)域或渣線以下出口區(qū)域。刮取白色物質，如下圖水口結瘤物做能譜檢驗，結果如下：

圖1   圖（3）結瘤物及能譜圖顯示結果

能譜分析結果顯示，呈灰白色部分含有O、C、Ca、Si、Al、Na、Mg、S等元素。

進一步驗證了含鋁鋼的特性，因此根據(jù)含鋁鋼的特性制定合理的解決方案是解決含鋁鋼可澆性的有效措施。

3中包水口堵塞的原因及提高含鋁鋼可澆性的措施

  通常澆鑄含鋁鋼時若密封保護不當，鋼水內的Al與O結合形成高熔點的Al₂O₃等夾雜物，在塞棒頭部以及上水口碗部聚集大量的難溶夾雜物，導致塞棒控流難，上水口絮流，結晶器液面波動大，進而引起不愛下流被迫停澆，因此根據(jù)含鋁鋼的特性可以從冶煉及連鑄的工藝性質，研究以下措施來提高含鋁鋼的可澆性及連澆爐數(shù)：

3.1改進精煉造渣技術，出鋼脫氧技術、夾雜物吸附技術提高鋼水的可澆性

為了加快精煉成渣速度，提供足夠的脫S和吸附夾雜時間，采用出鋼渣洗是一個較好的方案,出鋼時先加入C粉脫O，再加入合金，最后加入Al脫O，出鋼過程隨合金加入精煉渣和活性小粒石灰，使LF處理初期就能很快形成白渣，白渣形成后鋼中S得到有效的去除，成分和溫度命中后精煉工藝就可以轉入軟吹 Ar階段。為了獲得上述含鋁鋼精煉終渣成分，需要向鋼包中加入含CaO、Al₂O₃的造渣材料。根據(jù)鋼水O和脫氧劑用量估算出生成的脫氧產(chǎn)物數(shù)量，并在統(tǒng)計轉爐下渣量基礎上，按終渣總量和成分要求可粗略計算出各種造渣材料用量，經(jīng)過取樣分析、修正，就能得到合理的造渣材料用量及配比。

另外，有效利用從連鑄回轉臺下來的熱態(tài)精煉渣，可減少造渣料的加入，降低因渣料熔化帶來的熱態(tài)精煉渣循環(huán)量損失，縮短精煉的化渣時間,出鋼過程加入精煉渣 2-4kg/t，石灰由原來的5kg/t減少到2kg/t大包澆鑄結束后將循環(huán)渣直接倒入精煉等待位的鋼包里，進站后測量渣層厚度，按爐渣總量和成分要求計算需要補加的造渣材料用量，根據(jù)計算結果向鋼包中加入含CaO、Al₂O₃的造渣材料，不再加入螢石，其它工藝不變。造渣制度優(yōu)化后，LF處理初期就能很快形成白渣，精煉過程白渣平均保持時間較改進前增加了3min，造渣制度優(yōu)化后，平均軟吹Ar時間提高了2min。優(yōu)化精煉渣組成和改進造渣制度后，鋼包渣結塊現(xiàn)象消失，脫S率提高了12.17% ,由圖2可看出，優(yōu)化后鋼水可澆性得到明顯改善。

3.2連鑄過程加強崗位操作、優(yōu)化核心設備維護、改進塞棒質量

（1）加強崗位操作責任心，提高處理事故的能力，減少或杜絕生產(chǎn)事故造成的敞流澆鑄，因某種原因如果非要敞流澆鑄，要抓緊時間處理事故減少敞流澆鑄時間。同時使用優(yōu)質引流劑，提高連鑄鋼包自開率。

（2）控制好長水口的吹氬量：由于大包下水口與長水口之間鋼水的快速流動，使得其間隙產(chǎn)生負壓（真空泵效應），在大包下水口與長水口接縫處，使用石棉密封圈，開澆時通入氬氣使長水口碗處形成正壓區(qū)，避免吸入空氣，保證中包長水口液面處翻動但不露鋼液面。該鋼廠連鑄在中包車的長水口管路上加有閥門和壓力表，可以隨時調節(jié)氬氣大小。因為氬氣過小，無法使鋼包下水口與長水口之間產(chǎn)生微正壓，而氬氣過大又將導致中包內鋼水翻動大而使鋼液面裸露。因此，根據(jù)實際情況，通過球閥和壓力表隨時保持適合的氬氣流量。同時,在操作上,套長水口時采用必須一次掛正掛牢，防止密封圈的損壞，長水口掛不正就會產(chǎn)生縫隙，進而吸入空氣，掛長水口時切記不要把石棉密封圈弄壞，密封圈損壞也會漏氣。氬氣流量以不造成水口插入?yún)^(qū)域的中間包鋼液面大的翻動為原則。

（3）采用優(yōu)質大中包密封墊，以前使用的密封圈易碎、易裂、尺寸不合適，不能和長水口腕部嚴密結合。對現(xiàn)用密封圈進行加厚處理、精確密封圈尺寸、在材質中添加石墨碳增加密封圈的柔韌度，使用過程抗壓耐磨，保證了密封圈嚴實密封的使用效果。

（4）加強鑄機的設備維護，確保滿流拉鋼

連鑄機的設備維護至關重要，去年該鋼廠120噸連鑄因設備事故造成斷流原因，平均在10次/月，為了更好的確保好設備的在線使用狀況，要求對設備進行周期性管理，且每次停澆后都要對設備進行全面檢查，主要是振動、拉矯機、電磁攪拌等設備。保證鑄機滿流拉鋼即可減少澆注周期、降低過熱度。

(5)塞棒控制系統(tǒng)及塞棒質量改進

   連鑄拉速的大小是通過啟閉機構對塞棒的開啟大小來控制的，連澆到后期因塞棒的侵蝕比較嚴重而導致不好控流而被迫停澆，尤其是含鋁鋼其獨特的性，鋼水流動性差，因其會生成Al₂O₃難熔性夾雜物，在精煉需要進行鈣處理，會在中包按如下反應，Al₂O₃→CaO·6Al₂O₃→CaO·2Al₂O₃→CaO·Al₂O₃→12CaO·7Al₂O₃→3CaO·Al₂O₃，此種渣子對塞棒侵蝕較為嚴重，一是在渣線部位侵蝕比較嚴重，二是對塞棒頭部侵蝕不規(guī)則而引起失控，通常塞棒控流失控有以下幾種情況：1）塞棒棒頭侵蝕，具體表現(xiàn)為塞棒位置逐漸連續(xù)下降。2）絮流引發(fā)的棒位上升，后期因不規(guī)則絮流物導致失控。3）塞棒棒頭掉塊，具體表現(xiàn)，塞棒在正常澆鋼時控流正常，突然塞棒控流失控。為此，我們和塞桿耐材廠家進行取樣分析，對塞棒進行改進：

尖頭設計對控流有很高的精度，對液位的控制更為有效，大幅減少因液位波動引發(fā)的相關質量問題。但尖頭設計的缺點是，棒頭部分強度較低，容易出現(xiàn)斷裂的問題，對操作和機構狀態(tài)的要求較高。選用A型塞棒頭，對塞棒控流起到更為有效，改進棒頭設計，使用強度相對較高的材料。塞棒垂直安裝，不留啃頭量，烘烤結束后，在連接桿未松動的情況下，不調棒。

   通過現(xiàn)場生產(chǎn)使用情況反饋，在同樣生產(chǎn)15爐含鋁鋼22A，塞棒的侵蝕情況如下圖對比：

很明顯改進后的的塞棒侵蝕相對較小，為更好的使用塞棒，主要是受外力造成，該棒頭為錐形，此種設計控流精度高，但強度相對較低，對塞棒機構和安裝要求較高。安裝時盡量對中，不留啃頭量，減少調棒次數(shù)，否則很容易造成塞棒掉尖的情況，且還要加強對啟閉機構的維護。

侵蝕塞棒最為嚴重的部位就在渣線處，因此我們要嚴格控制大包的下渣量，控制在100mm之內，并且對每一鋼包進行在線跟蹤，判斷出鋼量，當一爐鋼快要澆注完時要求大包工來回控制大包滑板幾次，發(fā)現(xiàn)機械手臂振動，即可判斷，已經(jīng)下渣，隨即關閉水口。原來澆注10爐中包渣子厚為120mm左右，經(jīng)過改進操作，現(xiàn)在澆注15爐左右渣子厚為80mm左右，大大的減輕了渣子對塞棒的侵蝕程度。

4總結

通過以上一系列的改進、優(yōu)化措施，大大提高了該鋼廠含鋁鋼的可澆性。降低了含鋁鋼導致水口結瘤，減少了非停事故的發(fā)生，提高了單澆次的連澆爐數(shù)，穩(wěn)定了生產(chǎn)秩序，保證了鑄坯質量。經(jīng)過近9個月試驗時間，該鋼廠如今連鑄含鋁鋼連澆爐數(shù)達到25爐以上，使該鋼廠含鋁鋼的生產(chǎn)變成了高效率時代。