連鑄機(jī)全保護(hù)澆注工藝的創(chuàng)新與優(yōu)化

李洪建 李庭壽 張佩 張麗 于明杰

目前，品種鋼生產(chǎn)對(duì)鋼水潔凈度要求越來(lái)越高，全保護(hù)澆注是連鑄機(jī)澆注過(guò)程中防止鋼水二次氧化主要工藝技術(shù)，如果沒有良好的保護(hù)澆注措施，鋼水就不可避免地與空氣接觸，造成二次氧化，降低了鋼中溶解鋁的含量，增加了氮?dú)夂脱鯕獾暮?，惡化了鋼水的純凈度，無(wú)法滿足高質(zhì)量鋼的要求。同時(shí)，對(duì)于生產(chǎn)的穩(wěn)定順行也造成一定的影響，特別是生產(chǎn)深沖用DDQ、IF鋼等超低碳鋼時(shí)，保護(hù)澆注不當(dāng)，極易出現(xiàn)水口結(jié)瘤問(wèn)題，對(duì)鋼材質(zhì)量影響較大，嚴(yán)重時(shí)造成產(chǎn)品降級(jí)甚至判廢。為此，萊鋼煉鋼廠在保證轉(zhuǎn)爐精煉工序正常生產(chǎn)的情況下，對(duì)連鑄工序全保護(hù)澆注進(jìn)行系統(tǒng)研究：從大包鋼水流出→鋼水流入中間包→結(jié)晶器，針對(duì)每一個(gè)銜接處造成的鋼水裸露及二次氧化進(jìn)行系統(tǒng)分析研究，對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，全面升級(jí)全保護(hù)澆注工藝。

1.連鑄采用保護(hù)澆注的必要性

在連鑄過(guò)程中，鋼水從鋼包流出后，還要經(jīng)過(guò)中間包流入結(jié)晶器。在這個(gè)過(guò)程中，鋼水與空氣接觸的幾率較大，而且鋼水從中間包進(jìn)入結(jié)晶器發(fā)生二次氧化的機(jī)會(huì)比從鋼包進(jìn)入中間包的幾率大。要提高板坯表面質(zhì)量，減少內(nèi)部夾雜物，很重要的措施就是采用保護(hù)澆注，防止?jié)蹭撨^(guò)程的二次氧化。

2.連鑄保護(hù)澆注的主要方法

連鑄過(guò)程中的注流保護(hù)包括四個(gè)方面的內(nèi)容，即鋼包至中間包注流的保護(hù)；中間包密封及保護(hù)；中間包至結(jié)晶器注流的保護(hù)；結(jié)晶器液面的保護(hù)。

2.1 鋼包注流的保護(hù)澆注

國(guó)內(nèi)外鋼包到中間包注流保護(hù)主要采用以下幾種方法：長(zhǎng)水口保護(hù)、長(zhǎng)水口惰性氣體保護(hù)、充氣罩保護(hù)和壓力箱保護(hù)[1]。

萊鋼煉鋼廠主要采用的是長(zhǎng)水口保護(hù)。使用長(zhǎng)水口保護(hù)從鋼包到中間包的注流，保護(hù)效果的關(guān)鍵在于鋼包下水口與長(zhǎng)水口接縫處的密封保護(hù)。長(zhǎng)水口是一個(gè)直徑有限的圓筒，當(dāng)鋼水由于靜壓力和重力向下流動(dòng)時(shí)，在長(zhǎng)水口入口端形成一定的負(fù)壓，這就使接縫處的空氣不斷吸入到長(zhǎng)水口內(nèi)，然后被鋼水帶走形成氣液乳濁相，為鋼水吸氧提供了動(dòng)力學(xué)條件，從而造成鋼水嚴(yán)重的二次氧化。文獻(xiàn)[1]中給出水口接縫處吸氣方程：

式中

A1、A2－長(zhǎng)水口平均面積和接縫面積，m2；

ω1、ω2－鋼包下水口和長(zhǎng)水口平均流速，m/s；

qm－注流質(zhì)量流量，kg/s；

p－接縫處壓力，Pa；

T－鋼水溫度，℃。

由式（1－1）可知, 鋼包下水口出口流量越大，造成的負(fù)壓也就越大，被吸入的空氣也就越多。所以要避免注流二次氧化，可采用以下三種方法:被抽吸的氣體是保護(hù)性氣體；向長(zhǎng)水口內(nèi)通入保護(hù)性氣體，使長(zhǎng)水口內(nèi)的壓力與外壓平衡，從而消除抽氣；采用高溫密封劑將水口接縫處密封，使外部空氣不能進(jìn)入水口，使長(zhǎng)水口內(nèi)保持較高負(fù)壓，起到保護(hù)注流的效果。見圖1。

圖1 長(zhǎng)水口氬封保護(hù)澆注

2.1.1 長(zhǎng)水口保護(hù)。為了防止鋼包到中間包的鋼流與空氣接觸，一是設(shè)計(jì)、采用了帶吹氬溝槽的鋁碳質(zhì)鋼包長(zhǎng)水口，使鋼包長(zhǎng)水口與鋼包下水口呈嚙合連接，在連接處吹入氬氣，形成氬氣氣幕，防止空氣的進(jìn)入，耐火套管的下部伸入中間包的鋼液中，使鋼包到中間包的鑄流全部密封，可有效地防止二次氧化，起到了一定得保護(hù)澆注作用[2]。

2.1.2 增加密封圈。研究設(shè)計(jì)了纖維水口密封圈，放置在鋼包下水口與鋼包長(zhǎng)水口碗之間，通過(guò)液壓把持器擠壓密封，更有效地防止了氬氣被鋼流吸入。

2.1.3 在沖擊區(qū)采取活動(dòng)蓋板。在沖擊區(qū)采取活動(dòng)蓋板，同時(shí)做好包蓋密封，減少?zèng)_擊區(qū)鋼水裸露面積，能更好保證鋼液面上形成氬氣氛圍，防止空氣進(jìn)入中間包，減少鋼水二次氧化。

2.2 中間包密封及保護(hù)

2.2.1 復(fù)合中間包包蓋的設(shè)計(jì)制造。在原有鑄鋼質(zhì)中間包包蓋的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)帶有弧度的鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，整體澆注耐火材料的中間包包蓋。新型包蓋具有防掉料，防變形，使用壽命高，密封效果好的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)中間包沖擊區(qū)進(jìn)行全面改造，大幅度減小了中間包沖擊區(qū)與空氣接觸面積，進(jìn)一步減少鋼水二次氧化。

2.2.2 中間包蓋吹氬設(shè)計(jì)。在中間包包蓋澆注料內(nèi)，預(yù)埋有氬氣管路，通過(guò)向中間包內(nèi)吹氬，在中間包鋼水上方形成氬氣保護(hù)氛圍，達(dá)到增強(qiáng)中間包保護(hù)澆注的功能。

2.2.3 中間包包蓋的密封。中間包蓋的密封技術(shù)是在包沿與包蓋接觸處及塊與塊對(duì)接處墊挾約40mm厚的硅酸鋁耐火纖維氈，并在中間包蓋各孔處采用預(yù)制密封件，以增強(qiáng)中間包蓋的密封隔熱功能，達(dá)到全保護(hù)的目的。

2.3 中間包至結(jié)晶器注流的保護(hù)

2.3.1 浸入式水口氬封環(huán)設(shè)計(jì)。連鑄機(jī)采用浸入式水口澆注，浸入式水口插入結(jié)晶器鋼水液面以下，在澆注過(guò)程中，由于鋼流流動(dòng)造成對(duì)空氣的抽吸作用，將空氣吸入帶入鋼液中，造成鋼水污染。為了防止空氣被吸入，在中間包上水口與浸入式水口之間通入氬氣保護(hù)，在上水口下表面上制作氬封環(huán)，氬氣通過(guò)氬氣孔通入氬封環(huán)，氬氣在鋼流周圍形成環(huán)形氬氣環(huán)，阻止空氣進(jìn)入，防止空氣吸入鋼流。

2.3.2 浸入式水口機(jī)件黑匣子設(shè)計(jì)。為進(jìn)一步提高保護(hù)澆次效果，對(duì)浸入式水口機(jī)件進(jìn)行自主創(chuàng)新，開發(fā)設(shè)計(jì)浸入式水口板件氬氣保護(hù)裝置，該氬氣保護(hù)裝置使浸入式水口機(jī)件四周形成彌散的氬氣環(huán)境，再次提高了鋼水的保護(hù)澆注效果。

2.4 結(jié)晶器液面的保護(hù)

結(jié)晶器液面的保護(hù)主要是保護(hù)渣。保護(hù)渣的主要作用：保護(hù)渣覆蓋在鋼水的液面，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(jié)晶器壁與凝固殼之間有一層渣膜起潤(rùn)滑作用，減少拉坯阻力，從而可以防止凝殼與結(jié)晶器壁的粘；充填坯殼與結(jié)晶器之間的氣隙，改善結(jié)晶器傳熱[2]。萊鋼煉鋼廠與保護(hù)渣廠家共同研究、試驗(yàn)，設(shè)計(jì)適合萊鋼2#連鑄機(jī)的超低碳鋼的高強(qiáng)度保護(hù)渣，粘度由原來(lái)的0.17Pa.s改為現(xiàn)在粘度為0.5Pa.s，提高結(jié)晶器保護(hù)渣去夾雜物能力。

3.應(yīng)用效果

通過(guò)實(shí)施以上措施，連鑄機(jī)保護(hù)澆注效果大幅提高，鋼水澆注過(guò)程增氮量由過(guò)去的3.5ppm減少至目前的1.5ppm，超低碳鋼零級(jí)夾雜物比例達(dá)到92.3%。

鑄坯質(zhì)量良好，無(wú)表面及皮下氣泡（針孔），低碳鋼種中心偏析控制在C類0.5級(jí)，基本無(wú)中心疏松現(xiàn)象，船板系列包晶合金鋼和高碳鋼中心偏析控制在B類1.0級(jí)，中心疏松0.5級(jí)。鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量控制良好。

4.結(jié)論

通過(guò)對(duì)連鑄機(jī)保護(hù)澆注工藝不斷優(yōu)化與創(chuàng)新，在鋼包注流、中間包沖擊區(qū)、中間包注流等與空氣接觸的部位采取保護(hù)澆注措施，有效地阻止了空氣與鋼流接觸，防止鋼水二次氧化，減少了鋼中氣體含量，提高了鑄坯質(zhì)量和軋材使用性能，同時(shí)對(duì)保護(hù)渣性能進(jìn)行改進(jìn)，提高了鋼水的潔凈度。

[1]朱立光，王碩明等編著.現(xiàn)代連鑄工藝與實(shí)踐.河北科學(xué)技術(shù)出版社，2000：117

[2]李殿明，邵明天等.連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣應(yīng)用技術(shù).北京。冶金工業(yè)出版社。2008