降低超低碳鋼結(jié)晶器液位波動(dòng)及降級(jí)坯實(shí)踐

蘇小利，于海岐，劉博，陳付振，王金輝，史頁(yè)殊

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營(yíng)口115007）

降低超低碳鋼結(jié)晶器液位波動(dòng)及降級(jí)坯實(shí)踐

蘇小利，于海岐，劉博，陳付振，王金輝，史頁(yè)殊

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營(yíng)口115007）

針對(duì)鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司生產(chǎn)超低碳鋼時(shí)出現(xiàn)的結(jié)晶器液位波動(dòng)和鑄坯降級(jí)原因進(jìn)行了分析，通過(guò)采取鋼水頂渣改質(zhì)、拉速調(diào)整、優(yōu)化保護(hù)澆鑄氬氣流量、合理選擇更換浸入式水口的時(shí)機(jī)及增加中間包鋼水裝入量等措施后，結(jié)晶器液位波動(dòng)由14.38%降低到了7.44%，O5板比例由45.68%提高到58.23%。

超低碳鋼；結(jié)晶器液位波動(dòng)；鑄坯降級(jí)

超低碳鋼大部分作為汽車、家電面板使用，所以對(duì)其表面和內(nèi)部質(zhì)量要求均很高。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司生產(chǎn)超低碳鋼過(guò)程中曾出現(xiàn)結(jié)晶器液面波動(dòng)大，降級(jí)坯多等問(wèn)題。2014年下半年O5板做成比例（生產(chǎn)的75級(jí)和41級(jí)鑄坯塊數(shù)之和占總塊數(shù)的比例）平均45.62%，導(dǎo)致超低碳鋼訂貨合同難以按時(shí)交貨，同時(shí)也增加了降級(jí)坯改鋼的成本。分析認(rèn)為，影響超低碳鋼質(zhì)量的主要原因是結(jié)晶器液位波動(dòng)以及由于液位波動(dòng)和其他原因造成的降級(jí)坯數(shù)量多。據(jù)此采取措施，提高了O5板做成率。

1 結(jié)晶器液位波動(dòng)原因分析

結(jié)晶器液位波動(dòng)的原因是結(jié)晶器內(nèi)鋼通量的突然變化或結(jié)晶器彎月面流場(chǎng)分布不均勻。

鋼通量的突然變化主要體現(xiàn)在水口或塞棒結(jié)瘤到一定程度后，部分結(jié)瘤物突然脫落引起結(jié)晶器液位波動(dòng)［1-2］；其次是由于鑄坯鼓肚，造成結(jié)晶器通鋼量的周期性變化引起液位周期性波動(dòng)，此現(xiàn)象主要發(fā)生在澆鑄包晶鋼種上，超低碳鋼種沒(méi)有發(fā)生周期性液位波動(dòng)，所以不再敘述。

彎月面流場(chǎng)分布不均勻引起的液位波動(dòng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)水口吐出孔結(jié)瘤程度不同，引起水口兩側(cè)鋼通量不同，造成結(jié)晶器液位波動(dòng)；其次是為了緩解水口結(jié)瘤、氬氣吹入量大造成液位波動(dòng)。

其他引起結(jié)晶器液位波動(dòng)的非穩(wěn)態(tài)操作，如更換浸入式水口，鑄機(jī)升降速等現(xiàn)象原因比較簡(jiǎn)單，這里不作進(jìn)一步分析。

1.1 鋼水純凈度對(duì)液位波動(dòng)的影響

跟蹤了部分澆次超低碳鋼結(jié)晶器的液位波動(dòng)情況，見圖1。

圖1 超低碳鋼結(jié)晶器液位波動(dòng)

從圖1看出，造成結(jié)晶器液位波動(dòng)（以下簡(jiǎn)稱液位波動(dòng)）的主要原因是塞棒開度的突然降低引起鋼通量變化，導(dǎo)致液位迅速上漲，即發(fā)生大的液位波動(dòng)。造成塞棒突然降低的原因是塞棒或水口結(jié)瘤達(dá)到一定程度后，結(jié)瘤物不斷脫落，引起鋼通量突然增加，塞棒開度來(lái)不及降低，導(dǎo)致液位有一個(gè)向上的波峰，表觀上為塞棒開度值的突然降低。對(duì)浸入式水口結(jié)瘤物進(jìn)行解剖，斷面形貌見圖2。

圖2 浸入式水口結(jié)瘤物斷面形貌

對(duì)水口結(jié)瘤物掃描電鏡分析，結(jié)果結(jié)瘤物主要成分為Al2O3。由此看出，導(dǎo)致液位波動(dòng)的根本原因是鋼水純凈度不夠。

1.2 鑄機(jī)拉速對(duì)液位波動(dòng)的影響

統(tǒng)計(jì)分析諸多因素對(duì)液位波動(dòng)的影響發(fā)現(xiàn)，鑄機(jī)拉速對(duì)液位波動(dòng)影響較大。表1為鑄機(jī)拉速對(duì)液位波動(dòng)影響的方差分析結(jié)果。從表1的方差分析結(jié)果看出，顯著性水平P值小于0.05，說(shuō)明拉速對(duì)液位波動(dòng)有顯著影響。

表1 鑄機(jī)拉速對(duì)液位波動(dòng)影響的方差分析結(jié)果

圖3為不同斷面下拉速對(duì)液位波動(dòng)的影響（圖中縱坐標(biāo)的液位波動(dòng)比例等于液位波動(dòng)塊數(shù)占總塊數(shù)的比例）。從圖3同樣可以看出，不同斷面下，拉速對(duì)液位波動(dòng)影響較大，高拉速可以緩解液位波動(dòng)。

圖3 不同斷面下拉速對(duì)液位波動(dòng)的影響

分析認(rèn)為，拉速越高，鋼流股對(duì)窄面的沖擊也越強(qiáng)，流股碰到窄面后，向下返的動(dòng)力增強(qiáng)，減少了液位波動(dòng)的幾率。同時(shí)由于拉速提高后鋼水流速增加，減少了塞棒頭部鋼流通道內(nèi)結(jié)瘤物附著幾率，也就減少了結(jié)瘤物脫落導(dǎo)致鋼流通道突然變大造成的液位波動(dòng)。

1.3 保護(hù)澆鑄氬氣流量對(duì)液位波動(dòng)的影響

分析保護(hù)澆鑄氬氣流量的歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于上水口和塞棒氬氣流量標(biāo)準(zhǔn)范圍較寬，不同操

作者設(shè)定的上水口和塞棒氬氣流量差別較大，較大流量吹氬會(huì)造成結(jié)晶器局部液面的劇烈攪動(dòng)。

2 鑄坯降級(jí)原因分析

按照評(píng)級(jí)系統(tǒng)將鑄坯分為75級(jí)、41級(jí)、40級(jí)和0級(jí)。除75級(jí)外，其他等級(jí)均為降級(jí)坯，等級(jí)越低，鑄坯質(zhì)量越差。澆次頭尾坯和換罐過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)渡坯為正常生產(chǎn)必須帶出的降級(jí)坯，本文只研究75級(jí)、41級(jí)鑄坯降級(jí)到了41級(jí)或0級(jí)的工藝或生產(chǎn)操作原因。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，對(duì)造成鑄坯降級(jí)的原因進(jìn)行歸類，從影響程度由大到小排列，鑄坯降級(jí)原因歸類見圖4。

圖4 鑄坯降級(jí)原因歸類

從圖4可以看出，除以上分析的結(jié)晶器液位波動(dòng)外，造成鑄坯降級(jí)的原因還有更換浸入式水口，鑄中升降速（脫引錠桿升速、尾罐降速、中包溫度高降速），中包稱重。其他不自澆燒氧、設(shè)備故障如RH測(cè)溫槍故障等發(fā)生比例小，這里不再討論。

2.1 更換浸入式水口

超低碳鋼一般安排1澆次6罐組織生產(chǎn)。統(tǒng)計(jì)以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，幾乎每澆次都需在澆鑄過(guò)程中因浸入式水口結(jié)瘤嚴(yán)重至少更換一次，而且換水口往往是在結(jié)瘤已經(jīng)非常嚴(yán)重，塞棒掉棒頻繁，為了澆鑄的連續(xù)性，不得已的情況下更換的。圖5為使用后更換下來(lái)的浸入式水口。

圖5 超低碳鋼使用后的浸入式水口

由圖5看出，吐出孔結(jié)瘤物堵塞嚴(yán)重，左面的吐出孔幾乎被堵死，結(jié)瘤物不但影響鋼液在結(jié)晶器里的流場(chǎng)（造成偏流），而且一旦脫落，會(huì)嚴(yán)重影響鑄坯質(zhì)量。

2.2 鑄中升降速

鑄中升降速造成鑄坯降級(jí)的情況有三種，一是開澆后當(dāng)頭坯出水平段后，為了降低脫引錠桿時(shí)出現(xiàn)事故的風(fēng)險(xiǎn)，一般將拉速降到1.2 m/min，脫完引錠桿后，再將拉速升到目標(biāo)拉速，此時(shí)會(huì)因升降速造成2～4塊鑄坯降級(jí)。

其次是在澆次尾罐大罐澆到剩余20 t時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行降速，會(huì)造成2塊坯降級(jí)。

第三種情況是中包溫度高鑄機(jī)降速。中包溫度的高低受到精煉搬出溫度、鋼水鎮(zhèn)靜時(shí)間、鋼水罐級(jí)別以及鑄機(jī)升、降速等因素的影響。鑄機(jī)升、降速后會(huì)使計(jì)劃澆鋼時(shí)間延長(zhǎng)或縮短，影響中包溫度的命中率。所以影響中包溫度命中率的因素較復(fù)雜。

2.3 中包液位低

通過(guò)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，造成中包液位低于45 t主要有兩種情況。一是中包本身裝入量不足。在換罐過(guò)程中液位偶爾會(huì)降到45 t以下；其次為中包稱不準(zhǔn)，稱量值偏小，在換罐過(guò)程中會(huì)造成中包液位低于45 t，即為圖4所示的第5類缺陷。

3 減少液位波動(dòng)措施

3.1 改善鋼水純凈度

從以上分析可知，造成結(jié)晶器液位波動(dòng)的主要原因是鋼水純凈度不夠。為了改善鋼水的純凈度，對(duì)轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行了取樣分析，對(duì)該渣系在相圖中描點(diǎn)，原渣系成分落在了熔點(diǎn)較高區(qū)域，熔點(diǎn)在1 600℃左右。原渣系熔點(diǎn)較高，吸附夾雜能力減弱，所以對(duì)頂渣進(jìn)行了改質(zhì)。出鋼時(shí)先進(jìn)行合金化，合金化結(jié)束間隔1 min后加入600 kg蓋罐白灰、300 kg無(wú)硼助熔渣。無(wú)硼助熔渣成分見表2。

表2 無(wú)硼助熔渣成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

對(duì)于不補(bǔ)加合金的超低碳鋼，出鋼1 min后加入白灰和無(wú)硼助熔渣。加入蓋罐白灰過(guò)程開啟鋼水罐底吹氬，吹氬10～20 s。到氬站測(cè)溫取樣后

加入熔渣改質(zhì)劑400 kg，吹氬30 s。對(duì)改質(zhì)前后的渣系取樣分析，結(jié)果見表3。

表3 改質(zhì)前后渣系成分對(duì)比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

由表3看出，改進(jìn)后渣系的TFe平均降低約1%，Al2O3提高約2%，改進(jìn)后的渣系熔點(diǎn)降低了100℃。

3.2 提高鑄機(jī)拉速

從以上分析可知，提高拉速對(duì)結(jié)晶器液位波動(dòng)有緩解作用，所以根據(jù)鑄機(jī)狀態(tài)，制定了不同斷面下的鑄機(jī)拉速，見表4?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的斷面和鑄機(jī)拉速的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖6。

表4 制定的不同斷面的鑄機(jī)拉速

圖6 斷面和鑄機(jī)拉速的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.3 調(diào)整保護(hù)澆鑄氬氣流量

試驗(yàn)不同保護(hù)澆鑄氬氣流量狀態(tài)下的液位波動(dòng)情況。方案1：塞棒氬氣流量3 L/min，上水口5 L/min。方案2：塞棒氬氣流量2 L/min，上水口3 L/min。試驗(yàn)結(jié)果為方案1的液位波動(dòng)比例為12.22%，方案2的液位波動(dòng)比例為3.81%。故采用方案2控制氬氣流量。

4 減少降級(jí)坯措施

4.1 改變更換浸入式水口方式

因過(guò)渡坯本身是降級(jí)坯，為此，在每澆次第3罐澆鑄完換罐的過(guò)渡坯上更換浸入式水口，不但緩解了浸入式水口結(jié)瘤，而且減少了換浸入式水口造成的鑄坯降級(jí)。為了準(zhǔn)確在過(guò)渡坯上換水口，進(jìn)行了細(xì)化操作。

鑄坯混澆段定義為：鋼水罐開滑時(shí)刻對(duì)應(yīng)的中間包內(nèi)鋼水重量為W，當(dāng)鑄機(jī)澆完上述重量W所對(duì)應(yīng)的鑄坯。過(guò)渡坯定義為：當(dāng)鑄機(jī)澆完上述重量W時(shí)刻時(shí)為過(guò)渡坯分割線l，過(guò)渡坯分割線l前后1m包含的鑄坯號(hào)為過(guò)渡坯。

在大罐開澆時(shí)，記錄開澆時(shí)中包鋼水重量W，兩流的拉速υ以及當(dāng)時(shí)兩流的全長(zhǎng)L和澆鑄斷面。從大罐開澆到澆鑄重量W時(shí)的澆鑄時(shí)間t等于鋼水罐開滑時(shí)刻對(duì)應(yīng)的中間包內(nèi)鋼水重量W除以單位拉速下的通鋼量。過(guò)渡坯分割線l=全長(zhǎng)L+拉速×澆鑄時(shí)間t。

通過(guò)L±1m減掉正常二級(jí)計(jì)算機(jī)上的定尺，可以準(zhǔn)確計(jì)算出過(guò)渡坯分割線在哪塊鑄坯定尺上，在過(guò)渡坯上開始降速換水口。

4.2 減少鑄中升降速

針對(duì)澆次首罐脫引錠桿升降速和澆次尾罐大罐澆到剩余20 t降速造成的鑄坯降級(jí)，對(duì)原工藝進(jìn)行了優(yōu)化：對(duì)于脫引錠桿升降速采用一步到位升到目標(biāo)拉速，不在脫引錠桿時(shí)升降速或采用1.2 m/min拉速維持到脫完引錠桿在第2罐開澆后的過(guò)渡坯上升到目標(biāo)拉速；對(duì)于澆次的尾罐，在大罐停澆后降速，因此時(shí)降速的鑄坯已經(jīng)是澆次尾坯，澆次尾坯本身也是降級(jí)坯，降低了降級(jí)坯的產(chǎn)生數(shù)量。通過(guò)工藝調(diào)整后，降級(jí)坯減少5.5%。

針對(duì)中包溫度高引起的鑄機(jī)降速，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立了回歸模型，實(shí)際精煉搬出溫度=精煉理論目標(biāo)搬出溫度+溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償應(yīng)包括以下因子：工藝路線、鋼水罐周轉(zhuǎn)時(shí)間、鋼水罐級(jí)別、出鋼結(jié)束到鋼水罐進(jìn)精煉位時(shí)間、精煉處理時(shí)間、精煉處理完到鑄機(jī)開澆時(shí)間、鑄機(jī)澆注時(shí)間。按照模型計(jì)算的搬出溫度進(jìn)行操作，大大提高了中包溫度合格率，中包溫度合格率在98.5%以上，因中包溫度高/低造成的升降速比例由11.90%降低到3.17%。

4.3 控制中包液位不低于45t

針對(duì)中包本身裝入量不足，中包秤不準(zhǔn)，稱量值偏小的情況，在首罐開澆后，應(yīng)迅速將中包液位漲至距溢流口50 mm以內(nèi)，根據(jù)中包重量對(duì)中包稱重進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整，如果中包稱重低于60 t或者高于65 t，可將稱重調(diào)整至60～65 t，保證因中包稱不準(zhǔn)降級(jí)的鑄坯為澆次的第一塊（澆次的第一塊默認(rèn)為降級(jí)坯）。

針對(duì)中包稱不準(zhǔn)，通過(guò)跟蹤發(fā)現(xiàn)，在坐中間包時(shí),當(dāng)中間包接觸中包車時(shí)，由于慣性，會(huì)對(duì)中包稱形成一定的沖擊，久而久之，中包稱精度就會(huì)受到影響。所以制定如下方案：①先將中間包車下降到下極限；②坐中間包時(shí)，吊車先將其吊到距離中間包車距離≤50 mm范圍內(nèi)，然后停止吊車運(yùn)行；③啟動(dòng)中間包車向上頂升，直到中間包車到達(dá)上極限；④這時(shí)吊車已經(jīng)空載，中間包重量完全落到了中間包車上，這時(shí)吊車?yán)^續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，將吊鉤摘掉，吊車開走；⑤將中間包車再下降到下極限。

5 效果

通過(guò)對(duì)超低碳鋼水純凈度的改善，拉速的調(diào)整和鑄機(jī)氬氣保護(hù)澆注的優(yōu)化，結(jié)晶器液位波動(dòng)由原來(lái)的14.38%降低到了7.44%；通過(guò)降低結(jié)晶器液位波動(dòng)，在第3罐澆鑄終了過(guò)渡坯上換浸入式水口，增加中間包鋼水裝入量，在開澆第一塊降級(jí)坯上及時(shí)校稱和對(duì)坐中間包操作方式的改進(jìn)等措施，O5板做成率由45.68%提高到58.23%。

6 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司通過(guò)對(duì)鋼水頂渣進(jìn)行改質(zhì)，提高其頂渣吸附夾雜的能力，制定不同斷面下的鑄機(jī)拉速，采用塞棒氬氣流量≤2 L/min，上水口≤3 L/min進(jìn)行保護(hù)澆鑄，液位波動(dòng)由14.38%降至7.44%。通過(guò)采取在每澆次第3罐澆鑄完換罐的過(guò)渡坯上更換浸入式水口、在澆鑄過(guò)程中采取脫引錠桿不升速以及澆次尾罐剩20 t不降速、將開澆中包液位漲至距溢流口50 mm以及在澆次第一塊鑄坯上及時(shí)校稱等措施，降低了降級(jí)坯數(shù)量，O5板做成率由45.68%提高到58.23%。

［1］張劍君，曾建立.薄板坯連鑄低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼結(jié)晶器液位波動(dòng)的控制［J］.煉鋼，2010，26（6）：14-16.

［2］陳高亮，楊峰.薄板坯連鑄液位波動(dòng)產(chǎn)生原因與控制［J］.包鋼科技，2013，39（5）：12-15.

（編輯 許營(yíng)）

Practice of Lowering Fluctuation of Liquid Level of Molten Ultra-low Carbon Steel in Mould and Reducing Numbers of Strands in Degradation

Su Xiaoli，Yu Haiqi，Liu Bo，Chen Fuzhen，Wang Jinhui，Shi Yeshu
（Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China）

The causes leading to the fluctuation of liquid level of molten ultra-low carbon steel level in mould during continuous casting and the increasing numbers of strands degradation in Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.were analyzed.Based on the analysis such measures as improving the quality of the top slag,adjusting the casting speed, optimizing the argon flow rate during protective atmosphere pouring,suitably choosing the time of replacing the submerged nozzles and increasing the amount of molten steel charged into the tundish were taken.After that the fluctuation rate of liquid level of molten ultra-low carbon steel in mould was reduced to 7.44%from 14.38%and the yield percent of the O5 steel sheets was increased to 58.23%from 45.68%.

ultra-low carbon steel;fluctuation of liquid level of molten steel in mould; strand in degradation

TF769

A

1006-4613（2016）06-0053-05

2016-04-12

蘇小利，碩士,工程師，2005年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)。E-mail:34135396@qq.com