大包保護(hù)澆注效果改進(jìn)

高 欣 王愛忠 王慶彬

(安陽鋼鐵股份有公司)

0 前言

一般來講，鋼中夾雜物對(duì)鋼材品質(zhì)有不利影響：對(duì)于冷軋薄板產(chǎn)品，會(huì)引起鋼板表面線狀缺陷、表面起皮缺陷和孔洞缺；對(duì)于中厚板產(chǎn)品，鋼中氧化物夾雜會(huì)造成鋼板橫向斷面收縮率顯著降低，會(huì)促進(jìn)氫致裂紋的形成和擴(kuò)展；對(duì)于長材產(chǎn)品，鋼中存在夾雜物使局部區(qū)域形成了破壞區(qū)，這對(duì)鋼材斷裂的發(fā)生和擴(kuò)展起了決定性作用[1]。鋼中夾雜物按照來源可分為內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物，外來夾雜物對(duì)產(chǎn)品性能危害最大。鋼水二次氧化是外來夾雜物的重要來源，而鋼包保護(hù)澆注的目的就是防止鋼水二次氧化，因此其效果對(duì)鋼中夾雜物的數(shù)量和種類有很大影響。

安鋼第二煉軋廠板坯連鑄生產(chǎn)過程中，某段時(shí)期大包保護(hù)澆注生產(chǎn)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，敞開澆注次數(shù)較多，影響時(shí)間較長，保護(hù)澆注未能達(dá)到控制要求，中包鋼水吸氧、吸氮嚴(yán)重，鋁損偏大，甚至造成整爐改判或判廢。針對(duì)上述情況進(jìn)行了分析研究，采取了相應(yīng)的控制措施，保證了大包保護(hù)澆注的穩(wěn)定生產(chǎn)和保護(hù)澆注效果。

1 大包保護(hù)澆注存在的問題

通過對(duì)中間包試樣的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)中包鋼水平均吸氮量11.6×10-6、平均鋁損量82×10-6，且存在偶發(fā)性的較大波動(dòng)。對(duì)該時(shí)期現(xiàn)場生產(chǎn)狀況跟蹤了解，發(fā)現(xiàn)長水口工況不穩(wěn)定、碗部密封效果不良，長水口傾斜澆注，保護(hù)氬氣壓力控制不穩(wěn)定，大包自開率偏低，大包澆注孔處的中包鋼液翻滾程度大致使中包鋼液面出現(xiàn)裸露現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了保護(hù)澆注效果。

1.1 長水口工況不穩(wěn)定

1.1.1 長水口碗部易擠鋼

大包長水口與大包下水口連接后，長水口在大包開澆時(shí)受到鋼水沖擊產(chǎn)生晃動(dòng)，致使連接處擠鋼，統(tǒng)計(jì)六個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：生產(chǎn)5 028爐鋼，擠鋼57次。這不僅影響保護(hù)澆注效果，也為大包停澆時(shí)去除長水口帶來不利影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成更換長水口、降速處理、敞開澆注等。

1.1.2 長水口穿孔、下部斷裂、碗部炸裂

長水口受自身質(zhì)量、鋼水侵蝕、環(huán)境溫度等影響，在開澆及使用過程中會(huì)出現(xiàn)穿孔、下部斷裂、碗部炸裂的問題，在統(tǒng)計(jì)的六個(gè)月時(shí)間內(nèi)，上述各問題分別出現(xiàn)12次、31次、25次，嚴(yán)重影響生產(chǎn)穩(wěn)定，大大降低了保護(hù)澆注效果，同時(shí)也增加了工作的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。

1.2 長水口密封不佳

澆注過程中，受長水口機(jī)械手支撐力大小影響，長水口在受到鋼水沖擊時(shí)產(chǎn)生晃動(dòng)，造成碗部密封不良，吸入空氣氧化鋼水；氬氣對(duì)長水口碗部的密封至關(guān)重要，但氬氣管道無壓力表，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)氬氣的有效控制，給保護(hù)澆注帶來一定程度的影響。

1.3 大包自開率偏低

受大包狀況、鋼水在大包中停留的時(shí)間、引流砂的材質(zhì)、加入方式等多個(gè)因素影響，目前大包自開率偏低，在統(tǒng)計(jì)的5 028爐鋼中自開爐數(shù)為4 891爐，自開率為97.28%，自開率偏低，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定和保護(hù)澆注效果。

1.4 中包鋼液面裸露嚴(yán)重

由于大包傾斜致使長水口產(chǎn)生一定程度的傾斜，惡化了中包流場，長水口插入深度不足加劇了澆注區(qū)鋼液的翻滾，中包覆蓋劑加入量不足造成鋼液面的裸露，中包鋼液面上方空間密封不良，空氣含量較大，加劇了鋼水的二次氧化，降低了中包液面的保護(hù)澆注效果。

2 改進(jìn)的措施

根據(jù)連鑄鋼液示蹤試驗(yàn)所測定的數(shù)據(jù)來看，鑄坯中夾雜物來源比例是：出鋼過程鋼液氧化占10%，脫氧產(chǎn)物占15%,熔渣卷入占5%，注流的二次氧化占40%，耐火材料的沖刷約占20%，中間包渣約占10%，由此可見，鑄坯中基本上是外來夾雜物，主要來自于鋼液澆注過程中的二次氧化[2]。因此，做好保護(hù)澆注工作的穩(wěn)產(chǎn)和效果優(yōu)化至關(guān)重要。

2.1 改進(jìn)長水口碗部尺寸

改進(jìn)長水口碗部尺寸，底部圓面直徑由118.5 mm增大至138.5 mm，碗口圓面直徑由142 mm增大至152 mm，碗部側(cè)面與垂直方向的夾角由10 °減小至6 °(如圖1所示)，減輕了鋼流對(duì)長水口碗部的沖擊，從而減少了大包開澆擠鋼的幾率，為保護(hù)澆注工作創(chuàng)造了良好的根本條件，同時(shí)也減小了外界空氣進(jìn)入長水口內(nèi)部的通道。內(nèi)徑的增大起到減小開澆時(shí)長水口內(nèi)壁對(duì)鋼流的阻力作用，降低了開澆擠鋼幾率，同時(shí)減小了長水口內(nèi)鋼流的流動(dòng)速度，減輕了中包內(nèi)鋼流的翻滾。

2.2 提高長水口熱震性能

對(duì)長水口各部分的材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，提高長水口熱震性能，減少穿孔、碗部炸裂、下部斷裂的幾率。針對(duì)長水口炸裂問題，采取應(yīng)對(duì)措施，在開澆前對(duì)長水口進(jìn)行預(yù)熱，減小長水口與鋼水的溫差，進(jìn)而減小長水口突遇高溫時(shí)炸裂的幾率。通過統(tǒng)計(jì)，正常情況下一根長水口被侵蝕斷裂的使用爐數(shù)在15 爐左右(大多數(shù)澆次總爐數(shù)為20 爐)， 因此第12 爐鋼澆注結(jié)束后正常更換長水口，避免了長水口在使用末期發(fā)生斷裂。

(a) 優(yōu)化前

(b) 優(yōu)化后

2.3 長水口碗部的密封

大包機(jī)械手壓緊力過小，長水口受鋼水沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，和大包下水口連接不緊密，不能有效杜絕空氣進(jìn)入長水口；壓緊力過大可能造成設(shè)備和耐材的損壞，因此大包機(jī)械手壓緊力必須保持在一定的范圍內(nèi)?？紤]改進(jìn)后長水口重量的增加和中包鋼液對(duì)長水口的沖擊，并根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大包機(jī)械手壓緊力保持在5 MPa時(shí)能夠保證長水口的穩(wěn)定性，保護(hù)澆注效果較佳。為了防止空氣進(jìn)入長水口，降低長水口氬氣對(duì)中包鋼液的攪動(dòng)，通過安裝壓力表控制氬氣壓力在0.3 MPa，保證長水口碗部形成微正壓區(qū)，發(fā)揮氬封的最佳密封效果。

2.4 提高大包自開率

大包自開可以有效杜絕空氣與鋼流接觸，防止鋼水出現(xiàn)二次氧化。大包自開率與大包狀況、鋼水在大包中停留的時(shí)間、鋼水的溫度、鋼中Mn含量、引流砂的材質(zhì)、引流砂的濕度、大包翻渣等多個(gè)因素有關(guān)，通過有效控制以上因素提高大包自開率，采取措施后自開率由之前的97.28%提高至99.10%。

2.5 保證長水口的插入深度

大包開澆穩(wěn)定后，及時(shí)將大包降至低位，并穩(wěn)定快速將中包澆至滿包狀態(tài)，保證長水口插入深度在300 mm～350 mm，促使鋼流紊流區(qū)下移，保證中包流場正常，減少鋼液裸露程度。

2.6 保證長水口處于垂直狀態(tài)

澆注過程中長水口處于垂直狀態(tài)，不僅能夠保證長水口碗部的密封外，還能減少中包內(nèi)鋼液的異常流動(dòng)。澆注過程中，長水口應(yīng)與大包保持同一角度，大包傾斜是造成長水口傾斜的根本原因，因此確保大包處于垂直狀態(tài)至關(guān)重要。一方面保證大包自身處于自然平衡垂直狀態(tài)，精煉上鋼起吊后發(fā)現(xiàn)大包傾斜，及時(shí)蹲包矯正；另一方面保證大包臂的接受平臺(tái)處于水平狀態(tài)，對(duì)平臺(tái)上面存有的殘鋼殘?jiān)皶r(shí)清理。

2.7 中包覆蓋劑的選用及用量

澆注鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，中間包覆蓋劑中含有的SiO2在鋼/渣界面發(fā)生[Al]+(SiO2)→(Al2O3)+[Si]反應(yīng)，通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)澆入中間包后，由于覆蓋劑中SiO2和Al的還原反應(yīng)使鋼水中的T[O]增加1倍多，因此中包覆蓋劑中SiO2是有效的氧源，應(yīng)盡可能采用堿性覆蓋劑降低SiO2的含量[3]。同時(shí)，中包覆蓋劑加入過少也會(huì)造成中包鋼液的裸露，尤其是在澆次開澆后和中包排渣后特別嚴(yán)重，在上述兩個(gè)階段中要增加中包覆蓋劑的加入量，保證保護(hù)澆注的效果。

3 大包保護(hù)澆注的控制效果

通過采取改進(jìn)長水口尺寸及質(zhì)量、控制長水口的連接密封、提高大包自開率等一系列措施，在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的長水口擠鋼、長水口斷裂、敞開澆注現(xiàn)象明顯減少，鋼水吸氮量、鋁損量也明顯降低，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 大包保護(hù)澆注相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)比

4 結(jié)論

大包保護(hù)澆注的影響因素較多，可控性較低，對(duì)連鑄生產(chǎn)及鋼水質(zhì)量影響較大。通過采取改進(jìn)長水口尺寸及質(zhì)量、控制長水口的連接密封、提高大包自開率、優(yōu)化中包鋼液面的保護(hù)澆注等措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定控制，達(dá)到了對(duì)大包保護(hù)澆注效果優(yōu)化的目的，改善了鋼水質(zhì)量，也為生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品提供了有力保障。

[1] 蔡開科.連鑄坯質(zhì)量控制[M]，冶金工業(yè)出版社，2010：17-21.

[2] 馮捷，史學(xué)紅等.連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007:247-249.

[3] 姜碧濤，閆衛(wèi)兵，張玉海.連鑄保護(hù)澆注對(duì)鋼水純凈度的影響[J].河北冶金，2015(5)：4-8.