連鑄坯夾雜物產(chǎn)生原因分析及改進(jìn)措施

段少平，皇甫江濤

1 前言

漢鋼1#連鑄機(jī)是用于生產(chǎn)小方坯（150 mm×150 mm）的八機(jī)八流弧形連鑄機(jī)，目前主要生產(chǎn)普碳鋼和低合金鋼。該連鑄機(jī)自2012年2月投產(chǎn)以來(lái)，普碳鋼內(nèi)部夾雜嚴(yán)重影響連鑄坯質(zhì)量，給企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)連鑄坯夾雜物問(wèn)題，對(duì)1#連鑄機(jī)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了深入分析，逐步掌握了產(chǎn)生大面積鋼坯夾雜的原因，通過(guò)規(guī)范人員操作，控制夾雜物來(lái)源，提高中間包冶金效果和耐材質(zhì)量等措施，有效控制了普碳鋼的夾雜物，提高了鑄坯的潔凈度。

2 連鑄坯夾雜物產(chǎn)生原因分析

漢鋼1#連鑄機(jī)是八機(jī)八流弧形連鑄機(jī)，具有生產(chǎn)150～200 mm方坯及Ф210 mm圓坯的能力，目前主要用于生產(chǎn)斷面為150 mm×150 mm的小方坯。連鑄機(jī)參數(shù)：連鑄機(jī)弧形半徑R10 m，振動(dòng)頻率75～240次/min，結(jié)晶器通過(guò)長(zhǎng)度900 mm，中間包容量45 t，流間距1 250 mm，工作拉速2.0～3.2 m/min。

針對(duì)連鑄坯內(nèi)部夾雜問(wèn)題，跟蹤連鑄坯的生產(chǎn)工藝過(guò)程和軋制情況。由于夾雜物來(lái)源廣泛，組成復(fù)雜，首先根據(jù)夾雜物的生成方式將其分為內(nèi)生夾雜和外來(lái)夾雜。內(nèi)生夾雜主要指鋼水自身產(chǎn)生的非金屬夾雜物；外來(lái)夾雜主要是指澆注過(guò)程中帶入的夾雜物，如鋼包、中間包耐火材料的侵蝕物，卷入的包渣和保護(hù)渣等［1］。

2.1 人員操作問(wèn)題

1）中間包、結(jié)晶器液面不穩(wěn)定，澆注過(guò)程卷渣頻繁。生產(chǎn)初期由于人員操作不熟練，澆注過(guò)程存在較為嚴(yán)重的漏洞：①結(jié)晶器液面波動(dòng)較大引起坯殼生長(zhǎng)的不均勻，大量的夾雜物也隨之被卷入凝固坯殼；②1#連鑄機(jī)中間包工作層使用鎂質(zhì)干式料，生產(chǎn)初期由于人員操作不熟練、大包水口控流頻繁，中間包液面不平穩(wěn)，加快了鋼水液面對(duì)干式料的沖刷，被沖刷的干式料嚴(yán)重污染鋼水。2017年3月，217870爐次Ⅵ流結(jié)晶器液面控制不穩(wěn)定、波動(dòng)大，液面卷渣，造成鑄坯缺陷明顯。

2）中間包排渣不及時(shí)。普碳鋼鋼水自身帶渣量較大，為提高金屬收得率，在鋼包水口大面積下渣時(shí)停澆，中間包液面渣層厚度大，最多時(shí)曾達(dá)到250 mm，導(dǎo)致了嚴(yán)重的工藝事故。中間包排渣不及時(shí)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①液面覆蓋劑難以吸收中間包內(nèi)鋼水的夾雜物；②正常澆注時(shí)，連鑄正常液面850 mm，在換鋼包、等鋼過(guò)程中中間包液面降低至550 mm，鋼水實(shí)際深度300 mm，在液面＜300 mm時(shí)上水口處形成旋渦，大量夾雜物流入結(jié)晶器凝結(jié)于初生坯殼［2］。

3）結(jié)晶器油與保護(hù)渣混合使用，形成硬度較大夾雜物并且難以撈出。

2.2 保護(hù)澆注使用不規(guī)范

保護(hù)澆注密封效果差、浸入式水口浸入深度不合理、水口偏斜等原因，嚴(yán)重影響保護(hù)澆注的效果，增加了鋼水二次氧化。

1）水口安裝精度差、使用不規(guī)范。①大包長(zhǎng)水口、浸入式水口安裝不對(duì)稱，對(duì)耐火材料內(nèi)壁沖刷較為嚴(yán)重，并且造成浸入式水口與快換水口之間產(chǎn)生間隙，容易吸收空氣，影響保護(hù)澆注的效果。②1#連鑄機(jī)使用直筒型浸入式水口，水口高度660 mm，中包車未使用升降裝置，在結(jié)晶器液面急劇波動(dòng)的情況下，無(wú)形中調(diào)整了浸入式水口的浸入深度，浸入式水口浸入深度過(guò)深，高溫鋼水沖刷結(jié)晶器下部坯殼，使坯殼變薄容易漏鋼。同時(shí)夾雜物難以上浮，浸入深度過(guò)淺，容易攪動(dòng)結(jié)晶器液面，造成卷渣影響鋼坯質(zhì)量。

2）保護(hù)渣加入不合理。人員操作隨意性較大，保護(hù)渣一次加入量較大，結(jié)晶器液面頻繁裸露，鋼水卷渣，影響保護(hù)澆注的效果；撈渣不規(guī)范，操作人員習(xí)慣性使用撈渣棍攪動(dòng)結(jié)晶器液面，破壞液渣流入結(jié)晶器銅管與初生坯殼之間。

3）大包長(zhǎng)水口密封效果差。安裝長(zhǎng)水口時(shí)，長(zhǎng)水口與鋼包滑動(dòng)水口若密封不嚴(yán)，水口裝不正，就會(huì)導(dǎo)致空氣吸入使鋼水二次氧化。又因長(zhǎng)水口內(nèi)孔徑比滑動(dòng)水口內(nèi)孔徑大，鋼水不能充滿內(nèi)孔，這時(shí)在長(zhǎng)水口頂部就形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，空氣不斷從縫隙中被吸入，造成鋼水的二次氧化；保護(hù)澆注使用初期，水口密封效果差，鋼水二次氧化嚴(yán)重，形成大量非金屬夾雜物，沿鋼坯內(nèi)弧分布。低倍分析可知，鑄坯中心疏松0.5級(jí)，角部裂紋為0.5級(jí)，非金屬夾雜物2.0級(jí)。由此斷定非金屬夾雜物缺陷為影響鋼坯質(zhì)量的主要因素。

2.3 鋼水溫度高

生產(chǎn)過(guò)程中以下?tīng)顩r會(huì)造成鋼水溫度的升高：1）澆注過(guò)程中堵斷流次數(shù)較多、拉速低澆注周期長(zhǎng)；2）中間包容量40 t、熔池深度1 m、流間距1.25 m、長(zhǎng)10 m，因一個(gè)爐次的澆注周期長(zhǎng)、中間包長(zhǎng)度大，為避免后期的澆注溫度低、結(jié)溜和Ⅰ、Ⅷ流形成死區(qū)［3］，中間包過(guò)熱度控制高。1#連鑄機(jī)主要生產(chǎn)普碳鋼和低合金鋼，鋼水過(guò)熱度普遍控制在30～50℃［4］。鋼水溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生諸多危害：1）鋼包包襯、中間包干式料和浸入式水口等耐火材料侵蝕嚴(yán)重，污染鋼水；2）初生坯殼內(nèi)外液芯溫差大，增加了鋼坯的裂紋比率和程度。

2.4 擋渣墻壽命低，影響夾雜物上浮

為了充分有效利用中間包容積，促進(jìn)夾雜物上浮，在中間包緩沖區(qū)部位安裝了2塊高度為1 m的擋渣墻。而中間包壽命為33 h，擋渣墻壽命僅為15 h，澆次后期夾雜物上浮效果差。

2.5 水口渣線設(shè)計(jì)不合理、斷裂頻繁

漢鋼采用長(zhǎng)660 mm的直筒型浸入式水口，渣線長(zhǎng)100 mm安裝于浸入式水口下端，中間包使用過(guò)程中無(wú)升降裝置，結(jié)晶器液面為手動(dòng)控制，波動(dòng)大，液面在上升時(shí)容易侵蝕至渣線以上部位的鋁碳質(zhì)本體，造成水口斷裂。

3 連鑄坯夾雜物控制措施

3.1 規(guī)范操作

1）提高吹氬效果，促進(jìn)非金屬夾雜物上浮。從轉(zhuǎn)爐出到鋼包的鋼水，其成分、溫度分布是不均勻的，并且存在大量的非金屬夾雜物和氣體，通過(guò)吹氬在一定程度上可以促使非金屬夾雜物和氣體上浮，提高鋼水純凈度。通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)吹氬參數(shù)進(jìn)行以下調(diào)整：1）將吹氬時(shí)間由7 min改為8～9 min；2）規(guī)范氬氣壓力和流量，吹氬時(shí)，吹氣壓力和流量的控制應(yīng)以不使鋼水裸露翻騰為原則。

2）穩(wěn)定中間包、結(jié)晶器液面。結(jié)晶器液面控制在±5 mm；正常澆注過(guò)程中中間包液面≥800 mm，更換鋼包時(shí)液面≥600 mm，在鋼水緊張時(shí)中間包液面≥300 mm。

3）控制中間包渣層厚度。普碳鋼每6 h組織排渣，當(dāng)渣層＞100 mm時(shí)，提前組織排渣，提高中間包覆蓋劑吸附夾雜物的能力，避免水口卷渣。

3.2 防止鋼水二次氧化

鋼水在澆注過(guò)程中二次氧化生成的大顆粒夾雜物，有的上浮、有的可能留在鋼中，成為鋼中夾雜物的重要來(lái)源。鋼中大顆粒夾雜物對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)極大的危害，要提高鋼的清潔度，就是要減少鋼中夾雜物，尤其是大顆粒夾雜物，關(guān)鍵是防止在澆注過(guò)程中鋼水二次氧化。

1）規(guī)范保護(hù)渣使用。①保護(hù)渣應(yīng)在開(kāi)澆基本完成之后才加入（加入后10 s內(nèi)完成套浸入式水口操作）；②保護(hù)渣應(yīng)少加、勤加、均勻加入；③液面波動(dòng)時(shí)，保護(hù)渣加入應(yīng)在液位上升過(guò)程中完成；④保護(hù)渣不得加到結(jié)晶器角部［5］。

2）正確安裝大包長(zhǎng)水口和浸入式水口，提高水口的密封效果。①在長(zhǎng)水口與滑動(dòng)水口之間加裝耐火纖維密封圈或金屬環(huán)，并采用惰性氣體氬氣對(duì)注流進(jìn)行密封保護(hù)，使長(zhǎng)水口頂部形成正壓，將注流與空氣隔絕，減少空氣的吸入量，避免二次氧化。②安裝長(zhǎng)水口前，長(zhǎng)水口碗部的粘鋼要及時(shí)清理干凈，長(zhǎng)水口對(duì)正，確保密封，確保鋼流不被二次氧化。

3.3 控制中間包過(guò)熱度

1）鋼包加砌絕熱層，減少包襯散熱損失。2）紅包出鋼，加快鋼包周轉(zhuǎn)，提高鋼包襯溫度。3）鋼包表面加碳化稻殼或保溫材料，減少熱損失。4）鋼包加蓋，使鋼包長(zhǎng)時(shí)間有效保溫，提高鋼包溫度。5）提高吹氬效果，均勻鋼水溫度，避免同一爐次前中后期中間包溫度不均勻的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)一系列的控制措施，中間包過(guò)熱度由30～50℃降低至20～35℃。

3.4 促進(jìn)夾雜物上浮

利用中間包大容量、深熔池，促進(jìn)夾雜物上浮，將原有的鎂質(zhì)擋渣墻改為鋁質(zhì)以提高擋渣墻壽命并與中間包同步。消除中間包底部的死區(qū)，改善鋼水流動(dòng)的軌跡，使鋼液沿鋼渣界面流動(dòng)，縮短夾雜物上浮距離，促進(jìn)保護(hù)渣對(duì)夾雜物的吸收［6］。

擋墻的使用還能將鋼包注流沖擊所引起的強(qiáng)烈渦流限制在局部區(qū)域內(nèi)，防止紊流擴(kuò)散引起表面波動(dòng)導(dǎo)致的鋼水內(nèi)部卷渣。

3.5 調(diào)整渣線安裝位置

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤分析，浸入式水口主要侵蝕部位為水口下端100～130 mm處，耐鋼水沖刷的渣線部位安裝于下端0～100 mm處，導(dǎo)致水口斷裂。為利用氧化鋯材質(zhì)的優(yōu)勢(shì)，將渣線部位安裝位置上移50 mm，解決了浸入式水口斷裂的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)規(guī)范操作，將吹氬時(shí)間控制在8～9 min之間，控制氬氣流量與壓力，減少鋼水二次氧化；控制渣層為100 mm以上，及時(shí)排渣。保護(hù)渣的正確使用，做到少加、勤加、均勻加，保證保護(hù)渣不進(jìn)入結(jié)晶器角部?？刂浦虚g包過(guò)熱度，由30～50℃降為20～35℃。利用中間包大容量、深熔池，促進(jìn)夾雜物上浮，提高中間包冶金效果。調(diào)整浸入式水口渣線，將渣線位置提高50 mm。采取一系列優(yōu)化改進(jìn)措施后，普碳鋼內(nèi)部夾雜的比率從萬(wàn)噸鋼5.2次，降低到目前的萬(wàn)噸鋼0.3次，為漢鋼煉鋼廠連鑄機(jī)的達(dá)產(chǎn)達(dá)效做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 蔡凱科.連鑄坯質(zhì)量控制［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］ 徐匡迪，肖麗俊，干勇，等.新一代潔凈鋼生產(chǎn)流程的理論解析［J］.金屬學(xué)報(bào)，2012，48（1）：1-10.

［3］ 史學(xué)紅.連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［4］ 王新東，常金寶，李雙武，等.高效率、低成本潔凈鋼制造平臺(tái)技術(shù)集成與生產(chǎn)實(shí)踐［J］.煉鋼，2012，28（4）：1-6.

［5］ 張立峰，王新華.連鑄鋼中的夾雜物［J］.山東冶金，2005，27（2）：1-5.

［6］ 成小龍.潔凈鋼高效生產(chǎn)工藝集成技術(shù)探討［J］.山東冶金，2013，35（4）：31-33.