連鑄保護(hù)澆鑄工藝改進(jìn)

吳禮旺

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司第二煉鋼廠，江蘇 南京 210000）

在連鑄保護(hù)澆鑄過程中，鋼水和空氣中氧氣接觸會發(fā)生，增加鑄坯產(chǎn)品氧化物含量，不利于產(chǎn)品質(zhì)量的提升。在連鑄保護(hù)澆鑄工藝中，防止鋼水被二次氧化是緩減環(huán)節(jié)。但就目前發(fā)展現(xiàn)狀而言，仍然存在一系列問題亟待解決，嚴(yán)重限制了鋼產(chǎn)品合格率對提升?；诖耍疚慕Y(jié)合實際案例，對連鑄保護(hù)澆鑄改進(jìn)做了如下分析。

1 案例分析

某金屬加工廠現(xiàn)有100t在頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐4座，LF精煉設(shè)備3套，158mm×158mm五機(jī)五流方坯連鑄機(jī)3臺，主要生產(chǎn)低合金鋼和普碳系列鋼。連鑄保護(hù)澆鑄中主要采用了固體保護(hù)的方式，其主要目的是隔絕空氣，避免空氣中的氧氣和高溫鋼水發(fā)現(xiàn)氧化反應(yīng)，降低鋼產(chǎn)品的雜志，提升合格率。具體連鑄保護(hù)澆鑄工藝為：在鋼包到中間包、中間包到結(jié)晶器等裸露部分，用保護(hù)渣覆蓋，降低空氣中的氧氣和高溫鋼水接觸的幾率，防止發(fā)生二次氧化。

2 連鑄保護(hù)澆鑄中工序中存在的問題

就該連鑄保護(hù)澆鑄工藝而言，在正常澆筑時熔池的深度為1200mm，鑄坯厚度可達(dá)250mm，寬度在800mm～1000mm之間。在具體生產(chǎn)過程中，存在的問題包括以下幾個方面：

（1）鋼水二次氧化仍然嚴(yán)重。在中間包開澆是整個連鑄保護(hù)澆鑄工藝的核心環(huán)節(jié)，但受到吹氬系統(tǒng)不完善因素的影響，各個班組吹氬操作規(guī)范存在較大的差異性，比如：中間包覆蓋劑加入量不均勻，在進(jìn)行中間包快換操作時，并沒有覆蓋劑保護(hù)，高溫鋼水氧化問題一直存在，二次氧化和增N量仍然比較嚴(yán)重，連鑄增N的質(zhì)量分出甚至大于10×10-6，鑄坯的合格率不足30%。

（2）長水口機(jī)械手不夠先進(jìn)。就該廠連鑄保護(hù)澆鑄工藝發(fā)展現(xiàn)狀而言，長水口機(jī)械手使用年限比較長，在生產(chǎn)中存在很多缺陷，難以有效控制二次氧化和增N現(xiàn)象。此外，壓力不足導(dǎo)致長水口和鋼包下水口難以實現(xiàn)密切接觸，在連鑄保護(hù)澆鑄過程中頻繁發(fā)生長水口晃動現(xiàn)象，而在鋼水注流的作用下，在長水口和鋼包下水口之間會形成負(fù)壓，空氣進(jìn)入，導(dǎo)致鋼水發(fā)生二次氧化和增N。

（3）長水口結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。長水口結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，也是連鑄保護(hù)澆鑄工藝中引發(fā)二次氧化和增N的主要原因。目前該鋼材長水口為直筒型結(jié)構(gòu)，只能在中間包鋼液面以上進(jìn)行澆筑，當(dāng)鋼包開澆以后，再下降到鋼包插入鋼液面以下，容易在中間包中形成鋼水卷渣，進(jìn)而增加鋼水和空氣接觸的面積，致使高溫鋼水二次氧化和增N的問題發(fā)生[1]。此外，原有放水口密封不嚴(yán)，或者密封墊圈在使用過程中，發(fā)生變形、松弛、破損等，導(dǎo)致接觸面存在間隙，使得空氣進(jìn)入引發(fā)二次氧化和增N。

（4）中間包鋼液面翻騰比較嚴(yán)重。在連鑄保護(hù)澆鑄過程中，當(dāng)鋼水進(jìn)入中間包到包底以后，再反彈回流到鋼水液面，會在沖擊區(qū)域發(fā)生鋼水沸騰現(xiàn)象，和空氣接觸后，會發(fā)生二次氧化，從而降低產(chǎn)品品質(zhì)。目前連鑄保護(hù)澆鑄工藝中，使用了分體式浸入式水口，在生產(chǎn)過程中，受到上下水口板件吹氬管路堵塞和漏氣的影響，在澆筑時密封效果降低，水口板間吸氣或者水口破損，都會導(dǎo)致空氣進(jìn)入，進(jìn)而引發(fā)二次氧化。

3 連鑄保護(hù)澆鑄工藝改進(jìn)措施

（1）增加中間包包蓋吹氬裝置。在中間包烘烤結(jié)束到開澆前，如果缺乏完善的保護(hù)措施，則會導(dǎo)致大量空氣進(jìn)入中間包，進(jìn)而發(fā)生氧現(xiàn)象。因此，為解決此類問題。連鑄保護(hù)澆鑄時，在中間包覆蓋劑加入之前，為防止二次氧化現(xiàn)象的發(fā)生，重新增設(shè)了中間包包蓋吹氬裝置。但中間包烘烤結(jié)束后先打開再吃吹氬管路，并增加氬氣壓力，以高速吹氬氣的方法，對中間包進(jìn)行全面吹掃，將中間包中的空氣全部排出，以便在中間包中形成一個氬氣保護(hù)層，直到中間包噸位上升到55t以后，再用覆蓋劑進(jìn)行全面覆蓋，此后關(guān)閉吹氬裝置，以免在連鑄保護(hù)澆鑄過程中，高溫鋼水和空氣直接接觸，進(jìn)而達(dá)到降低首開澆鋼水二次氧化和增N現(xiàn)象，提升鋼產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

（2）全面改造長水口機(jī)械手。在連鑄保護(hù)澆鑄過程中，鋼水對長水口會造成一個較強(qiáng)的沖擊力，發(fā)生了多起長水口脫落現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了連鑄保護(hù)澆鑄生產(chǎn)效率和質(zhì)量。此外，由于長水口機(jī)械手頂升壓力比較小，在澆鑄過程中，經(jīng)常發(fā)生長水口和鋼包下水口接觸不嚴(yán)的問題，導(dǎo)致大量空氣進(jìn)入，進(jìn)而引發(fā)鋼水二次氧化和增N現(xiàn)象。針對此類問題，機(jī)械工程設(shè)計方提出改造長水口機(jī)械手的目的。

（3）對長水口進(jìn)行全面改進(jìn)。在該鋼材連鑄保護(hù)澆鑄過程中，長水口有2種結(jié)構(gòu)形式，一種是直筒型長水口，另一種是浸入式開澆長水口，二者各有特性。此外，長水口溶劑的增加，可降低空氣被注流壓縮后反作用力，此種作用力不足以將長水口和鋼包下水口分離開來，鋼水也就無法形成逆向運動，進(jìn)而避免了長水口脫落或者溢鋼現(xiàn)象的發(fā)生。

在長水口的上端也要加裝吹氬裝置，以便在澆鑄過程中，形成氬氣保護(hù)罩，避免空氣進(jìn)入引發(fā)二次氧化，提升鋼產(chǎn)品澆鑄保護(hù)效果。此外，還要對長水口密封墊層進(jìn)行改進(jìn)，將墊層形狀改變?yōu)槠綘罴雍衩芊鈮|片，確保鋼包下水口和長水口碗口地面接觸的緊密性，避免存在漏氣現(xiàn)象，提升氬氣保護(hù)效果，保證密封件的穩(wěn)定性。

（4）合理設(shè)置穩(wěn)流器。在連鑄保護(hù)澆鑄過程中，合理設(shè)置穩(wěn)流器，可有效避免中間包沖擊區(qū)域鋼液面翻滾現(xiàn)象的發(fā)生，降低反彈注流對中間包鋼液面的沖擊，此外，浸入式開澆長水口下部增加，也可以起到緩減鋼流沖擊速度的作用，避免鋼流直接沖擊包液面，控制中間包鋼液面翻滾程度，降低鋼水二次氧化和增N現(xiàn)象的發(fā)生。

4 連鑄保護(hù)澆鑄工藝改進(jìn)效果分析

通過采用上述改進(jìn)措施后，連鑄保護(hù)澆鑄過程中，二次氧化和增N現(xiàn)象得到了明顯改善，鑄坯合格率大幅度提升，不但提升了生產(chǎn)效率，保證了經(jīng)濟(jì)效益，而且減輕了工作人員勞動強(qiáng)度。低碳鋼中Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在300×10-6～500×10-6之間，滿足低碳鋼生產(chǎn)相關(guān)工藝和標(biāo)準(zhǔn)的要求。品種鋼中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從改進(jìn)前的36.42×10-6降低到改進(jìn)后的30.64×10-6，連鑄過程增N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從改進(jìn)前的8.6×10-6降低到改進(jìn)后的5×10-6，超低碳汽車用鋼成品N質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在18×10-6以內(nèi)，有效滿足了不同鋼種生產(chǎn)的需求。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合實際案例，分析了連鑄保護(hù)澆鑄工藝改進(jìn)，分析結(jié)果表明，為最大限度上提升連鑄保護(hù)澆鑄工藝水平，需要從鋼包注流、中間包沖擊區(qū)域、開澆期鋼水、中間包注入流等能和空氣接觸的區(qū)域采取一系列保護(hù)措施，避免在連鑄保護(hù)澆鑄過程中，高溫鋼水和空氣，而發(fā)生二次氧化現(xiàn)象，減少成品鋼中N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，提升鑄坯合格率，降低安全事故發(fā)生的概率，為進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的安全性奠定堅實基礎(chǔ)。通過改進(jìn)效果分析可以看出，采用上述改進(jìn)措施，符合目前鋼材連鑄保護(hù)澆鑄工藝落后，質(zhì)量不高的要求，值得大范圍推廣應(yīng)用。