IF 鋼澆鑄過程浸入式水口結(jié)瘤的治理研究

閆文濤， 李 勤

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鋼作業(yè)部， 河北 唐山 063200）

浸入式水口是連鑄生產(chǎn)中最關(guān)鍵的功能耐火材料之一，目前廣泛使用的是鋁炭質(zhì)和鋁鋯炭質(zhì)復(fù)合水口，基本上能夠滿足連鑄技術(shù)的要求。但在澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼和含鈦及稀有元素鋼種時(shí)，在水口內(nèi)壁部位易產(chǎn)生Al2O3的附著，嚴(yán)重影響和限制了連鑄生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外對(duì)浸入式水口附著堵塞問題進(jìn)行了廣泛的研究。由于水口結(jié)瘤是一個(gè)多方面因素交叉綜合影響的結(jié)果，現(xiàn)有的論文均是針對(duì)某一個(gè)方向進(jìn)行深入分析而忽略了整體，所以對(duì)此問題問題的治理均沒有取得較好的結(jié)果，所以將各方面的影響因素進(jìn)行綜合分析，從而區(qū)分影響因素的主次輕重，再針對(duì)性采取措施就成了當(dāng)下的研究方向。某鋼廠就實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題，通過研究水口結(jié)瘤的機(jī)理，制定相應(yīng)的治理辦法，較好的控制了水口結(jié)瘤率。

1 Al2O3-C 質(zhì)水口堵塞物分析

Al2O3-C 質(zhì)浸入式水口在澆鑄超低碳（w（[C]）≤0.01%）鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，水口附著物的顯微結(jié)構(gòu)基本由脫碳層、網(wǎng)狀A(yù)l2O3致密層、堆積狀A(yù)l2O3疏松層組成[1]。

1.1 脫碳層

對(duì)某鋼廠發(fā)生水口結(jié)瘤換下的水口取樣，脫碳層各元素進(jìn)行了EDS 線掃描分析，從圖1-1 和圖1-2 可以看出，[Si]元素和[Al]元素含量從耐火材料本體層到脫碳層沿黃色箭頭指示方向逐漸減少，說明上述脫碳層反應(yīng)存在，并在水口壁附近鋼液形成濃度梯度。

圖1 脫碳層元素線掃描分布

1.2 網(wǎng)狀A(yù)l2O3 致密層

由圖2-1 可見靠近水口側(cè)結(jié)瘤物形貌為致密狀氧化鋁層，主要是耐材本身的Al2O3骨架料和鋼液中的Al2O3附著水口壁面產(chǎn)生，圖中深色顆粒即為氧化鋁顆粒間的微細(xì)鐵粒。網(wǎng)狀致密層組織結(jié)構(gòu)呈致密的網(wǎng)絡(luò)狀（圖2-2）。

圖2 網(wǎng)狀A(yù)l2O3 致密層

1.3 堆積狀A(yù)l2O3 疏松層

由圖3-1 可見靠近鋼液側(cè)為疏松堆積狀氧化鋁層。該層結(jié)構(gòu)疏松（圖3-2），遠(yuǎn)離水口本體，此層A12O3的沉積主要靠鋼水的渦流作用將懸浮在鋼液中的氧化鋁推至水口壁。

2 IF 鋼浸入式水口結(jié)瘤治理思路

2.1 鋼水潔凈度

圖3 堆積狀A(yù)l2O3 疏松層

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，鋼包頂渣氧化性控制已經(jīng)成為進(jìn)一步改善超低碳鋼潔凈度的主要思路[2]。

轉(zhuǎn)爐出鋼至RH 進(jìn)站過程，鋼中[O]的降低與頂渣TFe 降低呈線性關(guān)系。RH 真空處理結(jié)束后鋼中夾雜物的數(shù)量與結(jié)束渣TFe 呈線性關(guān)系。鎮(zhèn)靜和澆注過程氧化性頂渣會(huì)持續(xù)危害鋼液潔凈度，導(dǎo)致鋼液［Als］和［Ti］的損失值增大。頂渣氧化性影響鋼液潔凈度，進(jìn)而影響浸入式水口出口的堵塞。

通過對(duì)大量發(fā)生水口結(jié)瘤的爐次進(jìn)行分析、對(duì)比，當(dāng)IF 鋼精煉出站鋼包頂渣w（TFe）≤4%時(shí)，對(duì)鋼水潔凈度起到明顯得凈化，有利于降低水口結(jié)瘤率。

2.2 精煉RH 真空度

根據(jù)鋼種工藝參數(shù)控制文件的要求，IF 鋼在RH 精煉處理過程中起真空度變化范圍比較寬泛，真空度范圍在200～800 Pa 之間變化，而根據(jù)實(shí)際的效果來看，當(dāng)工作真空度處于200～400 Pa 之間時(shí)，對(duì)應(yīng)的鋼水澆鑄平穩(wěn)，對(duì)200～400 Pa、400～600 Pa、600～800 Pa 工作真空度各統(tǒng)計(jì)30 個(gè)澆次，水口結(jié)瘤率對(duì)比結(jié)果如圖4。

圖4 RH 真空度與結(jié)瘤率的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3 全保護(hù)澆注

塞棒、上水口、浸入式水口與上水口接觸面之間三個(gè)部位的密封氬氣在實(shí)際生產(chǎn)中有兩個(gè)方面的作用：密封保護(hù)和降低液面波動(dòng)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[3]可知，大包長(zhǎng)水口與鋼包下水口連接方式采用臺(tái)式雙密封、環(huán)形槽式吹氬的連接方式可以最大限度的做好長(zhǎng)水口碗部保護(hù)澆注。澆鑄過程中控制中間包覆蓋劑的加入方式和重量，可以杜絕中間包鋼水液面與空氣接觸。

當(dāng)氬氣流量偏小的時(shí)候，無法起到密封保護(hù)的總用。經(jīng)過不斷實(shí)踐，在澆鋼過程中，三路氬氣總流量保持在20 L/min 可以明顯降低水口結(jié)瘤率。

2.4 浸入式水口烘烤溫度

浸入式水口作為鑄機(jī)澆鑄過程中主要的功能部件，對(duì)水口結(jié)瘤起到了至關(guān)重要的作用，在治理水口結(jié)瘤過程中對(duì)浸入式水口的安裝垂直度、基體材料、烘烤溫度、保溫層厚度等方面均進(jìn)行了針對(duì)性的分析對(duì)比，最終發(fā)現(xiàn)，當(dāng)浸入式水口烘烤溫度由1 250 ℃提高至1 400 ℃后，水口結(jié)瘤率出現(xiàn)明顯的下降，對(duì)比效果如圖5。

圖5 SEN 烘烤溫度與結(jié)瘤率的關(guān)系

2.5 拉速的變化

根據(jù)文獻(xiàn)可知，在較高拉速下即使較少量的變速，由于結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)狀態(tài)受到突發(fā)干擾， 也會(huì)造成鑄坯表層夾雜物含量的顯著增加。在較高拉速時(shí)應(yīng)避免對(duì)拉速進(jìn)行變動(dòng)或采用低的拉速改變速率[4]。

基于這種理論指導(dǎo)，實(shí)際生產(chǎn)中控制恒拉速可以有效的降低水口結(jié)瘤，目前恒拉速率基本穩(wěn)定在98%以上。

2.6 浸入式水口結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過對(duì)水口結(jié)瘤的攻關(guān)[5]，發(fā)現(xiàn)高拉速浸入式水口采用常規(guī)拉速澆注時(shí)，水口出口上部存在返流區(qū)，不利于水口堵塞控制。

研發(fā)設(shè)計(jì)新型浸入式水口，水口向下出口角度由10°增大到29°，水口底部形狀由凸底改為凹底，并將水口出口面積比減小為1.5，出口形狀采用橢圓形設(shè)計(jì)以減小水口出口回流區(qū)的比例，減小氧化鋁堵塞水口的可能性。

根據(jù)水模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，凹底、大傾角和橢圓形出口水口有利于結(jié)晶器液位波動(dòng)控制。大規(guī)模使用橢圓形水口后，超低碳水口結(jié)瘤率降幅達(dá)50%。

3 IF 鋼浸入式水口結(jié)瘤治理結(jié)果

通過采取以上措施，IF 鋼結(jié)瘤率最終穩(wěn)定在1%以內(nèi)。結(jié)瘤率趨勢(shì)如42 頁圖6。

4 結(jié)論

1）控制轉(zhuǎn)爐出鋼過程下渣、精煉處理結(jié)束后鋼包頂渣w（TFe）≤4%、減少精煉處理過程吹氧升溫操作，對(duì)鋼水潔凈度能夠有效控制。

圖6 IF 鋼浸入式水口結(jié)瘤率

2）連鑄保護(hù)澆注氬氣總流量提高到20 L/min，能夠起到有效抑制水口結(jié)瘤作用。

3）使用橢圓形水口，超低碳水口結(jié)瘤率降幅達(dá)50%。