薄板坯中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造應用實踐

鞏彥坤 張 濤 吳忠有 楊學雨

（河北鋼鐵集團邯鋼公司）

0 前言

連鑄中間包作為將鋼包與結(jié)晶器連接起來的中間過渡性設備，可以防止鋼水二次氧化和吸氣、改善鋼水的流動狀態(tài)、防止卷渣和促進夾雜物上浮、微調(diào)鋼水成分、控制夾雜物形態(tài)和精確控制鋼水過熱度，對提高連鑄作業(yè)率、多爐連澆和擴大連鑄品種、改善鑄坯質(zhì)量有重要作用。隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，中間包的冶金作用受到了越來越多的重視。近年來，各個煉鋼廠為了凈化鋼液，不斷對中間包結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改造，通過改變澆鋼過程中中間包內(nèi)鋼水的流動特性，以提高中間包內(nèi)夾雜物的去除效果。

針對邯鋼薄板坯連鑄機在中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造方面取得的成功經(jīng)驗進行了詳細闡述，其效果顯著，應用以來取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 原有中間包結(jié)構(gòu)及存在問題

邯鋼CSP薄板坯連鑄機原有中間包內(nèi)部為傳統(tǒng)的一墻兩壩結(jié)構(gòu)（如圖1所示），這種設計的中間包包內(nèi)流場基本合理，有利于連澆過程中夾雜物的上浮和排渣操作，但在生產(chǎn)應用過程中仍存在問題。

圖1 一墻兩壩結(jié)構(gòu)中間包

在連鑄澆次第一爐鋼包開澆時，這種墻壩組合設計的擋渣效果形同虛設。當鋼包滑動水口打開后，鋼包水口內(nèi)先流下50 kg左右的引流砂，緊接著鋼流沖下，對包底產(chǎn)生強烈沖擊，將沖擊板上的打結(jié)料耐材部分沖刷下來。在鋼包開澆30 s后，中包內(nèi)鋼液面上升到250 mm左右，在這一液面高度下，鋼水、引流砂和脫落的耐材強烈紊流混合形成鋼渣混合物，在強烈紊流的環(huán)境中大部分夾雜物會從擋渣墻下流過并越過擋渣壩進入塞棒側(cè)，這樣塞棒側(cè)的鋼水就會受到重度污染，如圖2所示。原墻壩結(jié)構(gòu)要使中包液面上升到700 mm的時候，鋼液面正好埋沒過正常澆鋼時長水口的下出鋼口，此時中包沖擊區(qū)鋼水液面穩(wěn)定，中間包內(nèi)流場也相對穩(wěn)定，鋼渣基本分離，這需要2 min。而CSP薄板坯連鑄機工藝要求中間包必須在鋼包開澆2 min左右開澆，也就是說原墻壩結(jié)構(gòu)無法在中包開澆前完成穩(wěn)定流場、鎮(zhèn)凈鋼水的要求。當中間包向結(jié)晶器澆注鋼水時，部分夾雜物因來不及上浮而卷入結(jié)晶器內(nèi)，產(chǎn)生鑄坯質(zhì)量缺陷，澆次第一爐發(fā)生邊裂，表面夾雜的幾率特別大，嚴重時還會造成裹渣漏鋼事故。

圖2 改進前第一爐鋼包開澆30 s中間包內(nèi)的鋼水

原有中間包浸入式水口安裝在包底的最低位，塞棒和浸入式水口對接處會形成一個較小的夾角區(qū)。從力學上分析，鋼流前沿的夾雜物容易在此聚集，且不利于上浮。此外，鋼包開澆時中間包內(nèi)壁與鋼水溫差有560 ℃左右，從鋼包開澆到中間包開澆這2 min之內(nèi)，由于中間包包壁吸熱會在中間包包壁尤其是包底形成一層凍狀冷鋼，這層流動性差的凍狀冷鋼在塞棒打開瞬間流入浸入式水口，會造成開澆鋼流不穩(wěn)定，進而導致結(jié)晶器灌不滿發(fā)生死機或開澆冒鋼。

2 改造后的中間包結(jié)構(gòu)

為了解決上述問題，主要進行了擋渣墻底部可熔型擋渣墻技術(shù)開發(fā)，浸入式水口頸部設計優(yōu)化及安裝位置改進等，改進后的中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 改進后的中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 可熔型擋渣墻技術(shù)開發(fā)

底部可熔型擋渣墻技術(shù)即在中間包擋渣墻底部安裝即熔鋼板（如圖3所示）。即熔鋼板選用低碳鋼系列，安裝在擋渣墻下部，與包底相接，形狀和尺寸與擋渣墻和包壁之間的空位形狀和尺寸相同，從而將擋渣墻左右完全分開。在澆次鋼包第一爐開澆時，可熔型擋渣墻可將鋼包水口內(nèi)流下的引流砂和中間包內(nèi)被鋼流沖涮下的耐材完全擋在擋渣墻左側(cè)的沖擊區(qū)內(nèi)。經(jīng)過多次試驗論證，對即熔鋼板厚度進行試驗，最終設計即熔鋼板在鋼包開澆后30 s左右熔化，此時中間包沖擊區(qū)內(nèi)的鋼水約4 t，沖擊區(qū)鋼液面快速上升到距離包底700 mm左右的地方，如圖4所示。

圖4 改進后鋼包開澆30 s中間包內(nèi)鋼水

已知鋼包下水口直徑為65 mm，開到最大時鋼包長水口內(nèi)的流速為340 m/min，沖擊區(qū)域中間包寬800 mm，長1 000 mm，設開澆30 s后中包內(nèi)鋼水液面為x m，那么開澆30 s后注入中間包 的 鋼 水 量 為（0.065/2）2×3.14×30/60×340 =0.8×1.0×x，則液面高x為0.70 m。通過計算，并結(jié)合生產(chǎn)實踐論證，在鋼包開澆30 s后，長水口已浸入到鋼液面以下，鋼水流場相對穩(wěn)定，夾雜物已充分上浮。即熔鋼板在這時熔化，底部即熔型擋墻與擋壩配合，使流入塞棒側(cè)的鋼水相對純凈。這就從源頭上保證了澆次起步鋼水的純凈度，同時也提高了鑄坯質(zhì)量，減少了開澆裹渣漏鋼事故的發(fā)生。中間包內(nèi)流場也有利于鋼液成分、溫度的均勻，縮小了死區(qū)的體積。在2014年至今的使用中取得了良好的較果,開澆卷渣漏鋼事故由2014年的5次/年降低到了目前的0次/年。

2.2 浸入式水口尺寸及安裝優(yōu)化

原有中間包浸入式水口安裝在包底的最低位，塞棒和浸入式水口對接處形成了一個較小的夾角區(qū)，通過加長浸入水口上沿，使水口上沿高出原設計30 mm，這樣塞棒和水口對接處就避開了底部小夾角區(qū)，夾雜物不易在此聚集，既使有少量夾雜物在此，從力學角度來說，也利于上浮；另外，入口處高出于包底凍狀冷鋼層，避免了中間包開澆后凍狀冷鋼流入浸入式水口，預防了鋼流不可控造成結(jié)晶器灌不滿死機或冒鋼事故的發(fā)生。改進前后浸入式水口安裝效果對比如圖5所示，效果非常明顯。

圖5 浸入式水口安裝效果

3 實際應用效果

中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進后，進行了生產(chǎn)跟蹤統(tǒng)計和分析，結(jié)果如下表1所示。

由表1可以看出，澆次第一爐鑄坯的夾雜物含量、裂紋率均有明顯下降。澆次開澆裹渣漏鋼事故杜絕，塞棒及工作層的侵蝕量明顯減輕，耐火材料壽命得到了提高，最高連澆爐數(shù)提升到34 爐/澆次。

表1 中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化后應用效果對比

4 結(jié)論

采用可熔型擋渣墻技術(shù)、中間包浸入式水口尺寸及安裝優(yōu)化等措施對薄板坯連鑄中間包結(jié)構(gòu)進行了改造。經(jīng)過多年的應用實踐表明，中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，開澆鋼水潔凈度有效提升，開澆裹渣漏鋼事故杜絕，耐火材料壽命有效提高，最高連澆爐數(shù)提升到34 爐/澆次。