連鑄全保護(hù)澆注技術(shù)研究

王 丹

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司,河北 063000）

0 引言

要滿足高端熱軋和冷軋板材產(chǎn)品用戶對(duì)鋼材質(zhì)量的需求，就要從提高鋼材的潔凈度入手，而鋼材的潔凈度與連鑄鋼水的潔凈度是密不可分。近年來，唐山不銹鋼公司通過開展轉(zhuǎn)爐底吹優(yōu)化、全流程控氧和爐渣改質(zhì)等潔凈鋼冶煉工藝技術(shù)措施的實(shí)施，鋼水潔凈度水平得到顯著提高，采用潔凈鋼工藝生產(chǎn)的冷軋板材已形成了向?qū)汃R、福特、吉利等國(guó)內(nèi)外知名汽車主機(jī)廠供應(yīng)汽車外板的能力。但是，由于連鑄工序的鋼包下渣和鋼水二次氧化造成的鑄坯夾渣等問題，導(dǎo)致鑄坯表面缺陷時(shí)有發(fā)生，鑄坯修磨量大，且修磨后高等級(jí)O5 汽車板熱軋板卷和冷軋板卷的降判比例依然分別高達(dá)13.40%和3.20%，質(zhì)量損失非常巨大。

因此，唐山不銹鋼公司開展了提升連鑄全保護(hù)澆注技術(shù)和降低連鑄坯皮下夾渣缺陷的研究。本文對(duì)唐山不銹鋼公司板坯連鑄工藝影響鑄坯純凈度的問題進(jìn)行了分析，有針對(duì)性的提出了工藝改進(jìn)措施，并對(duì)改進(jìn)措施實(shí)施效果進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 連鑄生產(chǎn)工藝存在的問題

1.1 鋼包下渣的問題

唐山不銹鋼公司在潔凈鋼的生產(chǎn)過程中比較注重冶煉工藝的改進(jìn)，通過開展轉(zhuǎn)爐底吹優(yōu)化、全流程控氧和爐渣改質(zhì)等潔凈鋼冶煉工藝技術(shù)措施的實(shí)施，鋼水潔凈度水平得到顯著提高。但對(duì)澆鑄末期鋼包下渣的危害性認(rèn)識(shí)不足，為提高鋼水收得率，往往造成鋼包下渣量過大，當(dāng)中間包液位過低時(shí)，鋼包渣容易被卷入鑄坯形成夾渣。

唐山不銹鋼公司現(xiàn)有鋼包底部為平面，無異形結(jié)構(gòu)，增加了鋼包澆注末期旋渦卷渣的臨界高度。這種包底結(jié)構(gòu)造成：在剩鋼水量一定時(shí)，下渣量較大；在下渣量一定時(shí)，剩鋼水量多[1,2]。因此，平面的鋼包包底既不利于提高鋼水收得率，又不利于鋼水質(zhì)量。

1.2 鋼包下水口與保護(hù)套管密封效果差的問題

在鋼包下水口與保護(hù)套管之間密封方面，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工藝主要存在以下問題：

（1）鋼包澆注結(jié)束后，在鋼包區(qū)域經(jīng)常發(fā)現(xiàn)下水口破損掉塊的現(xiàn)象，這主要是由于下水口粘鋼（見圖1），導(dǎo)致下水口下部鐵皮熔損，強(qiáng)度降低后的下水口耐材與保護(hù)套管耐材粘連，鋼包澆注結(jié)束摘取保護(hù)套管時(shí)，鋼包下水口破損，在下一爐鋼澆鑄時(shí)造成密封不嚴(yán)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)鋼包下水口粘鋼比例達(dá)30%。

圖1 鋼包下水口粘鋼現(xiàn)象

（2）現(xiàn)有在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)將密封圈安裝在保護(hù)套管碗部?jī)?nèi)的作業(yè)方式，無法判斷保護(hù)套管與鋼包下水口對(duì)接過程中，密封圈是否被鋼包下水口碰撞損壞。

（3）在執(zhí)行連滑作業(yè)時(shí)，鋼包下水口外壁粗糙，密封圈易被損壞，使密封圈內(nèi)部整體斷裂，密封失效。

1.3 下渣檢測(cè)系統(tǒng)靈敏度差的問題

唐山不銹鋼公司目前采用的是振動(dòng)式下渣檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過多年的運(yùn)行，系統(tǒng)存在許多問題。主要問題包括：硬件過于分散，不利于維護(hù)；軟件界面過于復(fù)雜，不利于分析問題；傳感器陳舊，預(yù)報(bào)和漏報(bào)率高。

1.4 中間包密封效果差的問題

中間包的吹氬管道埋設(shè)在中間包蓋耐材內(nèi)，管道經(jīng)長(zhǎng)期高溫作用，容易氧化破損，且在包蓋制作過程中管道容易堵塞。在澆注過程中，經(jīng)常出現(xiàn)閥門全開，但無流量的情況。

2 連鑄工藝改進(jìn)措施及改進(jìn)

2.1 異形包底鋼包的開發(fā)

為了減少鋼包下渣量，提高鋼水收得率，開發(fā)異形包底的鋼包，其結(jié)構(gòu)示意如圖2 所示。異形包底的鋼包改變了包底耐材堆砌方案，即將水口座磚附近的包底較沖擊區(qū)高出50 mm，較非沖擊區(qū)高出100 mm。異形包底鋼包投入使用后改善鑄坯質(zhì)量效果顯著。

圖2 異型包底改造方案

（1）異形包底的鋼包使用后的包底情況如圖3所示。由圖3 可以看出包底異型部分依然清晰可見，異型處較沖擊區(qū)依然有40～50 mm 的高度，說明異型形狀在多爐使用過后仍保持較好。

圖3 鋼包使用下線后的包底

（2）異形包底鋼包在IF 鋼澆鑄上進(jìn)行了多輪試驗(yàn)，即將采用異形包底鋼包與普通鋼包的連鑄中包鋁損進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖4 所示。由圖4 可以看出，采用異形包底鋼包澆鑄IF 鋼可降低酸鋁損失7～14 ppm，平均為10 ppm，效果顯著。

圖4 異形包底鋼包與普通鋼包的連鑄中包鋁損對(duì)比

（3）因?yàn)殇摪鼭沧⒛┢谙略饕怯绊憼t次交接坯的質(zhì)量，因此對(duì)爐次交接坯生產(chǎn)的熱軋卷夾渣情況進(jìn)行了跟蹤調(diào)查統(tǒng)計(jì)，表1 為異形包底鋼包對(duì)熱軋板卷夾渣發(fā)生率的影響情況。由表1 可以可看出，普通鋼包的夾渣發(fā)生率為2.22%，而異形包底鋼包的夾渣發(fā)生率為0%。說明，異形包底鋼包能提高鋼水質(zhì)量。

表1 異形包底鋼包對(duì)熱軋板卷夾渣發(fā)生率的影響

綜上所述，異型包底可減少大包下渣，對(duì)減弱氧化性鋼包渣對(duì)中包鋼水的污染有很好的效果，在提高鋼水潔凈度的同時(shí)，提高了鋼水收得率。

2.2 鋼包下水口與保護(hù)套管的密封優(yōu)化

（1）開發(fā)下水口檢測(cè)工具。按照鋼包下水口尺寸制作下水口檢測(cè)工具，套入鋼包下水口外部檢查水口粘鋼是否會(huì)影響保護(hù)套管的安裝，當(dāng)鋼包下水口檢測(cè)工具無法套入鋼包水口時(shí)，該套鋼包滑板、水口禁止連滑。

（2）優(yōu)化密封墊圈的安裝作業(yè)流程。原作業(yè)流程為連鑄作業(yè)區(qū)將密封圈安裝到大包保護(hù)套管碗部?jī)?nèi)，現(xiàn)改為鋼包作業(yè)區(qū)在更換滑板、水口等作業(yè)后，將密封圈套裝在鋼包下水口外側(cè)。鋼包安裝保護(hù)套管前，由連鑄機(jī)長(zhǎng)檢查鋼包下水口是否套有纖維密封圈。若密封圈無掉落，則無需在長(zhǎng)水口碗部安裝密封圈，直接安裝長(zhǎng)水口開澆；若密封圈掉落，則將密封圈放置在長(zhǎng)水口碗部后，再安裝長(zhǎng)水口開澆。

（3）優(yōu)化鋼包作業(yè)區(qū)密封圈安裝方法。鋼包下水口處安裝密封圈時(shí)，在密封圈內(nèi)側(cè)中下部涂抹火泥，既可保證密封圈的牢固程度，又可保護(hù)鋼包下水口鐵皮不被熔損，減少粘鋼。

通過上述措施的實(shí)施，鋼包下線后下水口狀態(tài)完好，粘鋼和鐵皮熔損的比例大幅降低，由原來的30%降低至10%以下，鋼包滑板連滑次數(shù)由之前的1.12 次提升至2.09 次。

2.3 大包檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)

針對(duì)以上問題，對(duì)鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，主要的內(nèi)容有：

（1）整合下渣檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)模塊，優(yōu)化檢測(cè)系統(tǒng)軟件界面，使其更加友好化；

（2）現(xiàn)場(chǎng)增加攝像儀，時(shí)時(shí)監(jiān)控長(zhǎng)水口和中包液面接觸區(qū)域情況，防止意外下渣情況發(fā)生，并與振動(dòng)下渣檢測(cè)系統(tǒng)協(xié)同判段大包下渣情況；

（3）現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)下渣檢測(cè)系統(tǒng)監(jiān)控畫面顯示器，在顯示器上可以獲知上包澆鋼時(shí)間、本包澆鋼時(shí)間、中包液位控制的狀態(tài)、傳感器振動(dòng)狀態(tài)、沖擊區(qū)域狀態(tài)、中包覆蓋劑鋪蓋狀態(tài)；

（4）升級(jí)現(xiàn)場(chǎng)檢查傳感器，提高傳感器靈敏度。

鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)升級(jí)改造后，下渣報(bào)警準(zhǔn)確率由62.86%提高到了86.55%，減輕了中包鋼水被大包氧化性爐渣污染的幾率。圖5 對(duì)比了升級(jí)改造前后的下渣報(bào)警準(zhǔn)確率和連鑄中包酸鋁損失情況。升級(jí)改造后連鑄中包酸鋁損失平均值降低了15%。

圖5 大包下渣系統(tǒng)升級(jí)前后的對(duì)比（左：報(bào)警準(zhǔn)確率；右：中包酸鋁損失）

2.4 中間包密封優(yōu)化

2.4.1 中間包包蓋吹氬管路優(yōu)化

（1）對(duì)包蓋氬氣管道的布局進(jìn)行了優(yōu)化。取消埋設(shè)于中包耐材內(nèi)的氬氣管道，取而代之的是通過包蓋頂部直接吹入氬氣，減少位于中包耐材內(nèi)的管道長(zhǎng)度，也減少了管道堵塞和破損的幾率。

（2）在中包包蓋吹氬主管道上安裝了氬氣流量計(jì)，對(duì)中間包吹氬流量進(jìn)行監(jiān)控，不僅提高了操作的標(biāo)準(zhǔn)化水平，還減少了鋼水質(zhì)量波動(dòng)的隱患。

（3）針對(duì)中間包包蓋開孔特征，對(duì)包蓋開放孔密封進(jìn)行了優(yōu)化。特制中間包包蓋覆蓋石棉板，沖擊區(qū)兩塊、塞棒區(qū)一塊，分別對(duì)沖擊區(qū)和測(cè)溫取樣孔進(jìn)行密封，保證密封效果。

2.4.2 中間包包蓋吹氬流量的優(yōu)化

為了定量的評(píng)價(jià)中包內(nèi)氣體氛圍的氧化性，定量評(píng)價(jià)中包密封效果，自主開發(fā)了中包包內(nèi)氣氛殘氧在線分析系統(tǒng)，圖6 為該系統(tǒng)的示意圖。在可調(diào)流量抽氣泵兩端連接氣管，靠近中間包處的氣管用直徑5 mm 的氧管，氧管后接螺旋形銅管，銅管放置在水槽里對(duì)氣體進(jìn)行冷卻，冷卻后的氣體通過抽氣泵輸送至透明密封容器中，該容器中放置氧氣分析儀，分析出氣體中的氧氣含量。

圖6 自主開發(fā)的中包氣氛殘氧分析系統(tǒng)示意圖

通過中包氣氛殘氧在線分析系統(tǒng)對(duì)比不同氬氣流量下、不同位置處的中包氣氛殘氧含量，對(duì)比結(jié)果如表2 所示。從表2 中數(shù)據(jù)可看出，將吹氬流量控制在10Nl/min 較為合適，可將各處的殘氧含量控制在1%以下。

表2 中包包蓋吹氬流量與殘氧含量的關(guān)系

3 生產(chǎn)實(shí)踐效果

通過異形包底鋼包的開發(fā)、鋼包下水口與保護(hù)套管的密封優(yōu)化、大包檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化、中間包密封優(yōu)化以及密封墊圈安裝流程優(yōu)化等措施的實(shí)施，潔凈鋼鑄坯質(zhì)量和潔凈度顯著改善。鑄坯連鑄過程增氮≤3 ppm 的合格率達(dá)到90.5%，中間包各處的殘氧含量可以穩(wěn)定地控制在1%以下，熱軋板卷夾渣發(fā)生率為幾乎為0%。

4 結(jié)語

本文通過潔凈鋼連鑄工藝現(xiàn)狀調(diào)查，摸清了影響潔凈鋼鑄坯潔凈度的影響因素。通過此次提升潔凈鋼連鑄全保護(hù)澆注技術(shù)和降低連鑄坯皮下夾渣缺陷的研究，得出如下主要結(jié)論：

（1）通過開發(fā)出異型包底鋼包，并升級(jí)振動(dòng)式大包下渣檢測(cè)系統(tǒng)，可有效降低高氧化性爐渣對(duì)中包鋼水造成的污染。

（2）通過開發(fā)鋼包下水口檢測(cè)工具、優(yōu)化密封墊圈的安裝作業(yè)流程和密封圈安裝方法，可提有效高了鋼包下水口與保護(hù)套管間的密封效果，降低連鑄中包酸鋁損失。

（3）通過中包包蓋吹氬管布置和中包容器密封的優(yōu)化，以及中包氣氛殘氧檢測(cè)技術(shù)的開發(fā)，提高了連鑄全保護(hù)澆注水平，降低了連鑄過程鋼水二次氧化和增氮，為潔凈鋼生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。