中包擴(kuò)容提升鋼液純凈度生產(chǎn)實(shí)踐

王智文， 張智應(yīng)， 宋介中， 劉文靜， 王二偉， 曹小江， 高 飛

（山西中陽鋼鐵有限公司技術(shù)中心， 山西 中陽 033400）

在連鑄工藝過程中，中間包在控制鑄坯質(zhì)量方面具有重要的作用，適當(dāng)?shù)闹虚g包冶金技術(shù)能夠保證不會(huì)產(chǎn)生新的夾雜物，并能夠在鋼液在中間包以及從中間包到結(jié)晶器內(nèi)流動(dòng)過程中，降低從鋼包進(jìn)入鋼液的夾雜物數(shù)量。

山西中陽鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱中鋼）二煉鋼主要設(shè)備為1 座1 000 t 混鐵爐，3 座50 t 轉(zhuǎn)爐，3 臺(tái)四機(jī)四流連鑄機(jī)，主要生產(chǎn)Q195、HRB400E、焊絲焊條鋼、號(hào)鋼等產(chǎn)品，其中Q195 拔絲產(chǎn)品以質(zhì)量享譽(yù)市場(chǎng)，為將Q195 產(chǎn)品質(zhì)量提升新臺(tái)階，故對(duì)連鑄中間包進(jìn)行擴(kuò)容改造，以達(dá)到提升鋼液純凈度的中包冶金效果。

1 原中間包內(nèi)夾雜物上浮情況

中鋼二煉鋼廠的中間包原設(shè)計(jì)為15 t 鋼水容量，為進(jìn)一步改進(jìn)鋼水質(zhì)量，對(duì)原中間包進(jìn)行擴(kuò)容改造至20 t，并取得了良好效果。

鋼水在中間包內(nèi)的平均停留時(shí)間可用下式近似計(jì)算：

式中：W為中間包鋼水平均質(zhì)量，W=15 t；a為斷面尺寸，a=150 mm；v為拉坯速度，v=2.7 m/min；ρ 為鋼水密度，ρ=7.2 g/cm3；n為連鑄機(jī)流數(shù)。

則在此斷面和拉速下中間包內(nèi)鋼水平均停留時(shí)間為8.57 min。中間包內(nèi)不同直徑夾雜物上浮的速度也可用Stokes 公式（2）近似計(jì)算：

式中：Vs夾雜物上浮的速度，cm/s；g為重力加速度，g=9.8 m/s2；D為夾雜物直徑，μm；ρs為鋼水密度，ρs=7.2 g/cm3；ρin為夾雜物密度，ρin=3.5 g/cm3；μ 為鋼水黏度，μ=0.05 g/cm·s。

夾雜物經(jīng)過L（L 取820 mm）長(zhǎng)的上浮路徑所需的時(shí)間t（min）

根據(jù)（2）（3）式可算出中間包內(nèi)不同直徑夾雜物上浮所需時(shí)間如表1。

表1 中間包內(nèi)不同直徑夾雜物上浮所需時(shí)間

由此可見，二煉鋼現(xiàn)行中間包澆注Q195 鋼種時(shí)，中間包內(nèi)直徑為60 μm 的夾雜物在中間包內(nèi)的上浮時(shí)間為9.42 min。因此中間包內(nèi)直徑小于60 μm 的夾雜物上浮時(shí)間稍大于鋼水在中間包內(nèi)的平均停留時(shí)間，因此這部分夾雜物在現(xiàn)行容量的中間包內(nèi)并沒有充分的上浮時(shí)間。

從上述情況可以看出，為適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)高難品種鋼的需求，中鋼煉鋼二廠對(duì)現(xiàn)行中間包進(jìn)行擴(kuò)容改造勢(shì)在必行。

2 中包擴(kuò)容實(shí)施方案

2.1 方案相關(guān)數(shù)據(jù)

1）重新制作中間包包殼、永久層胎模、工作層胎模。

2）中間包永久層厚度側(cè)面由100 mm 降低為80 mm，底部厚度不變，為100 mm。

3）工作層厚度側(cè)面由100 mm 降低為90 mm，底部由160 mm 降低為130 mm。

4）加設(shè)納米保溫層，厚度為15 mm。鋼液密度按照表3 計(jì)算：固態(tài)常溫7.85 t/m3；固態(tài)高溫（1 200 ℃以上）7.4 t/m3；液態(tài)高溫（1 600 ℃以上）7.0 t/m3；注態(tài)澆鑄溫度（中包溫度）7.2 t/m3。

表2 中間包擴(kuò)容前后打擊料厚度對(duì)比 mm

表3 容量計(jì)算

2.2 擴(kuò)容包示意圖（見圖1）

圖1 擴(kuò)容后中間包包殼尺寸

3 擴(kuò)容包使用效果分析

3.1 相關(guān)工藝參數(shù)的變化

擴(kuò)容后中間包鋼水量增加，溫降減少，中包溫度最高與最低溫度溫差為溫差降低2 ℃，同時(shí)，擴(kuò)容后中間包鋼水容量、熔池深度增加，在鋼包交替過程中，拉速變化幅度降低0.2 m/min 左右，見表3。

表3 中間包相關(guān)參數(shù)變化

3.2 鑄坯低倍情況

擴(kuò)容包生產(chǎn)過程中，拉速2.5～2.7 m/min 條件下取鋼坯做低倍檢驗(yàn)情況，與中包擴(kuò)容前低倍對(duì)比整體良好（見圖2）。

圖2 擴(kuò)容包產(chǎn)鋼坯低倍檢驗(yàn)

3.3 取線材做夾雜物分析（見表4）

表4 擴(kuò)容中間包試用夾雜物抽檢情況

通過對(duì)三個(gè)澆次的擴(kuò)容中間包生產(chǎn)的Q195 線材進(jìn)行夾雜物分析的抽檢，共做了87 批次的夾雜物分析，檢出長(zhǎng)度超三級(jí)夾雜物為可變形細(xì)長(zhǎng)條狀，共有6 批次，超尺寸超級(jí)別比例6.9%，但是，未發(fā)現(xiàn)有大顆粒夾雜物，整體尺寸較小，夾雜物數(shù)量減少。

4 結(jié)論

1）中鋼二煉鋼廠中間包擴(kuò)容后，從冶金效果上看，鋼水的停留時(shí)間由514 s 延長(zhǎng)至686 s，有利于更小直徑夾雜物的充分上浮，使鋼水純凈度進(jìn)一步提高。

2）采用擴(kuò)容中間包減少中包溫降，為轉(zhuǎn)更好降低出鋼溫度提供了有利保證。

3）擴(kuò)容后中間包鋼水容量、熔池深度增加，在鋼包交替過程中，拉速的變化有所改善，減小了因拉速變化較大產(chǎn)生的卷渣質(zhì)量問題。

4）從使用效果看，擴(kuò)容中間包有利于減少連鑄坯中的夾雜物，提高連鑄坯質(zhì)量[3]。

5）擴(kuò)容中間包降低了超級(jí)別夾雜物比例，Q195鋼種的質(zhì)量提升新臺(tái)階。