減少浸入式水口底部結瘤造成的鋼水夾雜的實踐

白亞東

（天津鋼管制造有限公司供應部，天津300301）

減少浸入式水口底部結瘤造成的鋼水夾雜的實踐

白亞東

（天津鋼管制造有限公司供應部，天津300301）

對天津天管特殊鋼有限公司連鑄作業區使用的浸入式水口，在使用后其底部出現結瘤的情況進行了分析，分析結果表明結瘤成分為氧化物。通過改變浸入式水口底部的材質，改善了在其使用后底部結瘤的情況，避免該類情況造成的鋼水夾雜。

浸入式水口；氧化物；夾雜

1 引言

隨著現在對連鑄坯質量要求的不斷提高，人們對連鑄坯內非金屬夾雜物給鋼坯及其后續制品帶來的危害越來越重視。因此，減少夾雜是提高連鑄坯質量的一項重要任務。在夾雜物產生的因素方面，浸入式水口底部氧化物附著造成的鋼水夾雜是比較常見的一類夾雜，它會影響鋼水純凈度，進而影響管坯質量[1]。由此可見，減少浸入式水口底部氧化物附著造成的夾雜是非常有必要的。

2 現狀調查

2．1 浸入式水口設計

在浸入式水口設計初期，考慮到渣線部位的侵蝕程度較高，業內普遍將渣線部位設計成抗侵蝕的含鋯材質。我公司使用的浸入式水口，含鋯材質的部位大致為從底部往上20～200 mm段（特鋼公司三個作業區略有不同），也就是說有180 mm的部分是含鋯的（這一段內壁有5 mm左右的厚度是本體材料），底部由于考慮到成本的因素以及實際使用時鋼水液面高度，留有20 mm的一段是一般的本體材料，見圖1。

圖1 浸入式水口底部圖

2．2 浸入式水口使用情況

正常情況下（即不產生結瘤，正常侵蝕的情況下），浸入式水口正常侵蝕時剝落的細小顆粒，會隨著鋼水均勻地散布在鋼坯中。一支浸入式水口（平均壽命）正常使用時，會被侵蝕消耗掉700 g左右，這700 g材料會散布在（設中間包為6流，7連澆，平均每爐鋼水100 t，則7×100/6=116．67噸坯）110多噸鋼坯中，造成夾雜的影響非常小，尤其是聚集在一起形成夾雜的幾率是微乎其微的。實際使用過程中發現，在澆鋼結束后可以看到在浸入式水口底部外壁，附著著一圈白色黃色相間的瘤狀物其主要成分為Al2O3和CaO，見圖2。由于浸入式水口外壁附著的瘤狀物會因鋼水流動、沖刷后剝落，進入鋼水中，形成氧化物夾雜，影響鋼坯質量，進而影響鋼管質量。

圖2 浸入式水口底部的瘤狀物

2．3 浸入式水口底部瘤狀物光譜分析及結果

對浸入式水口外部附著物進行光譜分析，化學分析結果為：

Al2O3：48．06%；CaO：7．34%；MgO：2．56%；SiO2：4．44%；其余成分為Fe。

由上可以認為，對于附著物的形成，主要是由于鋼水中Al2O3和CaO等氧化物夾雜較多，或在整個精煉和澆鋼過程中鋼水二次氧化，使鋼水中的[Al]氧化生成Al2O3，與渣或鋼水中的CaO和MgO形成高熔點氧化物附著于水口外壁上。

3 改進方法

改進的最終目標是減少浸入式水口外壁的附著物產生，即在浸入式水口使用后底部外壁的附著物明顯減少甚至消失，減少此類氧化物附著造成的鋼水夾雜。

3．1 改進渣線部位以及底部的材質[3]

由于浸入式水口的本體材料為鋁碳質，單從浸入式水口這方面來考慮，夾雜產生的原因是本體材料被侵蝕剝落，在鋼水中遇到游離的氧或者在液面接觸空氣，生成Al2O3后附著在浸入式水口底部外壁。這就需要做以下兩方面的改進：

（1）改進渣線部位的材質，使其耐侵蝕程度更高，減少本體材料被侵蝕剝落，或者將渣線部位全部采用不含鋁的鋯質材料，杜絕渣線部位為產生夾雜氧化物“提供”氧化鋁組分。

（2）由于原來的浸入式水口底部有約20 mm為非鋯質材料，生成的氧化物夾雜因“同性相吸”而吸附在此處。將底部改為含鋯材質，可減少吸附，進而減少大塊結瘤現象的出現，即便產生細小夾雜，也能使其均勻分布在鋼水中（可接受范圍內），不至于夾雜集中出現影響產品質量。

鑒于以上兩個原因，將浸入式水口底部全部改為含鋯材料，具體改動見圖3。

圖3 改進前后的浸入式水口底部圖紙

3．2 優化浸入式水口底部外形尺寸

從流暢力學的角度考慮，設計能帶動浸入式水口底部外側鋼水流動的外形、尺寸。但在具體實施過程中考慮到結晶器處的流體要求，因此未作改動。

3．3 嚴格執行操作規程

嚴格執行中包連鑄的工藝流程和相關操作規程，在中包澆筑過程中，尤其是在添加中包覆蓋劑等操作中，避免碰撞整體塞棒，避免攪動中包鋼水進而影響流入浸入式水口的流場。

4 實施效果

4．1 現場使用情況

由圖4可明顯看出，上述的具體措施實施后，使用后的浸入式水口底部附著物明顯減少，僅有細小的顆粒附著在外壁上，效果明顯。

圖4措施實施前后浸入式水口底部的對比圖

4．2 數據統計

特鋼公司技術科對于B類夾雜（即氧化鋁類夾雜）的統計對比如表1所示。

由表1中可以看出，B粗、B細類夾雜分別由2012年2月份的4．06%、6．33%下降到2013年2月份的1．69%和3．94%，說明具體措施實施后夾雜情況有改善。

5 結論

通過對天津天管特殊鋼有限公司使用的浸入式水口底部結瘤情況的分析，主要采取了改變浸入式水口底部材質（底部全部采用含鋯材料）等措施來減少該情況的發生，最終結瘤情況得到了明顯改善，夾雜減少，對于其他鋼廠具有借鑒作用。針對此類情況，要繼續跟蹤浸入式水口的使用情況，避免出現質量波動，出現結瘤情況，還要建立浸入式水口使用檔案，出現問題及時解決、記錄，為以后提供經驗。在措施實施過程中，浸入式水口的尺寸改進沒有完成，還需要進一步探討，夾雜的形成機理也還需要進一步研究，從各個方面控制夾雜的產生。

表1 特鋼公司B類夾雜物統計情況

[1]吳蘇州，張炯明．連鑄浸入式水口結瘤現象的研究現狀及發展[J]．鋼鐵研究學報，2007，19（12）：1-4．

[2]王睿之，楊健，職建軍，等．連鑄中間包上水口及浸入式水口結瘤物分析[J]．寶鋼技術，2012，13（5）：13-16．

[3]潘秀蘭，王艷紅，梁慧智，等．防止浸入式水口結瘤和堵塞的新技術[J]．重型機械，2010（S1）：172．

Practice of Reducing Inclusion Caused by Submerged Nozzle Bottom Clogging

BAI Ya-dong
(Supply Division of Tianjin Pipe Manufacturing Company Limited,Tianjin,China 300301)

The paper analyzes the clogging at the bottom of submerged nozzle after service at the casting operation area of Tianjin Tianguan Special Steel Company Limited and the main composition of the clogging is found to be oxide．After the material at the bottom of submerged nozzle was changed,the clogging problem was alleviated and steel inclusion caused by it prevented．

submerged nozzle;oxide;inclusion

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．020

2013-09-18

2013-10-18

白亞東（1987—），男，主要從事采購方面的研究工作。