異形坯連鑄機雙注流全保護澆注工藝開發(fā)及應(yīng)用

宋玉卿，楊志杰

（萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271104）

1 前言

保護澆注技術(shù)是連鑄技術(shù)發(fā)展日趨完善的標志之一，是改善鑄坯質(zhì)量的重要措施。通常連鑄保護澆注主要包括［1］：鋼水包至中間包注流的保護、中間包液面的保護、中間包至結(jié)晶器注流的保護、結(jié)晶器液面的保護。保護澆注的主要目的是在連澆過程中，將鋼液與空氣隔開防止鋼水的二次氧化，確保鋼液清潔度，同時還可以減少中間包、結(jié)晶器鋼液面的熱輻射損失，防止表面結(jié)殼。目前萊鋼的異形坯連鑄機已實現(xiàn)鋼水到中間包、中間包液面及結(jié)晶器液面的保護，但由于其連鑄結(jié)晶器形狀復雜，結(jié)晶器與中間包之間空間狹小，萊鋼異形坯連鑄機一直采用半敞開式澆注的方式向結(jié)晶器注入鋼水。隨著市場競爭的不斷加劇，海洋工程用鋼、高強高韌鋼、高等級建筑用鋼、車輛結(jié)構(gòu)用鋼等高端產(chǎn)品對鋼水的質(zhì)量要求越來越高，異形坯半敞開澆注的生產(chǎn)工藝制約產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提升。為此，萊鋼對異形坯連鑄機雙注流保護澆注進行了研究及應(yīng)用，取得了很好的效果。

2 雙流保護澆注工藝

2.1 設(shè)計路線

在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，設(shè)計保護澆注機構(gòu)，實現(xiàn)中間包至結(jié)晶器的鋼流保護，同時要盡量減少投資和運行成本，減少對現(xiàn)有工藝裝備改造，便于操作，減少事故的發(fā)生。

實現(xiàn)保護澆注的操作步驟為：升中間包車—更換保護澆注滑塊—挑出漏斗—掛浸入式水口—6個澆注點掛完后降中間包—水口壽命到期后升起中間包—更換一側(cè)浸入式水口—降中間包澆注30 min—升起中間包更換另一側(cè)浸入式水口。

2.2 使用半鋯芯滑塊模型

由于全鋯芯滑塊成本較高，另外由于單支整體鋯芯長度不能滿足設(shè)計要求，必須使用雙鋯芯連接設(shè)計；同時為了防止使用過程中出現(xiàn)下口炸裂的情況，采用半鋯芯模型，下口設(shè)計如圖1所示。

圖1 半鋯芯滑塊結(jié)構(gòu)

2.3 設(shè)計傾斜浸入式水口

由于臺階式水口容易黏附冷鋼，傾斜式水口碗部采用直線型設(shè)計，碗口底部錐度與滑塊下口錐度相同，接觸面高為30 mm，接觸面采用密封墊圈密封，水口碗部上口大于滑塊下口，掛水口時更加容易找到基準點，操作更加方便。同時密封墊圈采用上薄下厚式設(shè)計，保證密封墊圈在受到擠壓時能夠起到更好的密封效果。水口長度以及內(nèi)徑等相關(guān)尺寸在臺階式浸入式水口基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，水口和密封墊圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。

2.4 中間包同步升降系統(tǒng)改造

因雙注流保護澆注工藝共計6個澆注點，中間包長度較長，為保證水口插入深度的準確性，必須保證中間包平穩(wěn)。同時由于中間包至結(jié)晶器之間距離較小，為保證摘掛水口操作順利進行，摘掛水口時必須升起中間包，中間包升降系統(tǒng)不同步，水口在中間包升降過程中容易擺動，往往導致水口傾斜甚至別斷水口，因此對中間包同步升降系統(tǒng)進行適應(yīng)性改造。

圖2 傾斜式浸入式水口結(jié)構(gòu)

將兩個中間包車液壓升降系統(tǒng)改為伺服控制，提高中間包車升降同步精度。中間包車的4個升液壓缸全部改為伺服缸，在4個伺服缸上各安裝一個高精度的伺服閥和位移傳感器，采用PLC程序控制，程序根據(jù)液壓缸的實際位移的反饋自動控制液壓缸的升降速度，達到4個液壓缸的同步。經(jīng)現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員和外方技術(shù)專家的共同測算，可實現(xiàn)同步精度誤差在為2～5 mm。

3 應(yīng)用情況

完成水口和滑塊形狀及尺寸設(shè)計后，聯(lián)系耐材供應(yīng)商進行生產(chǎn)，并在異形坯連鑄機上組織試驗。試驗情況如下：

1）試驗初期僅對半鋯芯滑塊進行試用，未配合浸入式水口，滑塊使用壽命7～8 h，期間未出現(xiàn)開裂、偏流、散流等現(xiàn)象，可滿足目前敞開澆注工藝生產(chǎn)。

2）半鋯芯滑塊與浸入式水口的配合試驗，水口摘掛方便，配合效果良好，未出現(xiàn)水口偏斜、搖擺等情況，配合效果良好。

3）通過對水口使用壽命進行驗證，單渣線水口使用壽命為5 h，更換一道渣線使用壽命可達7 h以上。使用過程中滑塊與水口沒有明顯的擴孔、擴徑現(xiàn)象。

4）為了驗證本保護澆注工藝在隔絕空氣防止鋼水二次氧化的作用程度，對同一爐鋼水，轉(zhuǎn)爐、精煉采用相同的工藝，在連鑄澆注過程中采用“2+1”模式，即2個流采用敞開澆注，1個流采用保護澆注，最大限度減少現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)變化對不同試樣中氣體含量的影響。對30爐鋼取樣進行氣體對比分析，結(jié)果見表1。由表1可以看出，軋材的平均氮含量降低了22×10-6，平均氧含量降低了10×10-6。

表1 兩種工藝氣體含量 ×10-6

4 結(jié)語

雙注流保護澆注工藝連澆時間可以達到420 min以上，減少了水口更換的頻率，減輕了現(xiàn)場操作的勞動強度。高溫注流的封閉改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，同時可以降低生產(chǎn)成本與物料消耗。保護澆注能有效防止鋼水二次氧化，與敞開澆注工藝相比，軋材的平均氮含量降低了12×10-6，平均氧含量降低了10×10-6，為生產(chǎn)高品質(zhì)鋼提供技術(shù)保障。

［1］ 馮捷，史學紅.連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005：187-188．