大包保護澆注效果改進

高 欣 王愛忠 王慶彬

(安陽鋼鐵股份有公司)

0 前言

一般來講，鋼中夾雜物對鋼材品質有不利影響：對于冷軋薄板產品，會引起鋼板表面線狀缺陷、表面起皮缺陷和孔洞缺；對于中厚板產品，鋼中氧化物夾雜會造成鋼板橫向斷面收縮率顯著降低，會促進氫致裂紋的形成和擴展；對于長材產品，鋼中存在夾雜物使局部區域形成了破壞區，這對鋼材斷裂的發生和擴展起了決定性作用[1]。鋼中夾雜物按照來源可分為內生夾雜物和外來夾雜物，外來夾雜物對產品性能危害最大。鋼水二次氧化是外來夾雜物的重要來源，而鋼包保護澆注的目的就是防止鋼水二次氧化，因此其效果對鋼中夾雜物的數量和種類有很大影響。

安鋼第二煉軋廠板坯連鑄生產過程中，某段時期大包保護澆注生產出現不穩定現象，敞開澆注次數較多，影響時間較長，保護澆注未能達到控制要求，中包鋼水吸氧、吸氮嚴重，鋁損偏大，甚至造成整爐改判或判廢。針對上述情況進行了分析研究，采取了相應的控制措施，保證了大包保護澆注的穩定生產和保護澆注效果。

1 大包保護澆注存在的問題

通過對中間包試樣的數據分析，發現中包鋼水平均吸氮量11.6×10-6、平均鋁損量82×10-6，且存在偶發性的較大波動。對該時期現場生產狀況跟蹤了解，發現長水口工況不穩定、碗部密封效果不良，長水口傾斜澆注，保護氬氣壓力控制不穩定，大包自開率偏低，大包澆注孔處的中包鋼液翻滾程度大致使中包鋼液面出現裸露現象，嚴重降低了保護澆注效果。

1.1 長水口工況不穩定

1.1.1 長水口碗部易擠鋼

大包長水口與大包下水口連接后，長水口在大包開澆時受到鋼水沖擊產生晃動，致使連接處擠鋼，統計六個月的生產數據發現：生產5 028爐鋼，擠鋼57次。這不僅影響保護澆注效果，也為大包停澆時去除長水口帶來不利影響，嚴重時還會造成更換長水口、降速處理、敞開澆注等。

1.1.2 長水口穿孔、下部斷裂、碗部炸裂

長水口受自身質量、鋼水侵蝕、環境溫度等影響，在開澆及使用過程中會出現穿孔、下部斷裂、碗部炸裂的問題，在統計的六個月時間內，上述各問題分別出現12次、31次、25次，嚴重影響生產穩定，大大降低了保護澆注效果，同時也增加了工作的勞動強度和危險性。

1.2 長水口密封不佳

澆注過程中，受長水口機械手支撐力大小影響，長水口在受到鋼水沖擊時產生晃動，造成碗部密封不良，吸入空氣氧化鋼水；氬氣對長水口碗部的密封至關重要，但氬氣管道無壓力表，無法實現對氬氣的有效控制，給保護澆注帶來一定程度的影響。

1.3 大包自開率偏低

受大包狀況、鋼水在大包中停留的時間、引流砂的材質、加入方式等多個因素影響，目前大包自開率偏低，在統計的5 028爐鋼中自開爐數為4 891爐，自開率為97.28%，自開率偏低，影響生產的穩定和保護澆注效果。

1.4 中包鋼液面裸露嚴重

由于大包傾斜致使長水口產生一定程度的傾斜，惡化了中包流場，長水口插入深度不足加劇了澆注區鋼液的翻滾，中包覆蓋劑加入量不足造成鋼液面的裸露，中包鋼液面上方空間密封不良，空氣含量較大，加劇了鋼水的二次氧化，降低了中包液面的保護澆注效果。

2 改進的措施

根據連鑄鋼液示蹤試驗所測定的數據來看，鑄坯中夾雜物來源比例是：出鋼過程鋼液氧化占10%，脫氧產物占15%,熔渣卷入占5%，注流的二次氧化占40%，耐火材料的沖刷約占20%，中間包渣約占10%，由此可見，鑄坯中基本上是外來夾雜物，主要來自于鋼液澆注過程中的二次氧化[2]。因此，做好保護澆注工作的穩產和效果優化至關重要。

2.1 改進長水口碗部尺寸

改進長水口碗部尺寸，底部圓面直徑由118.5 mm增大至138.5 mm，碗口圓面直徑由142 mm增大至152 mm，碗部側面與垂直方向的夾角由10 °減小至6 °(如圖1所示)，減輕了鋼流對長水口碗部的沖擊，從而減少了大包開澆擠鋼的幾率，為保護澆注工作創造了良好的根本條件，同時也減小了外界空氣進入長水口內部的通道。內徑的增大起到減小開澆時長水口內壁對鋼流的阻力作用，降低了開澆擠鋼幾率，同時減小了長水口內鋼流的流動速度，減輕了中包內鋼流的翻滾。

2.2 提高長水口熱震性能

對長水口各部分的材質進行優化，提高長水口熱震性能，減少穿孔、碗部炸裂、下部斷裂的幾率。針對長水口炸裂問題，采取應對措施，在開澆前對長水口進行預熱，減小長水口與鋼水的溫差，進而減小長水口突遇高溫時炸裂的幾率。通過統計，正常情況下一根長水口被侵蝕斷裂的使用爐數在15 爐左右(大多數澆次總爐數為20 爐)， 因此第12 爐鋼澆注結束后正常更換長水口，避免了長水口在使用末期發生斷裂。

(a) 優化前

(b) 優化后

2.3 長水口碗部的密封

大包機械手壓緊力過小，長水口受鋼水沖擊產生振動，和大包下水口連接不緊密，不能有效杜絕空氣進入長水口；壓緊力過大可能造成設備和耐材的損壞，因此大包機械手壓緊力必須保持在一定的范圍內。考慮改進后長水口重量的增加和中包鋼液對長水口的沖擊，并根據現場經驗發現大包機械手壓緊力保持在5 MPa時能夠保證長水口的穩定性，保護澆注效果較佳。為了防止空氣進入長水口，降低長水口氬氣對中包鋼液的攪動，通過安裝壓力表控制氬氣壓力在0.3 MPa，保證長水口碗部形成微正壓區，發揮氬封的最佳密封效果。

2.4 提高大包自開率

大包自開可以有效杜絕空氣與鋼流接觸，防止鋼水出現二次氧化。大包自開率與大包狀況、鋼水在大包中停留的時間、鋼水的溫度、鋼中Mn含量、引流砂的材質、引流砂的濕度、大包翻渣等多個因素有關，通過有效控制以上因素提高大包自開率，采取措施后自開率由之前的97.28%提高至99.10%。

2.5 保證長水口的插入深度

大包開澆穩定后，及時將大包降至低位，并穩定快速將中包澆至滿包狀態，保證長水口插入深度在300 mm～350 mm，促使鋼流紊流區下移，保證中包流場正常，減少鋼液裸露程度。

2.6 保證長水口處于垂直狀態

澆注過程中長水口處于垂直狀態，不僅能夠保證長水口碗部的密封外，還能減少中包內鋼液的異常流動。澆注過程中，長水口應與大包保持同一角度，大包傾斜是造成長水口傾斜的根本原因，因此確保大包處于垂直狀態至關重要。一方面保證大包自身處于自然平衡垂直狀態，精煉上鋼起吊后發現大包傾斜，及時蹲包矯正；另一方面保證大包臂的接受平臺處于水平狀態，對平臺上面存有的殘鋼殘渣要及時清理。

2.7 中包覆蓋劑的選用及用量

澆注鋁鎮靜鋼時，中間包覆蓋劑中含有的SiO2在鋼/渣界面發生[Al]+(SiO2)→(Al2O3)+[Si]反應，通過實驗研究發現澆入中間包后，由于覆蓋劑中SiO2和Al的還原反應使鋼水中的T[O]增加1倍多，因此中包覆蓋劑中SiO2是有效的氧源，應盡可能采用堿性覆蓋劑降低SiO2的含量[3]。同時，中包覆蓋劑加入過少也會造成中包鋼液的裸露，尤其是在澆次開澆后和中包排渣后特別嚴重，在上述兩個階段中要增加中包覆蓋劑的加入量，保證保護澆注的效果。

3 大包保護澆注的控制效果

通過采取改進長水口尺寸及質量、控制長水口的連接密封、提高大包自開率等一系列措施，在生產過程中出現的長水口擠鋼、長水口斷裂、敞開澆注現象明顯減少，鋼水吸氮量、鋁損量也明顯降低，統計數據見表1。

表1 大包保護澆注相關數據統計對比

4 結論

大包保護澆注的影響因素較多，可控性較低，對連鑄生產及鋼水質量影響較大。通過采取改進長水口尺寸及質量、控制長水口的連接密封、提高大包自開率、優化中包鋼液面的保護澆注等措施，實現了對生產過程的穩定控制，達到了對大包保護澆注效果優化的目的，改善了鋼水質量，也為生產高品質產品提供了有力保障。

[1] 蔡開科.連鑄坯質量控制[M]，冶金工業出版社，2010：17-21.

[2] 馮捷，史學紅等.連續鑄鋼生產[M].北京：冶金工業出版社，2007:247-249.

[3] 姜碧濤，閆衛兵，張玉海.連鑄保護澆注對鋼水純凈度的影響[J].河北冶金，2015(5)：4-8.