連鑄坯夾雜物產生原因分析及改進措施

段少平，皇甫江濤

1 前言

漢鋼1#連鑄機是用于生產小方坯（150 mm×150 mm）的八機八流弧形連鑄機，目前主要生產普碳鋼和低合金鋼。該連鑄機自2012年2月投產以來，普碳鋼內部夾雜嚴重影響連鑄坯質量，給企業造成了嚴重的經濟損失。針對連鑄坯夾雜物問題，對1#連鑄機的生產工藝進行了深入分析，逐步掌握了產生大面積鋼坯夾雜的原因，通過規范人員操作，控制夾雜物來源，提高中間包冶金效果和耐材質量等措施，有效控制了普碳鋼的夾雜物，提高了鑄坯的潔凈度。

2 連鑄坯夾雜物產生原因分析

漢鋼1#連鑄機是八機八流弧形連鑄機，具有生產150～200 mm方坯及Ф210 mm圓坯的能力，目前主要用于生產斷面為150 mm×150 mm的小方坯。連鑄機參數：連鑄機弧形半徑R10 m，振動頻率75～240次/min，結晶器通過長度900 mm，中間包容量45 t，流間距1 250 mm，工作拉速2.0～3.2 m/min。

針對連鑄坯內部夾雜問題，跟蹤連鑄坯的生產工藝過程和軋制情況。由于夾雜物來源廣泛，組成復雜，首先根據夾雜物的生成方式將其分為內生夾雜和外來夾雜。內生夾雜主要指鋼水自身產生的非金屬夾雜物；外來夾雜主要是指澆注過程中帶入的夾雜物，如鋼包、中間包耐火材料的侵蝕物，卷入的包渣和保護渣等［1］。

2.1 人員操作問題

1）中間包、結晶器液面不穩定，澆注過程卷渣頻繁。生產初期由于人員操作不熟練，澆注過程存在較為嚴重的漏洞：①結晶器液面波動較大引起坯殼生長的不均勻，大量的夾雜物也隨之被卷入凝固坯殼；②1#連鑄機中間包工作層使用鎂質干式料，生產初期由于人員操作不熟練、大包水口控流頻繁，中間包液面不平穩，加快了鋼水液面對干式料的沖刷，被沖刷的干式料嚴重污染鋼水。2017年3月，217870爐次Ⅵ流結晶器液面控制不穩定、波動大，液面卷渣，造成鑄坯缺陷明顯。

2）中間包排渣不及時。普碳鋼鋼水自身帶渣量較大，為提高金屬收得率，在鋼包水口大面積下渣時停澆，中間包液面渣層厚度大，最多時曾達到250 mm，導致了嚴重的工藝事故。中間包排渣不及時主要表現在以下幾個方面：①液面覆蓋劑難以吸收中間包內鋼水的夾雜物；②正常澆注時，連鑄正常液面850 mm，在換鋼包、等鋼過程中中間包液面降低至550 mm，鋼水實際深度300 mm，在液面＜300 mm時上水口處形成旋渦，大量夾雜物流入結晶器凝結于初生坯殼［2］。

3）結晶器油與保護渣混合使用，形成硬度較大夾雜物并且難以撈出。

2.2 保護澆注使用不規范

保護澆注密封效果差、浸入式水口浸入深度不合理、水口偏斜等原因，嚴重影響保護澆注的效果，增加了鋼水二次氧化。

1）水口安裝精度差、使用不規范。①大包長水口、浸入式水口安裝不對稱，對耐火材料內壁沖刷較為嚴重，并且造成浸入式水口與快換水口之間產生間隙，容易吸收空氣，影響保護澆注的效果。②1#連鑄機使用直筒型浸入式水口，水口高度660 mm，中包車未使用升降裝置，在結晶器液面急劇波動的情況下，無形中調整了浸入式水口的浸入深度，浸入式水口浸入深度過深，高溫鋼水沖刷結晶器下部坯殼，使坯殼變薄容易漏鋼。同時夾雜物難以上浮，浸入深度過淺，容易攪動結晶器液面，造成卷渣影響鋼坯質量。

2）保護渣加入不合理。人員操作隨意性較大，保護渣一次加入量較大，結晶器液面頻繁裸露，鋼水卷渣，影響保護澆注的效果；撈渣不規范，操作人員習慣性使用撈渣棍攪動結晶器液面，破壞液渣流入結晶器銅管與初生坯殼之間。

3）大包長水口密封效果差。安裝長水口時，長水口與鋼包滑動水口若密封不嚴，水口裝不正，就會導致空氣吸入使鋼水二次氧化。又因長水口內孔徑比滑動水口內孔徑大，鋼水不能充滿內孔，這時在長水口頂部就形成一個負壓區，空氣不斷從縫隙中被吸入，造成鋼水的二次氧化；保護澆注使用初期，水口密封效果差，鋼水二次氧化嚴重，形成大量非金屬夾雜物，沿鋼坯內弧分布。低倍分析可知，鑄坯中心疏松0.5級，角部裂紋為0.5級，非金屬夾雜物2.0級。由此斷定非金屬夾雜物缺陷為影響鋼坯質量的主要因素。

2.3 鋼水溫度高

生產過程中以下狀況會造成鋼水溫度的升高：1）澆注過程中堵斷流次數較多、拉速低澆注周期長；2）中間包容量40 t、熔池深度1 m、流間距1.25 m、長10 m，因一個爐次的澆注周期長、中間包長度大，為避免后期的澆注溫度低、結溜和Ⅰ、Ⅷ流形成死區［3］，中間包過熱度控制高。1#連鑄機主要生產普碳鋼和低合金鋼，鋼水過熱度普遍控制在30～50℃［4］。鋼水溫度過高會產生諸多危害：1）鋼包包襯、中間包干式料和浸入式水口等耐火材料侵蝕嚴重，污染鋼水；2）初生坯殼內外液芯溫差大，增加了鋼坯的裂紋比率和程度。

2.4 擋渣墻壽命低，影響夾雜物上浮

為了充分有效利用中間包容積，促進夾雜物上浮，在中間包緩沖區部位安裝了2塊高度為1 m的擋渣墻。而中間包壽命為33 h，擋渣墻壽命僅為15 h，澆次后期夾雜物上浮效果差。

2.5 水口渣線設計不合理、斷裂頻繁

漢鋼采用長660 mm的直筒型浸入式水口，渣線長100 mm安裝于浸入式水口下端，中間包使用過程中無升降裝置，結晶器液面為手動控制，波動大，液面在上升時容易侵蝕至渣線以上部位的鋁碳質本體，造成水口斷裂。

3 連鑄坯夾雜物控制措施

3.1 規范操作

1）提高吹氬效果，促進非金屬夾雜物上浮。從轉爐出到鋼包的鋼水，其成分、溫度分布是不均勻的，并且存在大量的非金屬夾雜物和氣體，通過吹氬在一定程度上可以促使非金屬夾雜物和氣體上浮，提高鋼水純凈度。通過試驗，對吹氬參數進行以下調整：1）將吹氬時間由7 min改為8～9 min；2）規范氬氣壓力和流量，吹氬時，吹氣壓力和流量的控制應以不使鋼水裸露翻騰為原則。

2）穩定中間包、結晶器液面。結晶器液面控制在±5 mm；正常澆注過程中中間包液面≥800 mm，更換鋼包時液面≥600 mm，在鋼水緊張時中間包液面≥300 mm。

3）控制中間包渣層厚度。普碳鋼每6 h組織排渣，當渣層＞100 mm時，提前組織排渣，提高中間包覆蓋劑吸附夾雜物的能力，避免水口卷渣。

3.2 防止鋼水二次氧化

鋼水在澆注過程中二次氧化生成的大顆粒夾雜物，有的上浮、有的可能留在鋼中，成為鋼中夾雜物的重要來源。鋼中大顆粒夾雜物對產品質量帶來極大的危害，要提高鋼的清潔度，就是要減少鋼中夾雜物，尤其是大顆粒夾雜物，關鍵是防止在澆注過程中鋼水二次氧化。

1）規范保護渣使用。①保護渣應在開澆基本完成之后才加入（加入后10 s內完成套浸入式水口操作）；②保護渣應少加、勤加、均勻加入；③液面波動時，保護渣加入應在液位上升過程中完成；④保護渣不得加到結晶器角部［5］。

2）正確安裝大包長水口和浸入式水口，提高水口的密封效果。①在長水口與滑動水口之間加裝耐火纖維密封圈或金屬環，并采用惰性氣體氬氣對注流進行密封保護，使長水口頂部形成正壓，將注流與空氣隔絕，減少空氣的吸入量，避免二次氧化。②安裝長水口前，長水口碗部的粘鋼要及時清理干凈，長水口對正，確保密封，確保鋼流不被二次氧化。

3.3 控制中間包過熱度

1）鋼包加砌絕熱層，減少包襯散熱損失。2）紅包出鋼，加快鋼包周轉，提高鋼包襯溫度。3）鋼包表面加碳化稻殼或保溫材料，減少熱損失。4）鋼包加蓋，使鋼包長時間有效保溫，提高鋼包溫度。5）提高吹氬效果，均勻鋼水溫度，避免同一爐次前中后期中間包溫度不均勻的問題。

經過一系列的控制措施，中間包過熱度由30～50℃降低至20～35℃。

3.4 促進夾雜物上浮

利用中間包大容量、深熔池，促進夾雜物上浮，將原有的鎂質擋渣墻改為鋁質以提高擋渣墻壽命并與中間包同步。消除中間包底部的死區，改善鋼水流動的軌跡，使鋼液沿鋼渣界面流動，縮短夾雜物上浮距離，促進保護渣對夾雜物的吸收［6］。

擋墻的使用還能將鋼包注流沖擊所引起的強烈渦流限制在局部區域內，防止紊流擴散引起表面波動導致的鋼水內部卷渣。

3.5 調整渣線安裝位置

經過長期的現場跟蹤分析，浸入式水口主要侵蝕部位為水口下端100～130 mm處，耐鋼水沖刷的渣線部位安裝于下端0～100 mm處，導致水口斷裂。為利用氧化鋯材質的優勢，將渣線部位安裝位置上移50 mm，解決了浸入式水口斷裂的問題。

4 結語

通過規范操作，將吹氬時間控制在8～9 min之間，控制氬氣流量與壓力，減少鋼水二次氧化；控制渣層為100 mm以上，及時排渣。保護渣的正確使用，做到少加、勤加、均勻加，保證保護渣不進入結晶器角部。控制中間包過熱度，由30～50℃降為20～35℃。利用中間包大容量、深熔池，促進夾雜物上浮，提高中間包冶金效果。調整浸入式水口渣線，將渣線位置提高50 mm。采取一系列優化改進措施后，普碳鋼內部夾雜的比率從萬噸鋼5.2次，降低到目前的萬噸鋼0.3次，為漢鋼煉鋼廠連鑄機的達產達效做出了貢獻。

參考文獻：

［1］ 蔡凱科.連鑄坯質量控制［M］.北京：冶金工業出版社，2010.

［2］ 徐匡迪，肖麗俊，干勇，等.新一代潔凈鋼生產流程的理論解析［J］.金屬學報，2012，48（1）：1-10.

［3］ 史學紅.連續鑄鋼生產［M］.北京：冶金工業出版社，2008.

［4］ 王新東，常金寶，李雙武，等.高效率、低成本潔凈鋼制造平臺技術集成與生產實踐［J］.煉鋼，2012，28（4）：1-6.

［5］ 張立峰，王新華.連鑄鋼中的夾雜物［J］.山東冶金，2005，27（2）：1-5.

［6］ 成小龍.潔凈鋼高效生產工藝集成技術探討［J］.山東冶金，2013，35（4）：31-33.