方坯敞開澆注生產實踐

竇 楠 王向松 張勝偉

（1.河南鋼鐵控股集團有限公司； 2.安陽鋼鐵股份有限公司)

0 概述

安鋼第二煉軋廠4#連鑄機長期以來作為備用連鑄機，作業率偏低，年產量不足20 萬t。由于公司產線結構調整優化，需要該鑄機向第一軋鋼廠提供120 mm×120 mm、150 mm×150 mm 斷面坯料約80 萬t/年。鑄機設計之初，采用塞棒控流、浸入式水口、結晶器保護渣等保護澆注模式，生產過程中每3～4 h 需正常更換一次浸入式水口，遇到水口斷裂等其他事故時更換更加頻繁，更甚者水口掉塊卷入鑄坯，在鑄坯軋制過程中發生生產事故。同時，在澆注過程中塞棒受鋼水侵蝕沖刷，往往生產十一二爐時塞棒控流失效，液面突然上漲造成結晶器溢鋼，或是采取緊急拉速提升引起拉漏事故，等等。

原有的保護澆注模式嚴重制約了鑄機的高效連續生產，難以滿足下道工序的坯料需求。第一軋鋼廠原有坯料供應的鑄機一直采用敞開澆注，且能滿足產品性能需要，因此開展該鑄機的敞開澆注研究。

1 工藝流程及主要設備參數

（1）工藝流程：鐵水預處理—150 t 轉爐冶煉—LF 爐—（RH/VD）—7 機7 流連鑄機 。

（2）主要設備參數見表1。

表1 主要設備參數

2 制約因素分析

澆注模式的改變，需要相應的工藝條件支撐，需要解決三大問題：（1）優化鋼水夾雜物控制，改善裸露鋼水的流動性；（2）控流模式由塞棒開閉控流轉變為中包液位高度控流，拉速隨中包鋼水靜壓力變化而變化；（3）結晶器液面自動控制模式由鋼水流量控制轉變為拉速控制。

3 敞開澆注擺槽與溢鋼斗的設計

敞開澆注使用定徑水口和中包液面配合控流后，在開澆之初的起步階段和事故狀態下，短時間暫停澆注時必須依靠擺槽將中包注流引入溢鋼斗內，方可達到順利起步和處理事故的目的。在突破鑄機七個流大跨度、擺槽橫梁極易下垂變形、溢鋼斗無擺放空間等難題后，設計增加了事故擺槽與溢鋼斗（如圖1 所示），并于2020 年設備中修時對溢鋼斗進行了二次擴容優化，為敞開澆注生產的穩定性創造了條件。

圖1 增加擺槽及溢鋼斗

4 中間包優化

方坯敞開澆注模式是利用中包液面控流、配合定徑水口澆注，根據鑄機的運行情況，通過控制中包液面高度實現對拉速的調整，這就存在中間包液面波動頻繁，包襯耐材侵蝕加速。為了適應敞開澆注工藝的要求，實現敞開澆注“高效率、高品質、低成本”的目的，對中間包主要耐材進行了優化。

4.1 包襯材質優化

為了提高中間包的整體壽命，需要對包襯渣線料、穩流器、座磚等使用壽命進行同步提高，消除短板。根據現場生產使用后的殘包分析，與耐材供應廠家結合，對該部分耐材進行了材質的理化性能改進，渣線料耐侵蝕性、穩流器抗沖刷性得以增加。干式料渣線料、穩流器、座磚理化指標優化前后的性能對比見表1。

表1 干式料渣線料、穩流器、座磚理化指標優化前后對比

4.2 座磚、中包水口型式優化

優化座磚與上水口型狀配合，便于引流砂的加入，提高開澆自動引流成功率。原保護澆注模式下，中包水口由上、下水口兩部分組成，上部水口高出座磚面80 mm，上水口孔徑￠22 mm，下水口孔徑￠24 mm。由于上水口孔徑較小，引流砂難以精準加入，所以中包開澆自動引流率低，多數情況下依靠燒氧引流進行開澆。針對這種情況，優化了中包座磚與中包水口的配合形式，甩掉上部水口，適當增加座磚和下部水口的高度。座磚與中包水口配合優化前后的對比如圖2 所示。優化后的中包水口和座磚的配合形式，十分便于一定量的引流砂加入中包水口，中包開澆自動引流率提高到了80%左右，減輕了職工的勞動強度，提高了操作安全性。

原中包水口總長度為238 mm，鋼水在狹長直 徑內行程較長，事故堵流后重新燒開困難。優化后中包水口長度縮短至178 mm，縮短了60 mm，減少了鋼水套眼機率，便于事故堵流后重新引流。

4.3 上水口、座磚密封優化

座磚與上水口之間常出現密封不嚴，鋼水沖刷縫隙，在靜壓力作用下穿透縫隙，常造成上水口與座磚間隙滲鋼，嚴重時鋼水能穿透上水口與座磚間隙，浸入到快換機構滑道，從而造成被迫停機。調查研究發現，這主要是密封用火泥涂抹不均勻造成的。桶裝火泥在使用前因沉淀導致桶上部的火泥稀，下部的火泥稠，火泥稀不能有效填補座磚與上水口之間的縫隙，在生產過程中鋼水就會順著縫隙流入，導致滲鋼。在使用前，先把火泥攪勻，然后再填補座磚與上水口之間的縫隙，目前此類滲鋼已基本杜絕。

4.4 沖擊區包襯性能提升

為了發揮敞開澆注模式下長澆注周期的優勢，在保證安全的前提下提高中包的使用壽命。針對沖擊區拐角侵蝕嚴重的問題，在該部位增加了預制護墻角防護板（如圖3 所示），提高抗注流沖刷能力。改變中包打結方式，包底與包壁同時振動烘烤后再上平臺進行二次烘烤。中包使用壽命比原中包使用壽命提高了6 h。

圖3 中包沖擊區增加護板

5 結晶器系統優化

優化銅管內腔錐度曲線，加強結晶器管理。敞開澆注模式相對保護澆注而言，因結晶器內潤滑方式不同，為了減小坯殼的阻力而被迫降低結晶器內的液位高度，造成結晶器使用的不適應性，如不進行優化改造，勢必會增加操作和生產事故。

5.1 結晶器總成優化

敞開澆注后，將結晶器上的法蘭優化為單個法蘭（如圖4 所示），上平面平整，易于處理事故。恢復結晶器存放臺架,避免結晶器自重壓彎一區豎管（如圖5 所示）。

圖4 結晶器法蘭優化

圖5 結晶器存放優化

5.2 射源位置優化

自動控流檢測系統采用銫137 放射源。敞開澆注模式下，結晶器潤滑相對保護澆注模式下的差，為減少坯殼摩擦阻力，結晶器內鋼液面較保護澆注模式下的下移約40 mm，自動控制設定由原來的80%降至40%。由于射源檢測系統在檢測50%～80%范圍內性能最為優良，液面設定在40%處時，波動劇烈，極易出現卷渣漏鋼。經過對結晶器反復校核，決定優化結晶器裝配，將射源位置下移50 mm，充分利用射源檢測優良位置段，確保液面控制的穩定性。

5.3 銅管內腔曲線優化

敞開澆注模式下坯殼與銅管間氣隙比保護澆注模式下的小約10 倍左右，結晶器潤滑油滲入氣隙不均勻，潤滑不良，坯殼脫殼困難，銅管錐度大，磨損嚴重。為了提高銅管的使用壽命，減少生產事故，重新設計了適合現場實際生產情況的銅管內腔曲線，適當減小錐度，以改善結晶器傳熱，利于脫殼，提高坯殼厚度，降低鑄機溢漏率。

5.4 強化結晶器管理

敞開澆注后坯殼和銅管間的潤滑效果變差，坯殼和銅管壁直接接觸的可能性大大提高，易發生粘結漏鋼事故。為了減少粘結漏鋼事故的發生，嚴格執行結晶器使用管理制度，保護銅管，壁免劃傷，發現磨損及進更換。對上線前的結晶器，嚴格監控銅管裝配，優化水縫定位螺絲（如圖6 所示），保證水縫均勻。

圖6 銅管水縫定位絲優化

同時，針對敞開澆注，制訂結晶器冷卻水使用管理制度，加強結晶器冷卻，降低鑄機溢漏率，保證高效化生產。保證單流結晶器冷卻水不低于2 500 L/min，進水溫度≤31 ℃，回水溫度≤41 ℃，進水壓力≥0.9 MPa。

5.5 坯殼潤滑提升

優化結晶器潤滑油的加入方式，由單點加油改為兩點加油（如圖7 所示），改善了潤滑，減少了普碳鋼粘結漏鋼事故。

圖7 結晶器兩點加油

6 鋼水流動性優化

6.1 夾雜物控制

造渣：采用石灰、螢石造黃白渣，穩定的黃白渣保持一定粘度、不能太稀，黃白渣保持時間≥18 min。

脫硫：爐渣造好后，集中脫硫，開大氬氣 800 NL/min，攪拌 6 ～8 min 后取樣，保證在冶煉 18 min 時[S]脫至0.015%以下。

鈣處理：[S]進入目標范圍時，方可進行鈣處理，純鈣線 200～300 m/爐（澆次前兩爐250～350 m /爐），喂線速度 120 ～200 m/min。

軟攪拌：各指標滿足要求后進行軟攪拌，時間 8 ～18 min。

6.2 鋼水溫度控制

敞開澆注由于坯殼和銅管間氣隙缺少保護渣的填充，傳熱效果較差，初生坯殼較薄。鋼水低過熱度澆注可增加初生坯殼厚度，減少漏鋼，提高拉速，適應爐機匹配，提高鑄機運行安全性[1]。既要適應4#鑄機爐機不匹配的高拉速下的溫度需求，又要避免因澆注周期過長而產生后期溫低套眼事故。為此根據實際生產情況，分鋼種優化了敞開澆注溫度制度，具體見表2。

表2 鋼水溫度控制 ℃

7 結論

優化后，4# 鑄機敞開澆注高效、低成本生產的目標得以實現，中間包平均壽命達到22 爐/ 個。同時，由于中包壽命延長，縮短了輔助時間近2 h，有效提高了鑄機的作業率，降低了爐機匹配難度，為生產穩定順行打下了堅實的基礎。