薄板坯中間包結構優化改造應用實踐

鞏彥坤 張 濤 吳忠有 楊學雨

（河北鋼鐵集團邯鋼公司）

0 前言

連鑄中間包作為將鋼包與結晶器連接起來的中間過渡性設備，可以防止鋼水二次氧化和吸氣、改善鋼水的流動狀態、防止卷渣和促進夾雜物上浮、微調鋼水成分、控制夾雜物形態和精確控制鋼水過熱度，對提高連鑄作業率、多爐連澆和擴大連鑄品種、改善鑄坯質量有重要作用。隨著連鑄技術的發展，中間包的冶金作用受到了越來越多的重視。近年來，各個煉鋼廠為了凈化鋼液，不斷對中間包結構進行優化改造，通過改變澆鋼過程中中間包內鋼水的流動特性，以提高中間包內夾雜物的去除效果。

針對邯鋼薄板坯連鑄機在中間包結構優化改造方面取得的成功經驗進行了詳細闡述，其效果顯著，應用以來取得了巨大的經濟效益和社會效益。

1 原有中間包結構及存在問題

邯鋼CSP薄板坯連鑄機原有中間包內部為傳統的一墻兩壩結構（如圖1所示），這種設計的中間包包內流場基本合理，有利于連澆過程中夾雜物的上浮和排渣操作，但在生產應用過程中仍存在問題。

圖1 一墻兩壩結構中間包

在連鑄澆次第一爐鋼包開澆時，這種墻壩組合設計的擋渣效果形同虛設。當鋼包滑動水口打開后，鋼包水口內先流下50 kg左右的引流砂，緊接著鋼流沖下，對包底產生強烈沖擊，將沖擊板上的打結料耐材部分沖刷下來。在鋼包開澆30 s后，中包內鋼液面上升到250 mm左右，在這一液面高度下，鋼水、引流砂和脫落的耐材強烈紊流混合形成鋼渣混合物，在強烈紊流的環境中大部分夾雜物會從擋渣墻下流過并越過擋渣壩進入塞棒側，這樣塞棒側的鋼水就會受到重度污染，如圖2所示。原墻壩結構要使中包液面上升到700 mm的時候，鋼液面正好埋沒過正常澆鋼時長水口的下出鋼口，此時中包沖擊區鋼水液面穩定，中間包內流場也相對穩定，鋼渣基本分離，這需要2 min。而CSP薄板坯連鑄機工藝要求中間包必須在鋼包開澆2 min左右開澆，也就是說原墻壩結構無法在中包開澆前完成穩定流場、鎮凈鋼水的要求。當中間包向結晶器澆注鋼水時，部分夾雜物因來不及上浮而卷入結晶器內，產生鑄坯質量缺陷，澆次第一爐發生邊裂，表面夾雜的幾率特別大，嚴重時還會造成裹渣漏鋼事故。

圖2 改進前第一爐鋼包開澆30 s中間包內的鋼水

原有中間包浸入式水口安裝在包底的最低位，塞棒和浸入式水口對接處會形成一個較小的夾角區。從力學上分析，鋼流前沿的夾雜物容易在此聚集，且不利于上浮。此外，鋼包開澆時中間包內壁與鋼水溫差有560 ℃左右，從鋼包開澆到中間包開澆這2 min之內，由于中間包包壁吸熱會在中間包包壁尤其是包底形成一層凍狀冷鋼，這層流動性差的凍狀冷鋼在塞棒打開瞬間流入浸入式水口，會造成開澆鋼流不穩定，進而導致結晶器灌不滿發生死機或開澆冒鋼。

2 改造后的中間包結構

為了解決上述問題，主要進行了擋渣墻底部可熔型擋渣墻技術開發，浸入式水口頸部設計優化及安裝位置改進等，改進后的中間包內部結構如圖3所示。

圖3 改進后的中間包內部結構

2.1 可熔型擋渣墻技術開發

底部可熔型擋渣墻技術即在中間包擋渣墻底部安裝即熔鋼板（如圖3所示）。即熔鋼板選用低碳鋼系列，安裝在擋渣墻下部，與包底相接，形狀和尺寸與擋渣墻和包壁之間的空位形狀和尺寸相同，從而將擋渣墻左右完全分開。在澆次鋼包第一爐開澆時，可熔型擋渣墻可將鋼包水口內流下的引流砂和中間包內被鋼流沖涮下的耐材完全擋在擋渣墻左側的沖擊區內。經過多次試驗論證，對即熔鋼板厚度進行試驗，最終設計即熔鋼板在鋼包開澆后30 s左右熔化，此時中間包沖擊區內的鋼水約4 t，沖擊區鋼液面快速上升到距離包底700 mm左右的地方，如圖4所示。

圖4 改進后鋼包開澆30 s中間包內鋼水

已知鋼包下水口直徑為65 mm，開到最大時鋼包長水口內的流速為340 m/min，沖擊區域中間包寬800 mm，長1 000 mm，設開澆30 s后中包內鋼水液面為x m，那么開澆30 s后注入中間包 的 鋼 水 量 為（0.065/2）2×3.14×30/60×340 =0.8×1.0×x，則液面高x為0.70 m。通過計算，并結合生產實踐論證，在鋼包開澆30 s后，長水口已浸入到鋼液面以下，鋼水流場相對穩定，夾雜物已充分上浮。即熔鋼板在這時熔化，底部即熔型擋墻與擋壩配合，使流入塞棒側的鋼水相對純凈。這就從源頭上保證了澆次起步鋼水的純凈度，同時也提高了鑄坯質量，減少了開澆裹渣漏鋼事故的發生。中間包內流場也有利于鋼液成分、溫度的均勻，縮小了死區的體積。在2014年至今的使用中取得了良好的較果,開澆卷渣漏鋼事故由2014年的5次/年降低到了目前的0次/年。

2.2 浸入式水口尺寸及安裝優化

原有中間包浸入式水口安裝在包底的最低位，塞棒和浸入式水口對接處形成了一個較小的夾角區，通過加長浸入水口上沿，使水口上沿高出原設計30 mm，這樣塞棒和水口對接處就避開了底部小夾角區，夾雜物不易在此聚集，既使有少量夾雜物在此，從力學角度來說，也利于上浮；另外，入口處高出于包底凍狀冷鋼層，避免了中間包開澆后凍狀冷鋼流入浸入式水口，預防了鋼流不可控造成結晶器灌不滿死機或冒鋼事故的發生。改進前后浸入式水口安裝效果對比如圖5所示，效果非常明顯。

圖5 浸入式水口安裝效果

3 實際應用效果

中間包內部結構優化改進后，進行了生產跟蹤統計和分析，結果如下表1所示。

由表1可以看出，澆次第一爐鑄坯的夾雜物含量、裂紋率均有明顯下降。澆次開澆裹渣漏鋼事故杜絕，塞棒及工作層的侵蝕量明顯減輕，耐火材料壽命得到了提高，最高連澆爐數提升到34 爐/澆次。

表1 中間包結構優化后應用效果對比

4 結論

采用可熔型擋渣墻技術、中間包浸入式水口尺寸及安裝優化等措施對薄板坯連鑄中間包結構進行了改造。經過多年的應用實踐表明，中間包結構優化后，開澆鋼水潔凈度有效提升，開澆裹渣漏鋼事故杜絕，耐火材料壽命有效提高，最高連澆爐數提升到34 爐/澆次。