影響中間包鑄余自然分斷因素及應(yīng)對措施

邱榮軍(馬鞍山鋼鐵股份有限公司第四鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243011)

中間包是一種連鑄生產(chǎn)過程中的工序容器，鋼水注入中間包后由其分流到結(jié)晶器進而形成鑄坯。中間包作為冶金反應(yīng)容器是提高產(chǎn)量及質(zhì)量的重要一環(huán)，無論是保障連鑄操作順行，還是保證鋼液品質(zhì)符合用戶需要，中間包的作用都是不可忽視的。為了確保澆鑄安全，在中間包停澆時會保留一定量的鋼水(防止中間包卷渣)，這些鋼水稱之為中間包鑄余。中間包鑄余通過翻包機將中間包和鑄余分開時，鑄余自然斷裂成4斷稱為自然分斷。鑄余自然分斷后可直接運往廢鋼間回收，若不能自然分斷，則須燒氧切割為小塊后再裝車回收，易造成鋼鐵料消耗偏大，同時燒氧切割所產(chǎn)生的大量廢氣、煙塵也會對廠房環(huán)境造成污染，影響員工身心健康。

1 影響因素分析

2020年1月某廠共有265塊鑄余不能自動分斷，對不同類型的問題按塊數(shù)進行了原因分析，詳情見表1。

表1 未自動分斷原因分析

從表1可知，不能自動分斷的265塊鑄坯，其主要原因是中間包鑄余高，共226塊，占比高達85.28%，是導(dǎo)致不能自動分斷的主要問題，產(chǎn)生鑄余高的主要原因在于中間包停澆高度手動測量誤差和中間包結(jié)構(gòu)缺陷。

1.1 測量誤差

目前要求在停澆前測量中間包液位，采用測量桿自最外側(cè)烘烤孔垂直插入鋼水，如圖1所示。當觸碰到中間包包底后取出，測量桿上的粘鋼高度即為中間包鋼水液面高度。

現(xiàn)階段工藝要求，手動測量時，在測量值370 mm時進行停澆作業(yè)，但是在對冷卻后的鑄余厚度進行實物復(fù)測時，發(fā)現(xiàn)實際測量厚度在200 mm-500 mm，與控制標準370 mm±30 mm相差較大，這主要源于每個工人的技能水平不同，另外由于保護渣的覆蓋，對識別鋼水液面的準確度有誤差，造成現(xiàn)場工人很難精準判斷鋼水液面高度。

1.2 中間包設(shè)計不合理

通過水模擬研究發(fā)現(xiàn)該中間包在通鋼量2.5 t/min的條件下中間包起旋高度在200 mm，所以為了防止卷渣，保證安全停澆，我們需要中間包液位控制在200 mm及以上，另外為了能夠自然分段，需要控制液面在擋壩上沿以下。然而原始的中間包結(jié)構(gòu)擋壩處未開槽，當鋼液低于擋壩上沿時，由于擋壩的阻斷，沒有鋼水補充，在現(xiàn)有的通鋼條件下，容易引起鋼水卷渣，產(chǎn)生漏鋼風險；另外沒有鋼水補充，留給現(xiàn)場工人的操作時間短，很難安全精準控制中間包鑄余(圖1)。因此工藝要求工人操作時中間包鑄余要平均控制在10 t以上，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定。

圖1 測量液位高度位置示意圖

2 對策實施

2.1 提升測量設(shè)備精度

加裝新測量裝置并更改測量方法，采用連續(xù)中間包測溫(圖2)。將測溫點埋在距離中間包底部250 mm位置(當液面小于擋壩高度即可保證鑄坯自然分斷即液面距離包底高度≤400 mm，同時為了方式中間包卷渣現(xiàn)象液面距離包底高度必須≥200 mm，綜合考慮在保證中間包不發(fā)生卷渣停澆情況下盡可能降低鑄余多澆鑄鑄坯，將位置定位250 mm)，當鋼水超過250 mm，溫度約為1500 ℃左右，隨著中間包鋼水澆鑄，鋼水露出測溫點，測溫點測量的溫度大幅降低。

圖2 連續(xù)測溫探頭安裝圖

當中間包鋼水量≤30 t時，溫度梯度值超過0.3 ℃/s，在現(xiàn)場電腦操作畫面彈出對話框提示中間包液位低并立即關(guān)閉中間包，進行停澆作業(yè)。

分別對30個澆次鑄余厚度是否超過250 mm進行判斷，根據(jù)翻包后實測鑄余厚度發(fā)現(xiàn)使用新測量液位系統(tǒng)判斷停澆，其中26組鑄余厚度在200 mm-250 mm之間，基本滿足中間包鑄余自然分斷的要求。

2.2 中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化

綜合各種現(xiàn)場實際，認為進一步提高中間包自然分斷，一方面可以通過提高擋壩的高度，另一方面可以對中間包擋壩進行底部開孔，如圖3。但是增加擋壩高度，會改變中間包的流場，致使塞棒區(qū)域中間包表面流速增加，引起卷渣風險，影響鋼水潔凈度。綜合數(shù)模和水模擬實驗，結(jié)果見表2所示，擋壩底部開孔，平均停留時間和死區(qū)體積分數(shù)并沒有大的改變，通過該方式能夠?qū)笃诮胧剿谥車撍M行補充，防止中間包卷渣，給現(xiàn)場工人容留充分的操作時間，且對中間包流場影響較小。

圖3 擋壩開孔

表2 鋼液停留時間分布分析

通過后工序夾雜缺陷跟蹤，對開孔前后冶金缺陷的對比發(fā)現(xiàn)，開孔中間包冶金缺陷為7.54%，未開孔中間包冶金缺陷為7.45%，并沒有造成鑄坯質(zhì)量惡化。根據(jù)表2可知，開孔前夾雜物去除率53.8%，開孔后53.9%，基本相符，證明開孔后未對鑄坯質(zhì)量造成影響。

3 結(jié)語

通過提升測量精度和中間包結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，中間包鑄余明顯降低，中間包自然分斷率由12.60%-31.25%提高至88.00%-95.38%。

2021年8月-10月鞏固期間中間包生產(chǎn)370個澆次2255爐，其中換中間包澆次305個，停開澆次65個，換中間包中間包鑄余量由18.3 t/澆次降低為13.6 t/澆次，每個澆次降低鑄余4.7 t，停澆中間包鑄余量由13.9 t/澆次降低為10.5 t/澆次，每個澆次降低鑄余3.4 t。

中間包結(jié)構(gòu)改造后和改造前，后工序反饋冶金缺陷相當，未對鑄坯質(zhì)量造成影響。