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(yè)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(guī)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(wěn)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(wěn)，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(wěn)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(guī)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(guī)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(guī)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(qū)，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(qū)［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(qū)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(guī)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(guī)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(wěn)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(guī)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(huán)，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(qū)，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(qū)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(yōu)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(guī)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?？刂浦虚g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(yōu)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(yè)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(xù)鑄鋼生產［M］.北京：冶金工業(yè)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.