武志杰 石建強(qiáng) 程 迪 姜麗梅 韓闖闖

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司）

0 前言

板坯連鑄機(jī)浸入式水口在線(xiàn)快速更換技術(shù)是提高連澆爐數(shù)、保證生產(chǎn)高效穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)[1]。由于浸入式水口在澆注過(guò)程中受高溫鋼水沖涮、Al2O3夾雜物在水口附近富集堵塞以及保護(hù)渣的侵蝕等作用，無(wú)法連續(xù)澆注，使中間包與浸入式水口的壽命不一致。浸入式水口在線(xiàn)快速更換技術(shù)能有效提高單中間包連澆爐數(shù)，較少產(chǎn)出因換包導(dǎo)致的鑄坯切頭、切尾以及中包澆余，提高了鑄坯收得率，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

浸入式水口快換過(guò)程屬于典型的非穩(wěn)態(tài)澆注過(guò)程，在水口更換過(guò)程中受到拉速變化、低拉速澆注、結(jié)晶器液面波動(dòng)、鋼水二次氧化等諸多因素的影響，易造成夾雜物卷入、鋼水二次氧化、鋼中成分波動(dòng)等一系列質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生[2-4]。

河鋼邯鋼邯寶煉鋼廠(chǎng)擁有2 臺(tái)意大利達(dá)涅利公司設(shè)計(jì)制造的雙流板坯連鑄機(jī)，具有浸入式水口在線(xiàn)快速更換技術(shù)。自投產(chǎn)以來(lái)，針對(duì)高端汽車(chē)板和家電板的產(chǎn)品定位，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，總結(jié)出一套完整的水口快換標(biāo)準(zhǔn)化操作方法，對(duì)換水口過(guò)程中的塞棒關(guān)閉時(shí)間、液面補(bǔ)償高度、換水口后提拉速等操作均有明確規(guī)定，有效降低了非穩(wěn)態(tài)澆注過(guò)程中的鑄坯質(zhì)量波動(dòng)。

但是對(duì)換水口鑄坯潔凈度和優(yōu)化使用方面的研究較少，目前換水口鑄坯均采用直接降級(jí)處置，該方法較為粗放，會(huì)造成鑄坯質(zhì)量不合格，導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高。因此，需要對(duì)換水口部位鑄坯潔凈度進(jìn)行細(xì)致分析，為鑄坯精細(xì)化和質(zhì)量層級(jí)式管理提供理論基礎(chǔ)。

1 取樣方法

采用氮氧含量分析、大樣電解分析、掃描電解分析和能譜分析等手段對(duì)水口快換鑄坯潔凈度的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，從而指導(dǎo)換水口鑄坯質(zhì)量細(xì)分和精細(xì)化利用，進(jìn)一步提高了鑄坯利用率。

為分析換水口操作對(duì)鑄坯潔凈度的影響，選取典型超低碳鋼水口快換鑄坯和正常鑄坯，對(duì)二者進(jìn)行取樣分析。在換水口位置前后每隔1 m 取鑄坯樣，前后各取4 m，并對(duì)所取鑄坯樣進(jìn)行編號(hào)，換水口前的編號(hào)分別為1、2、3、4，換水口后的分別為A、B、C、D。取樣位置在鑄坯寬度方向1/4 處，取樣大小為100×100×240 （單位：mm），便于后續(xù)進(jìn)行氮氧成分分析和大樣電解分析。正常鑄坯選取換水口前一塊鑄坯，取樣位置與換水口鑄坯相同。換水口鑄坯的取樣位置如圖1 所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 鋼中氮、氧含量分析

圖1 鑄坯取樣位置

鋼中氮、氧含量均是鋼水潔凈度的重要指標(biāo)，鋼中氧含量即T[O]，是鋼中溶解氧與結(jié)合氧之和，其中結(jié)合氧以?xún)?nèi)生夾雜物和外來(lái)夾雜物的形式存在于鋼中，因此該成分可直接表征顯微夾雜物水平[5]。鋼中氮含量同樣是鋼中有害元素，會(huì)降低鋼的韌性、焊接性，增加鋼的脆性，造成開(kāi)裂，因此高品質(zhì)鋼均對(duì)氮含量有嚴(yán)格的控制要求。

為研究換水口鑄坯氮、氧含量的變化規(guī)律，對(duì)超低碳鋼的水口快換鑄坯和正常鑄坯的試樣進(jìn)行了成分分析，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 氮氧含量分析 %

從表1 可以看出，在換水口前4 m 至3 m 部位，水口快換鑄坯的氮、氧含量與正常鑄坯的相同且變化不大。換水口前2 m 至換水口后2 m 位置，氮、氧存在明顯上升，氮含量平均為0.004 2%，最高達(dá)到0.004 5%，氧含量平均為0.002 6%，最高達(dá)到0.003 0%。換水口后3 m 和4 m 部位的氮氧含量均有所降低，并趨近于正常鑄坯水平。由此可見(jiàn)，換水口前后3 m 外位置的氮氧含量趨于正常，可正常使用。

2.2 鋼中夾雜物分析

2.2.1 夾雜物數(shù)量分析

大樣電解法是檢驗(yàn)鋼中夾雜物的主要方法，采用大樣電解法對(duì)所取樣品的夾雜物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 換水口鑄坯夾雜物數(shù)量統(tǒng)計(jì)

從表2 可以看出，夾雜物數(shù)量統(tǒng)計(jì)與氮、氧含量的規(guī)律基本相似。換水口前2 m 以外位置的夾雜物總量均在1 mg/10 kg 以下，但是2 m 部位存在80 ～140 μm大顆粒夾雜物；換水口前1 m 至換水口后2 m 部位，夾雜物數(shù)量較多，均存在80 ～140 μm 的大顆粒夾雜物；換水口后3 m 位置，夾雜物總量降至1 mg/10 kg以下，且無(wú)大顆粒夾雜物，趨近于正常水平。

因此，綜合夾雜物數(shù)量和尺寸，換水口位置前后3 m 外鑄坯夾雜物水平趨于正常，可正常使用。

2.2.2 夾雜物種類(lèi)分析

不同換水口位置夾雜物宏觀(guān)結(jié)構(gòu)主要為球狀或塊狀結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。對(duì)電解出的夾雜物進(jìn)行掃描電鏡分析，球狀?yuàn)A雜物主要為Al-Ca-Mg 類(lèi)夾雜，部分含有K、Na 或Zr 元素，塊狀?yuàn)A雜物主要為純Al2O3類(lèi)夾雜和Al-Si 類(lèi)夾雜，伴有K、Na 元素，如圖3 所示。

圖2 換水口鑄坯樣的夾雜物形貌

圖3 換水口鑄坯樣典型夾雜物掃描電鏡分析

分析認(rèn)為，含Zr 元素夾雜物與水口耐材元素一致，應(yīng)為換水口過(guò)程中水口耐材脫落進(jìn)入鋼水中所致。純Al2O3類(lèi)夾雜應(yīng)為換水口過(guò)程中鋼水二次氧化造成。K、Na 元素為保護(hù)渣特有元素，因此，這類(lèi)夾雜物應(yīng)為換水口過(guò)程中保護(hù)渣卷入所致。

3 生產(chǎn)應(yīng)用

通過(guò)氮氧含量分析、大樣電解分析、掃描電解和能譜分析可以發(fā)現(xiàn)，水口快換對(duì)應(yīng)鑄坯前后2 m 部位，氮氧含量、夾雜物數(shù)量均較高，且存在80 ～140 μm 的大顆粒夾雜物，2 m 外位置的趨近于正常坯水平。基于以上分析，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，換水口部位安排在鑄坯頭部或尾部，便于后續(xù)切割操作。切割長(zhǎng)度為換水口位置前后3 m，3 m 外部分正常使用。為驗(yàn)證換水口鑄坯前后3 m 位置的質(zhì)量與正常鑄坯是否一致，進(jìn)行了氮、氧含量分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)換水口鑄坯前后3 m 位置與正常鑄坯基本一致，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

基于以上驗(yàn)證，對(duì)該優(yōu)化方法進(jìn)行推廣應(yīng)用，通過(guò)后續(xù)軋鋼生產(chǎn)跟蹤以及用戶(hù)使用跟蹤，未出現(xiàn)批量的由大顆粒夾雜物導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題，產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量良好。該方法推廣后，利于換水口鑄坯進(jìn)一步質(zhì)量細(xì)分和精細(xì)化使用，提高了鑄坯利用率，降低了生產(chǎn)成本。

表3 氮氧含量分析 %

4 結(jié)論

（1）根據(jù)氮氧含量和夾雜物總量分析，鑄坯換水口位置前后3 m 外部位的氮氧含量以及夾雜物數(shù)量趨于正常，可以正常使用。

（2）根據(jù)夾雜物種類(lèi)分析，認(rèn)為換水口鑄坯中的夾雜物主要為換水口過(guò)程中水口耐材脫落、鋼水二次氧化造成和保護(hù)渣卷入所致。

（3）基于換水口鑄坯潔凈度分析，在實(shí)際生產(chǎn)中，將換水口位置安排到鑄坯頭部或尾部，切割尺寸為換水口位置前后3 m。通過(guò)對(duì)軋鋼生產(chǎn)過(guò)程跟蹤以及用戶(hù)使用情況反饋，未出現(xiàn)批量的由大顆粒夾雜物導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。

（4）該鑄坯優(yōu)化利用方法利于換水口鑄坯進(jìn)一步質(zhì)量細(xì)分和精細(xì)化使用，提高了鑄坯利用率，有效降低了生產(chǎn)成本。