鞏彥坤 張 濤 吳忠有 楊學(xué)雨

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司）

0 前言

連鑄中間包作為將鋼包與結(jié)晶器連接起來(lái)的中間過(guò)渡性設(shè)備，可以防止鋼水二次氧化和吸氣、改善鋼水的流動(dòng)狀態(tài)、防止卷渣和促進(jìn)夾雜物上浮、微調(diào)鋼水成分、控制夾雜物形態(tài)和精確控制鋼水過(guò)熱度，對(duì)提高連鑄作業(yè)率、多爐連澆和擴(kuò)大連鑄品種、改善鑄坯質(zhì)量有重要作用。隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，中間包的冶金作用受到了越來(lái)越多的重視。近年來(lái)，各個(gè)煉鋼廠為了凈化鋼液，不斷對(duì)中間包結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改造，通過(guò)改變澆鋼過(guò)程中中間包內(nèi)鋼水的流動(dòng)特性，以提高中間包內(nèi)夾雜物的去除效果。

針對(duì)邯鋼薄板坯連鑄機(jī)在中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造方面取得的成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，其效果顯著，應(yīng)用以來(lái)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 原有中間包結(jié)構(gòu)及存在問(wèn)題

邯鋼CSP薄板坯連鑄機(jī)原有中間包內(nèi)部為傳統(tǒng)的一墻兩壩結(jié)構(gòu)（如圖1所示），這種設(shè)計(jì)的中間包包內(nèi)流場(chǎng)基本合理，有利于連澆過(guò)程中夾雜物的上浮和排渣操作，但在生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中仍存在問(wèn)題。

圖1 一墻兩壩結(jié)構(gòu)中間包

在連鑄澆次第一爐鋼包開(kāi)澆時(shí)，這種墻壩組合設(shè)計(jì)的擋渣效果形同虛設(shè)。當(dāng)鋼包滑動(dòng)水口打開(kāi)后，鋼包水口內(nèi)先流下50 kg左右的引流砂，緊接著鋼流沖下，對(duì)包底產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，將沖擊板上的打結(jié)料耐材部分沖刷下來(lái)。在鋼包開(kāi)澆30 s后，中包內(nèi)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(qiáng)烈紊流混合形成鋼渣混合物，在強(qiáng)烈紊流的環(huán)境中大部分夾雜物會(huì)從擋渣墻下流過(guò)并越過(guò)擋渣壩進(jìn)入塞棒側(cè)，這樣塞棒側(cè)的鋼水就會(huì)受到重度污染，如圖2所示。原墻壩結(jié)構(gòu)要使中包液面上升到700 mm的時(shí)候，鋼液面正好埋沒(méi)過(guò)正常澆鋼時(shí)長(zhǎng)水口的下出鋼口，此時(shí)中包沖擊區(qū)鋼水液面穩(wěn)定，中間包內(nèi)流場(chǎng)也相對(duì)穩(wěn)定，鋼渣基本分離，這需要2 min。而CSP薄板坯連鑄機(jī)工藝要求中間包必須在鋼包開(kāi)澆2 min左右開(kāi)澆，也就是說(shuō)原墻壩結(jié)構(gòu)無(wú)法在中包開(kāi)澆前完成穩(wěn)定流場(chǎng)、鎮(zhèn)凈鋼水的要求。當(dāng)中間包向結(jié)晶器澆注鋼水時(shí)，部分夾雜物因來(lái)不及上浮而卷入結(jié)晶器內(nèi)，產(chǎn)生鑄坯質(zhì)量缺陷，澆次第一爐發(fā)生邊裂，表面夾雜的幾率特別大，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成裹渣漏鋼事故。

圖2 改進(jìn)前第一爐鋼包開(kāi)澆30 s中間包內(nèi)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(duì)接處會(huì)形成一個(gè)較小的夾角區(qū)。從力學(xué)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(kāi)澆時(shí)中間包內(nèi)壁與鋼水溫差有560 ℃左右，從鋼包開(kāi)澆到中間包開(kāi)澆這2 min之內(nèi)，由于中間包包壁吸熱會(huì)在中間包包壁尤其是包底形成一層凍狀冷鋼，這層流動(dòng)性差的凍狀冷鋼在塞棒打開(kāi)瞬間流入浸入式水口，會(huì)造成開(kāi)澆鋼流不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)晶器灌不滿發(fā)生死機(jī)或開(kāi)澆冒鋼。

2 改造后的中間包結(jié)構(gòu)

為了解決上述問(wèn)題，主要進(jìn)行了擋渣墻底部可熔型擋渣墻技術(shù)開(kāi)發(fā)，浸入式水口頸部設(shè)計(jì)優(yōu)化及安裝位置改進(jìn)等，改進(jìn)后的中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.1 可熔型擋渣墻技術(shù)開(kāi)發(fā)

底部可熔型擋渣墻技術(shù)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(kāi)。在澆次鋼包第一爐開(kāi)澆時(shí)，可熔型擋渣墻可將鋼包水口內(nèi)流下的引流砂和中間包內(nèi)被鋼流沖涮下的耐材完全擋在擋渣墻左側(cè)的沖擊區(qū)內(nèi)。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)論證，對(duì)即熔鋼板厚度進(jìn)行試驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)即熔鋼板在鋼包開(kāi)澆后30 s左右熔化，此時(shí)中間包沖擊區(qū)內(nèi)的鋼水約4 t，沖擊區(qū)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(jìn)后鋼包開(kāi)澆30 s中間包內(nèi)鋼水

已知鋼包下水口直徑為65 mm，開(kāi)到最大時(shí)鋼包長(zhǎng)水口內(nèi)的流速為340 m/min，沖擊區(qū)域中間包寬800 mm，長(zhǎng)1 000 mm，設(shè)開(kāi)澆30 s后中包內(nèi)鋼水液面為x m，那么開(kāi)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(guò)計(jì)算，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐論證，在鋼包開(kāi)澆30 s后，長(zhǎng)水口已浸入到鋼液面以下，鋼水流場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定，夾雜物已充分上浮。即熔鋼板在這時(shí)熔化，底部即熔型擋墻與擋壩配合，使流入塞棒側(cè)的鋼水相對(duì)純凈。這就從源頭上保證了澆次起步鋼水的純凈度，同時(shí)也提高了鑄坯質(zhì)量，減少了開(kāi)澆裹渣漏鋼事故的發(fā)生。中間包內(nèi)流場(chǎng)也有利于鋼液成分、溫度的均勻，縮小了死區(qū)的體積。在2014年至今的使用中取得了良好的較果,開(kāi)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(yōu)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(duì)接處形成了一個(gè)較小的夾角區(qū)，通過(guò)加長(zhǎng)浸入水口上沿，使水口上沿高出原設(shè)計(jì)30 mm，這樣塞棒和水口對(duì)接處就避開(kāi)了底部小夾角區(qū)，夾雜物不易在此聚集，既使有少量夾雜物在此，從力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，也利于上??；另外，入口處高出于包底凍狀冷鋼層，避免了中間包開(kāi)澆后凍狀冷鋼流入浸入式水口，預(yù)防了鋼流不可控造成結(jié)晶器灌不滿死機(jī)或冒鋼事故的發(fā)生。改進(jìn)前后浸入式水口安裝效果對(duì)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(shí)際應(yīng)用效果

中間包內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)后，進(jìn)行了生產(chǎn)跟蹤統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)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(kāi)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(shù)提升到34 爐/澆次。

表1 中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化后應(yīng)用效果對(duì)比

4 結(jié)論

采用可熔型擋渣墻技術(shù)、中間包浸入式水口尺寸及安裝優(yōu)化等措施對(duì)薄板坯連鑄中間包結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造。經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用實(shí)踐表明，中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，開(kāi)澆鋼水潔凈度有效提升，開(kāi)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(shù)提升到34 爐/澆次。