大包保护浇注效果改进

高 欣 王爱忠 王庆彬

(安阳钢铁股份有公司)

0 前言

一般来讲，钢中夹杂物对钢材品质有不利影响：对于冷轧薄板产品，会引起钢板表面线状缺陷、表面起皮缺陷和孔洞缺；对于中厚板产品，钢中氧化物夹杂会造成钢板横向断面收缩率显著降低，会促进氢致裂纹的形成和扩展；对于长材产品，钢中存在夹杂物使局部区域形成了破坏区，这对钢材断裂的发生和扩展起了决定性作用[1]。钢中夹杂物按照来源可分为内生夹杂物和外来夹杂物，外来夹杂物对产品性能危害最大。钢水二次氧化是外来夹杂物的重要来源，而钢包保护浇注的目的就是防止钢水二次氧化，因此其效果对钢中夹杂物的数量和种类有很大影响。

安钢第二炼轧厂板坯连铸生产过程中，某段时期大包保护浇注生产出现不稳定现象，敞开浇注次数较多，影响时间较长，保护浇注未能达到控制要求，中包钢水吸氧、吸氮严重，铝损偏大，甚至造成整炉改判或判废。针对上述情况进行了分析研究，采取了相应的控制措施，保证了大包保护浇注的稳定生产和保护浇注效果。

1 大包保护浇注存在的问题

通过对中间包试样的数据分析，发现中包钢水平均吸氮量11.6×10-6、平均铝损量82×10-6，且存在偶发性的较大波动。对该时期现场生产状况跟踪了解，发现长水口工况不稳定、碗部密封效果不良，长水口倾斜浇注，保护氩气压力控制不稳定，大包自开率偏低，大包浇注孔处的中包钢液翻滚程度大致使中包钢液面出现裸露现象，严重降低了保护浇注效果。

1.1 长水口工况不稳定

1.1.1 长水口碗部易挤钢

大包长水口与大包下水口连接后，长水口在大包开浇时受到钢水冲击产生晃动，致使连接处挤钢，统计六个月的生产数据发现：生产5 028炉钢，挤钢57次。这不仅影响保护浇注效果，也为大包停浇时去除长水口带来不利影响，严重时还会造成更换长水口、降速处理、敞开浇注等。

1.1.2 长水口穿孔、下部断裂、碗部炸裂

长水口受自身质量、钢水侵蚀、环境温度等影响，在开浇及使用过程中会出现穿孔、下部断裂、碗部炸裂的问题，在统计的六个月时间内，上述各问题分别出现12次、31次、25次，严重影响生产稳定，大大降低了保护浇注效果，同时也增加了工作的劳动强度和危险性。

1.2 长水口密封不佳

浇注过程中，受长水口机械手支撑力大小影响，长水口在受到钢水冲击时产生晃动，造成碗部密封不良，吸入空气氧化钢水；氩气对长水口碗部的密封至关重要，但氩气管道无压力表，无法实现对氩气的有效控制，给保护浇注带来一定程度的影响。

1.3 大包自开率偏低

受大包状况、钢水在大包中停留的时间、引流砂的材质、加入方式等多个因素影响，目前大包自开率偏低，在统计的5 028炉钢中自开炉数为4 891炉，自开率为97.28%，自开率偏低，影响生产的稳定和保护浇注效果。

1.4 中包钢液面裸露严重

由于大包倾斜致使长水口产生一定程度的倾斜，恶化了中包流场，长水口插入深度不足加剧了浇注区钢液的翻滚，中包覆盖剂加入量不足造成钢液面的裸露，中包钢液面上方空间密封不良，空气含量较大，加剧了钢水的二次氧化，降低了中包液面的保护浇注效果。

2 改进的措施

根据连铸钢液示踪试验所测定的数据来看，铸坯中夹杂物来源比例是：出钢过程钢液氧化占10%，脱氧产物占15%,熔渣卷入占5%，注流的二次氧化占40%，耐火材料的冲刷约占20%，中间包渣约占10%，由此可见，铸坯中基本上是外来夹杂物，主要来自于钢液浇注过程中的二次氧化[2]。因此，做好保护浇注工作的稳产和效果优化至关重要。

2.1 改进长水口碗部尺寸

改进长水口碗部尺寸，底部圆面直径由118.5 mm增大至138.5 mm，碗口圆面直径由142 mm增大至152 mm，碗部侧面与垂直方向的夹角由10 °减小至6 °(如图1所示)，减轻了钢流对长水口碗部的冲击，从而减少了大包开浇挤钢的几率，为保护浇注工作创造了良好的根本条件，同时也减小了外界空气进入长水口内部的通道。内径的增大起到减小开浇时长水口内壁对钢流的阻力作用，降低了开浇挤钢几率，同时减小了长水口内钢流的流动速度，减轻了中包内钢流的翻滚。

2.2 提高长水口热震性能

对长水口各部分的材质进行优化，提高长水口热震性能，减少穿孔、碗部炸裂、下部断裂的几率。针对长水口炸裂问题，采取应对措施，在开浇前对长水口进行预热，减小长水口与钢水的温差，进而减小长水口突遇高温时炸裂的几率。通过统计，正常情况下一根长水口被侵蚀断裂的使用炉数在15 炉左右(大多数浇次总炉数为20 炉)， 因此第12 炉钢浇注结束后正常更换长水口，避免了长水口在使用末期发生断裂。

(a) 优化前

(b) 优化后

2.3 长水口碗部的密封

大包机械手压紧力过小，长水口受钢水冲击产生振动，和大包下水口连接不紧密，不能有效杜绝空气进入长水口；压紧力过大可能造成设备和耐材的损坏，因此大包机械手压紧力必须保持在一定的范围内。考虑改进后长水口重量的增加和中包钢液对长水口的冲击，并根据现场经验发现大包机械手压紧力保持在5 MPa时能够保证长水口的稳定性，保护浇注效果较佳。为了防止空气进入长水口，降低长水口氩气对中包钢液的搅动，通过安装压力表控制氩气压力在0.3 MPa，保证长水口碗部形成微正压区，发挥氩封的最佳密封效果。

2.4 提高大包自开率

大包自开可以有效杜绝空气与钢流接触，防止钢水出现二次氧化。大包自开率与大包状况、钢水在大包中停留的时间、钢水的温度、钢中Mn含量、引流砂的材质、引流砂的湿度、大包翻渣等多个因素有关，通过有效控制以上因素提高大包自开率，采取措施后自开率由之前的97.28%提高至99.10%。

2.5 保证长水口的插入深度

大包开浇稳定后，及时将大包降至低位，并稳定快速将中包浇至满包状态，保证长水口插入深度在300 mm～350 mm，促使钢流紊流区下移，保证中包流场正常，减少钢液裸露程度。

2.6 保证长水口处于垂直状态

浇注过程中长水口处于垂直状态，不仅能够保证长水口碗部的密封外，还能减少中包内钢液的异常流动。浇注过程中，长水口应与大包保持同一角度，大包倾斜是造成长水口倾斜的根本原因，因此确保大包处于垂直状态至关重要。一方面保证大包自身处于自然平衡垂直状态，精炼上钢起吊后发现大包倾斜，及时蹲包矫正；另一方面保证大包臂的接受平台处于水平状态，对平台上面存有的残钢残渣要及时清理。

2.7 中包覆盖剂的选用及用量

浇注铝镇静钢时，中间包覆盖剂中含有的SiO2在钢/渣界面发生[Al]+(SiO2)→(Al2O3)+[Si]反应，通过实验研究发现浇入中间包后，由于覆盖剂中SiO2和Al的还原反应使钢水中的T[O]增加1倍多，因此中包覆盖剂中SiO2是有效的氧源，应尽可能采用碱性覆盖剂降低SiO2的含量[3]。同时，中包覆盖剂加入过少也会造成中包钢液的裸露，尤其是在浇次开浇后和中包排渣后特别严重，在上述两个阶段中要增加中包覆盖剂的加入量，保证保护浇注的效果。

3 大包保护浇注的控制效果

通过采取改进长水口尺寸及质量、控制长水口的连接密封、提高大包自开率等一系列措施，在生产过程中出现的长水口挤钢、长水口断裂、敞开浇注现象明显减少，钢水吸氮量、铝损量也明显降低，统计数据见表1。

表1 大包保护浇注相关数据统计对比

4 结论

大包保护浇注的影响因素较多，可控性较低，对连铸生产及钢水质量影响较大。通过采取改进长水口尺寸及质量、控制长水口的连接密封、提高大包自开率、优化中包钢液面的保护浇注等措施，实现了对生产过程的稳定控制，达到了对大包保护浇注效果优化的目的，改善了钢水质量，也为生产高品质产品提供了有力保障。

[1] 蔡开科.连铸坯质量控制[M]，冶金工业出版社，2010：17-21.

[2] 冯捷，史学红等.连续铸钢生产[M].北京：冶金工业出版社，2007:247-249.

[3] 姜碧涛，闫卫兵，张玉海.连铸保护浇注对钢水纯净度的影响[J].河北冶金，2015(5)：4-8.