连铸保护浇铸工艺改进

吴礼旺

（南京钢铁联合有限公司第二炼钢厂，江苏 南京 210000）

在连铸保护浇铸过程中，钢水和空气中氧气接触会发生，增加铸坯产品氧化物含量，不利于产品质量的提升。在连铸保护浇铸工艺中，防止钢水被二次氧化是缓减环节。但就目前发展现状而言，仍然存在一系列问题亟待解决，严重限制了钢产品合格率对提升。基于此，本文结合实际案例，对连铸保护浇铸改进做了如下分析。

1 案例分析

某金属加工厂现有100t在顶底复吹转炉4座，LF精炼设备3套，158mm×158mm五机五流方坯连铸机3台，主要生产低合金钢和普碳系列钢。连铸保护浇铸中主要采用了固体保护的方式，其主要目的是隔绝空气，避免空气中的氧气和高温钢水发现氧化反应，降低钢产品的杂志，提升合格率。具体连铸保护浇铸工艺为：在钢包到中间包、中间包到结晶器等裸露部分，用保护渣覆盖，降低空气中的氧气和高温钢水接触的几率，防止发生二次氧化。

2 连铸保护浇铸中工序中存在的问题

就该连铸保护浇铸工艺而言，在正常浇筑时熔池的深度为1200mm，铸坯厚度可达250mm，宽度在800mm～1000mm之间。在具体生产过程中，存在的问题包括以下几个方面：

（1）钢水二次氧化仍然严重。在中间包开浇是整个连铸保护浇铸工艺的核心环节，但受到吹氩系统不完善因素的影响，各个班组吹氩操作规范存在较大的差异性，比如：中间包覆盖剂加入量不均匀，在进行中间包快换操作时，并没有覆盖剂保护，高温钢水氧化问题一直存在，二次氧化和增N量仍然比较严重，连铸增N的质量分出甚至大于10×10-6，铸坯的合格率不足30%。

（2）长水口机械手不够先进。就该厂连铸保护浇铸工艺发展现状而言，长水口机械手使用年限比较长，在生产中存在很多缺陷，难以有效控制二次氧化和增N现象。此外，压力不足导致长水口和钢包下水口难以实现密切接触，在连铸保护浇铸过程中频繁发生长水口晃动现象，而在钢水注流的作用下，在长水口和钢包下水口之间会形成负压，空气进入，导致钢水发生二次氧化和增N。

（3）长水口结构设计不合理。长水口结构设计不合理，也是连铸保护浇铸工艺中引发二次氧化和增N的主要原因。目前该钢材长水口为直筒型结构，只能在中间包钢液面以上进行浇筑，当钢包开浇以后，再下降到钢包插入钢液面以下，容易在中间包中形成钢水卷渣，进而增加钢水和空气接触的面积，致使高温钢水二次氧化和增N的问题发生[1]。此外，原有放水口密封不严，或者密封垫圈在使用过程中，发生变形、松弛、破损等，导致接触面存在间隙，使得空气进入引发二次氧化和增N。

（4）中间包钢液面翻腾比较严重。在连铸保护浇铸过程中，当钢水进入中间包到包底以后，再反弹回流到钢水液面，会在冲击区域发生钢水沸腾现象，和空气接触后，会发生二次氧化，从而降低产品品质。目前连铸保护浇铸工艺中，使用了分体式浸入式水口，在生产过程中，受到上下水口板件吹氩管路堵塞和漏气的影响，在浇筑时密封效果降低，水口板间吸气或者水口破损，都会导致空气进入，进而引发二次氧化。

3 连铸保护浇铸工艺改进措施

（1）增加中间包包盖吹氩装置。在中间包烘烤结束到开浇前，如果缺乏完善的保护措施，则会导致大量空气进入中间包，进而发生氧现象。因此，为解决此类问题。连铸保护浇铸时，在中间包覆盖剂加入之前，为防止二次氧化现象的发生，重新增设了中间包包盖吹氩装置。但中间包烘烤结束后先打开再吃吹氩管路，并增加氩气压力，以高速吹氩气的方法，对中间包进行全面吹扫，将中间包中的空气全部排出，以便在中间包中形成一个氩气保护层，直到中间包吨位上升到55t以后，再用覆盖剂进行全面覆盖，此后关闭吹氩装置，以免在连铸保护浇铸过程中，高温钢水和空气直接接触，进而达到降低首开浇钢水二次氧化和增N现象，提升钢产品生产质量。

（2）全面改造长水口机械手。在连铸保护浇铸过程中，钢水对长水口会造成一个较强的冲击力，发生了多起长水口脱落现象，严重影响了连铸保护浇铸生产效率和质量。此外，由于长水口机械手顶升压力比较小，在浇铸过程中，经常发生长水口和钢包下水口接触不严的问题，导致大量空气进入，进而引发钢水二次氧化和增N现象。针对此类问题，机械工程设计方提出改造长水口机械手的目的。

（3）对长水口进行全面改进。在该钢材连铸保护浇铸过程中，长水口有2种结构形式，一种是直筒型长水口，另一种是浸入式开浇长水口，二者各有特性。此外，长水口溶剂的增加，可降低空气被注流压缩后反作用力，此种作用力不足以将长水口和钢包下水口分离开来，钢水也就无法形成逆向运动，进而避免了长水口脱落或者溢钢现象的发生。

在长水口的上端也要加装吹氩装置，以便在浇铸过程中，形成氩气保护罩，避免空气进入引发二次氧化，提升钢产品浇铸保护效果。此外，还要对长水口密封垫层进行改进，将垫层形状改变为平状加厚密封垫片，确保钢包下水口和长水口碗口地面接触的紧密性，避免存在漏气现象，提升氩气保护效果，保证密封件的稳定性。

（4）合理设置稳流器。在连铸保护浇铸过程中，合理设置稳流器，可有效避免中间包冲击区域钢液面翻滚现象的发生，降低反弹注流对中间包钢液面的冲击，此外，浸入式开浇长水口下部增加，也可以起到缓减钢流冲击速度的作用，避免钢流直接冲击包液面，控制中间包钢液面翻滚程度，降低钢水二次氧化和增N现象的发生。

4 连铸保护浇铸工艺改进效果分析

通过采用上述改进措施后，连铸保护浇铸过程中，二次氧化和增N现象得到了明显改善，铸坯合格率大幅度提升，不但提升了生产效率，保证了经济效益，而且减轻了工作人员劳动强度。低碳钢中Al的质量分数在300×10-6～500×10-6之间，满足低碳钢生产相关工艺和标准的要求。品种钢中N的质量分数从改进前的36.42×10-6降低到改进后的30.64×10-6，连铸过程增N的质量分数，从改进前的8.6×10-6降低到改进后的5×10-6，超低碳汽车用钢成品N质量分数控制在18×10-6以内，有效满足了不同钢种生产的需求。

5 结语

综上所述，本文结合实际案例，分析了连铸保护浇铸工艺改进，分析结果表明，为最大限度上提升连铸保护浇铸工艺水平，需要从钢包注流、中间包冲击区域、开浇期钢水、中间包注入流等能和空气接触的区域采取一系列保护措施，避免在连铸保护浇铸过程中，高温钢水和空气，而发生二次氧化现象，减少成品钢中N的质量分数，提升铸坯合格率，降低安全事故发生的概率，为进一步提升产品质量和生产的安全性奠定坚实基础。通过改进效果分析可以看出，采用上述改进措施，符合目前钢材连铸保护浇铸工艺落后，质量不高的要求，值得大范围推广应用。