中包扩容提升钢液纯净度生产实践

王智文， 张智应， 宋介中， 刘文静， 王二伟， 曹小江， 高 飞

（山西中阳钢铁有限公司技术中心， 山西 中阳 033400）

在连铸工艺过程中，中间包在控制铸坯质量方面具有重要的作用，适当的中间包冶金技术能够保证不会产生新的夹杂物，并能够在钢液在中间包以及从中间包到结晶器内流动过程中，降低从钢包进入钢液的夹杂物数量。

山西中阳钢铁有限公司（以下简称中钢）二炼钢主要设备为1 座1 000 t 混铁炉，3 座50 t 转炉，3 台四机四流连铸机，主要生产Q195、HRB400E、焊丝焊条钢、号钢等产品，其中Q195 拔丝产品以质量享誉市场，为将Q195 产品质量提升新台阶，故对连铸中间包进行扩容改造，以达到提升钢液纯净度的中包冶金效果。

1 原中间包内夹杂物上浮情况

中钢二炼钢厂的中间包原设计为15 t 钢水容量，为进一步改进钢水质量，对原中间包进行扩容改造至20 t，并取得了良好效果。

钢水在中间包内的平均停留时间可用下式近似计算：

式中：W为中间包钢水平均质量，W=15 t；a为断面尺寸，a=150 mm；v为拉坯速度，v=2.7 m/min；ρ 为钢水密度，ρ=7.2 g/cm3；n为连铸机流数。

则在此断面和拉速下中间包内钢水平均停留时间为8.57 min。中间包内不同直径夹杂物上浮的速度也可用Stokes 公式（2）近似计算：

式中：Vs夹杂物上浮的速度，cm/s；g为重力加速度，g=9.8 m/s2；D为夹杂物直径，μm；ρs为钢水密度，ρs=7.2 g/cm3；ρin为夹杂物密度，ρin=3.5 g/cm3；μ 为钢水黏度，μ=0.05 g/cm·s。

夹杂物经过L（L 取820 mm）长的上浮路径所需的时间t（min）

根据（2）（3）式可算出中间包内不同直径夹杂物上浮所需时间如表1。

表1 中间包内不同直径夹杂物上浮所需时间

由此可见，二炼钢现行中间包浇注Q195 钢种时，中间包内直径为60 μm 的夹杂物在中间包内的上浮时间为9.42 min。因此中间包内直径小于60 μm 的夹杂物上浮时间稍大于钢水在中间包内的平均停留时间，因此这部分夹杂物在现行容量的中间包内并没有充分的上浮时间。

从上述情况可以看出，为适应市场对高难品种钢的需求，中钢炼钢二厂对现行中间包进行扩容改造势在必行。

2 中包扩容实施方案

2.1 方案相关数据

1）重新制作中间包包壳、永久层胎模、工作层胎模。

2）中间包永久层厚度侧面由100 mm 降低为80 mm，底部厚度不变，为100 mm。

3）工作层厚度侧面由100 mm 降低为90 mm，底部由160 mm 降低为130 mm。

4）加设纳米保温层，厚度为15 mm。钢液密度按照表3 计算：固态常温7.85 t/m3；固态高温（1 200 ℃以上）7.4 t/m3；液态高温（1 600 ℃以上）7.0 t/m3；注态浇铸温度（中包温度）7.2 t/m3。

表2 中间包扩容前后打击料厚度对比 mm

表3 容量计算

2.2 扩容包示意图（见图1）

图1 扩容后中间包包壳尺寸

3 扩容包使用效果分析

3.1 相关工艺参数的变化

扩容后中间包钢水量增加，温降减少，中包温度最高与最低温度温差为温差降低2 ℃，同时，扩容后中间包钢水容量、熔池深度增加，在钢包交替过程中，拉速变化幅度降低0.2 m/min 左右，见表3。

表3 中间包相关参数变化

3.2 铸坯低倍情况

扩容包生产过程中，拉速2.5～2.7 m/min 条件下取钢坯做低倍检验情况，与中包扩容前低倍对比整体良好（见图2）。

图2 扩容包产钢坯低倍检验

3.3 取线材做夹杂物分析（见表4）

表4 扩容中间包试用夹杂物抽检情况

通过对三个浇次的扩容中间包生产的Q195 线材进行夹杂物分析的抽检，共做了87 批次的夹杂物分析，检出长度超三级夹杂物为可变形细长条状，共有6 批次，超尺寸超级别比例6.9%，但是，未发现有大颗粒夹杂物，整体尺寸较小，夹杂物数量减少。

4 结论

1）中钢二炼钢厂中间包扩容后，从冶金效果上看，钢水的停留时间由514 s 延长至686 s，有利于更小直径夹杂物的充分上浮，使钢水纯净度进一步提高。

2）采用扩容中间包减少中包温降，为转更好降低出钢温度提供了有利保证。

3）扩容后中间包钢水容量、熔池深度增加，在钢包交替过程中，拉速的变化有所改善，减小了因拉速变化较大产生的卷渣质量问题。

4）从使用效果看，扩容中间包有利于减少连铸坯中的夹杂物，提高连铸坯质量[3]。

5）扩容中间包降低了超级别夹杂物比例，Q195钢种的质量提升新台阶。