小方坯提高含鋁鋼可澆性措施的研究

溫日春、劉營、李劍華、吳博

摘要 為了提高含鋁鋼的可澆性，通過改進(jìn)精煉造渣技術(shù)，出鋼脫氧技術(shù)、夾雜物吸附技術(shù)和連鑄過程加強(qiáng)崗位操作、優(yōu)化核心設(shè)備維護(hù)、改進(jìn)塞棒質(zhì)量等一系列的改進(jìn)、優(yōu)化措施，工藝試驗(yàn)結(jié)果表明，鑄坯表面質(zhì)量優(yōu)良，改進(jìn)后的的塞棒侵蝕相對(duì)較小，連鑄含鋁鋼連澆爐數(shù)達(dá)到25爐以上。

關(guān)鍵詞：含鋁鋼  可澆性  絮流物  堵塞  措施

1含鋁鋼澆注過程水口堵塞情況

某鋼廠120t轉(zhuǎn)爐主要生產(chǎn)冷墩鋼和焊線、焊絲鋼，其中冷墩鋼的訂單逐步上升，但生產(chǎn)冷墩鋼的的可澆性很不理想，冶煉、精煉為了提高鋼水可澆性通常喂800-1000m鈣線，導(dǎo)致連鑄塞桿使用壽命降低，連澆爐數(shù)從15爐降到11爐。同時(shí)冷墩鋼本身為含鋁鋼，在連鑄過程中，中間包上水口、塞棒頭部附近極易沉積高熔點(diǎn)Al₂O₃和CaO·6Al₂O₃系絡(luò)合物的產(chǎn)生，出現(xiàn)塞棒關(guān)不嚴(yán)、鋼水不愛下流，導(dǎo)致結(jié)晶器液面出現(xiàn)控流不穩(wěn)的現(xiàn)象，最終被迫停澆，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)成本和產(chǎn)量提升。

2水口堵塞物成分分析

該鋼廠連鑄生產(chǎn)的含鋁鋼連澆爐數(shù)在15爐左右，其中對(duì)鋼水流動(dòng)性差的爐次，取其浸入式水口絮流物，對(duì)其進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析，堵塞水口的主要物質(zhì)為Al₂O₃，同時(shí)混有CaO·6Al₂O₃、CaO·2Al₂O₃。該澆次開澆10 min左右，中包塞棒就開始上漲，水口出現(xiàn)堵塞，上漲到一定程度，結(jié)晶器液面出現(xiàn)控流不穩(wěn)的現(xiàn)象，被迫停澆。取該澆次停澆中包水口，砸開后發(fā)現(xiàn)，水口內(nèi)壁附著一層白色的物質(zhì)，厚度約2mm，嚴(yán)重影響了鋼水在水口內(nèi)的流動(dòng)。觀察堵塞物的富集區(qū)發(fā)現(xiàn)，堵塞物一般富集在中包水口上口的碗部區(qū)域或渣線以下出口區(qū)域。刮取白色物質(zhì)，如下圖水口結(jié)瘤物做能譜檢驗(yàn)，結(jié)果如下：

圖1   圖（3）結(jié)瘤物及能譜圖顯示結(jié)果

能譜分析結(jié)果顯示，呈灰白色部分含有O、C、Ca、Si、Al、Na、Mg、S等元素。

進(jìn)一步驗(yàn)證了含鋁鋼的特性，因此根據(jù)含鋁鋼的特性制定合理的解決方案是解決含鋁鋼可澆性的有效措施。

3中包水口堵塞的原因及提高含鋁鋼可澆性的措施

  通常澆鑄含鋁鋼時(shí)若密封保護(hù)不當(dāng)，鋼水內(nèi)的Al與O結(jié)合形成高熔點(diǎn)的Al₂O₃等夾雜物，在塞棒頭部以及上水口碗部聚集大量的難溶夾雜物，導(dǎo)致塞棒控流難，上水口絮流，結(jié)晶器液面波動(dòng)大，進(jìn)而引起不愛下流被迫停澆，因此根據(jù)含鋁鋼的特性可以從冶煉及連鑄的工藝性質(zhì)，研究以下措施來提高含鋁鋼的可澆性及連澆爐數(shù)：

3.1改進(jìn)精煉造渣技術(shù)，出鋼脫氧技術(shù)、夾雜物吸附技術(shù)提高鋼水的可澆性

為了加快精煉成渣速度，提供足夠的脫S和吸附夾雜時(shí)間，采用出鋼渣洗是一個(gè)較好的方案,出鋼時(shí)先加入C粉脫O，再加入合金，最后加入Al脫O，出鋼過程隨合金加入精煉渣和活性小粒石灰，使LF處理初期就能很快形成白渣，白渣形成后鋼中S得到有效的去除，成分和溫度命中后精煉工藝就可以轉(zhuǎn)入軟吹 Ar階段。為了獲得上述含鋁鋼精煉終渣成分，需要向鋼包中加入含CaO、Al₂O₃的造渣材料。根據(jù)鋼水O和脫氧劑用量估算出生成的脫氧產(chǎn)物數(shù)量，并在統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)爐下渣量基礎(chǔ)上，按終渣總量和成分要求可粗略計(jì)算出各種造渣材料用量，經(jīng)過取樣分析、修正，就能得到合理的造渣材料用量及配比。

另外，有效利用從連鑄回轉(zhuǎn)臺(tái)下來的熱態(tài)精煉渣，可減少造渣料的加入，降低因渣料熔化帶來的熱態(tài)精煉渣循環(huán)量損失，縮短精煉的化渣時(shí)間,出鋼過程加入精煉渣 2-4kg/t，石灰由原來的5kg/t減少到2kg/t大包澆鑄結(jié)束后將循環(huán)渣直接倒入精煉等待位的鋼包里，進(jìn)站后測量渣層厚度，按爐渣總量和成分要求計(jì)算需要補(bǔ)加的造渣材料用量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果向鋼包中加入含CaO、Al₂O₃的造渣材料，不再加入螢石，其它工藝不變。造渣制度優(yōu)化后，LF處理初期就能很快形成白渣，精煉過程白渣平均保持時(shí)間較改進(jìn)前增加了3min，造渣制度優(yōu)化后，平均軟吹A(chǔ)r時(shí)間提高了2min。優(yōu)化精煉渣組成和改進(jìn)造渣制度后，鋼包渣結(jié)塊現(xiàn)象消失，脫S率提高了12.17% ,由圖2可看出，優(yōu)化后鋼水可澆性得到明顯改善。

3.2連鑄過程加強(qiáng)崗位操作、優(yōu)化核心設(shè)備維護(hù)、改進(jìn)塞棒質(zhì)量

（1）加強(qiáng)崗位操作責(zé)任心，提高處理事故的能力，減少或杜絕生產(chǎn)事故造成的敞流澆鑄，因某種原因如果非要敞流澆鑄，要抓緊時(shí)間處理事故減少敞流澆鑄時(shí)間。同時(shí)使用優(yōu)質(zhì)引流劑，提高連鑄鋼包自開率。

（2）控制好長水口的吹氬量：由于大包下水口與長水口之間鋼水的快速流動(dòng)，使得其間隙產(chǎn)生負(fù)壓（真空泵效應(yīng)），在大包下水口與長水口接縫處，使用石棉密封圈，開澆時(shí)通入氬氣使長水口碗處形成正壓區(qū)，避免吸入空氣，保證中包長水口液面處翻動(dòng)但不露鋼液面。該鋼廠連鑄在中包車的長水口管路上加有閥門和壓力表，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)氬氣大小。因?yàn)闅鍤膺^小，無法使鋼包下水口與長水口之間產(chǎn)生微正壓，而氬氣過大又將導(dǎo)致中包內(nèi)鋼水翻動(dòng)大而使鋼液面裸露。因此，根據(jù)實(shí)際情況，通過球閥和壓力表隨時(shí)保持適合的氬氣流量。同時(shí),在操作上,套長水口時(shí)采用必須一次掛正掛牢，防止密封圈的損壞，長水口掛不正就會(huì)產(chǎn)生縫隙，進(jìn)而吸入空氣，掛長水口時(shí)切記不要把石棉密封圈弄壞，密封圈損壞也會(huì)漏氣。氬氣流量以不造成水口插入?yún)^(qū)域的中間包鋼液面大的翻動(dòng)為原則。

（3）采用優(yōu)質(zhì)大中包密封墊，以前使用的密封圈易碎、易裂、尺寸不合適，不能和長水口腕部嚴(yán)密結(jié)合。對(duì)現(xiàn)用密封圈進(jìn)行加厚處理、精確密封圈尺寸、在材質(zhì)中添加石墨碳增加密封圈的柔韌度，使用過程抗壓耐磨，保證了密封圈嚴(yán)實(shí)密封的使用效果。

（4）加強(qiáng)鑄機(jī)的設(shè)備維護(hù)，確保滿流拉鋼

連鑄機(jī)的設(shè)備維護(hù)至關(guān)重要，去年該鋼廠120噸連鑄因設(shè)備事故造成斷流原因，平均在10次/月，為了更好的確保好設(shè)備的在線使用狀況，要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行周期性管理，且每次停澆后都要對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢查，主要是振動(dòng)、拉矯機(jī)、電磁攪拌等設(shè)備。保證鑄機(jī)滿流拉鋼即可減少澆注周期、降低過熱度。

(5)塞棒控制系統(tǒng)及塞棒質(zhì)量改進(jìn)

   連鑄拉速的大小是通過啟閉機(jī)構(gòu)對(duì)塞棒的開啟大小來控制的，連澆到后期因塞棒的侵蝕比較嚴(yán)重而導(dǎo)致不好控流而被迫停澆，尤其是含鋁鋼其獨(dú)特的性，鋼水流動(dòng)性差，因其會(huì)生成Al₂O₃難熔性夾雜物，在精煉需要進(jìn)行鈣處理，會(huì)在中包按如下反應(yīng)，Al₂O₃→CaO·6Al₂O₃→CaO·2Al₂O₃→CaO·Al₂O₃→12CaO·7Al₂O₃→3CaO·Al₂O₃，此種渣子對(duì)塞棒侵蝕較為嚴(yán)重，一是在渣線部位侵蝕比較嚴(yán)重，二是對(duì)塞棒頭部侵蝕不規(guī)則而引起失控，通常塞棒控流失控有以下幾種情況：1）塞棒棒頭侵蝕，具體表現(xiàn)為塞棒位置逐漸連續(xù)下降。2）絮流引發(fā)的棒位上升，后期因不規(guī)則絮流物導(dǎo)致失控。3）塞棒棒頭掉塊，具體表現(xiàn)，塞棒在正常澆鋼時(shí)控流正常，突然塞棒控流失控。為此，我們和塞桿耐材廠家進(jìn)行取樣分析，對(duì)塞棒進(jìn)行改進(jìn)：

尖頭設(shè)計(jì)對(duì)控流有很高的精度，對(duì)液位的控制更為有效，大幅減少因液位波動(dòng)引發(fā)的相關(guān)質(zhì)量問題。但尖頭設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是，棒頭部分強(qiáng)度較低，容易出現(xiàn)斷裂的問題，對(duì)操作和機(jī)構(gòu)狀態(tài)的要求較高。選用A型塞棒頭，對(duì)塞棒控流起到更為有效，改進(jìn)棒頭設(shè)計(jì)，使用強(qiáng)度相對(duì)較高的材料。塞棒垂直安裝，不留啃頭量，烘烤結(jié)束后，在連接桿未松動(dòng)的情況下，不調(diào)棒。

   通過現(xiàn)場生產(chǎn)使用情況反饋，在同樣生產(chǎn)15爐含鋁鋼22A，塞棒的侵蝕情況如下圖對(duì)比：

很明顯改進(jìn)后的的塞棒侵蝕相對(duì)較小，為更好的使用塞棒，主要是受外力造成，該棒頭為錐形，此種設(shè)計(jì)控流精度高，但強(qiáng)度相對(duì)較低，對(duì)塞棒機(jī)構(gòu)和安裝要求較高。安裝時(shí)盡量對(duì)中，不留啃頭量，減少調(diào)棒次數(shù)，否則很容易造成塞棒掉尖的情況，且還要加強(qiáng)對(duì)啟閉機(jī)構(gòu)的維護(hù)。

侵蝕塞棒最為嚴(yán)重的部位就在渣線處，因此我們要嚴(yán)格控制大包的下渣量，控制在100mm之內(nèi)，并且對(duì)每一鋼包進(jìn)行在線跟蹤，判斷出鋼量，當(dāng)一爐鋼快要澆注完時(shí)要求大包工來回控制大包滑板幾次，發(fā)現(xiàn)機(jī)械手臂振動(dòng)，即可判斷，已經(jīng)下渣，隨即關(guān)閉水口。原來澆注10爐中包渣子厚為120mm左右，經(jīng)過改進(jìn)操作，現(xiàn)在澆注15爐左右渣子厚為80mm左右，大大的減輕了渣子對(duì)塞棒的侵蝕程度。

4總結(jié)

通過以上一系列的改進(jìn)、優(yōu)化措施，大大提高了該鋼廠含鋁鋼的可澆性。降低了含鋁鋼導(dǎo)致水口結(jié)瘤，減少了非停事故的發(fā)生，提高了單澆次的連澆爐數(shù)，穩(wěn)定了生產(chǎn)秩序，保證了鑄坯質(zhì)量。經(jīng)過近9個(gè)月試驗(yàn)時(shí)間，該鋼廠如今連鑄含鋁鋼連澆爐數(shù)達(dá)到25爐以上，使該鋼廠含鋁鋼的生產(chǎn)變成了高效率時(shí)代。