徐曉¹，孫靜波¹，朱文玲¹，蘇蘭蘭²

( 1． 河鋼集團邯鋼公司，河北邯鄲056015; 2． 安陽鋼鐵集團，河南安陽455000 )

摘要: 連鑄采用浸入式水口澆鑄鋼水的過程中，尤其是澆鑄超低碳鋼時，經(jīng)常由于Al₂O₃附著在水口內(nèi)壁發(fā)生結(jié)瘤，或者鋼水溫度過高等造成水口熔損的現(xiàn)象，不僅降低連鑄機的生產(chǎn)效率，也是鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷的主要原因之一。從工藝路線和產(chǎn)生問題入手，降低鋼液的氧含量、控制夾雜物上浮時間、保護澆鑄，提出了防止水口結(jié)瘤的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞: 浸入式水口; 澆鑄; 超低碳鋼; 工藝技術(shù)

0 引言

連鑄耐火材料的“四大件”，即浸入式水口、長水口、整體塞棒及滑板、定徑水口。它們起到輸送鋼水、隔斷氣體和控制鋼流的作用，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到連鑄工藝的順行和產(chǎn)品質(zhì)量。浸入式水口尤為明顯，它是鋼水從中間包流入結(jié)晶器的導(dǎo)流管，使用浸入式水口可防止鋼水二次氧化; 控制鋼水的流動狀態(tài)和注入速度; 促進夾雜物上浮，防止保護渣和非金屬夾雜物卷入鋼水等。

近年來，國內(nèi)汽車制造業(yè)高速發(fā)展，汽車用鋼需求量增長迅速。IF 鋼具有優(yōu)良的超深沖性能，不僅要求其超低碳、氮，還要保證鋼液高潔凈度。通常超低碳IF 鋼連鑄時浸入式水口的堵塞和熔損速度是普通鋼連鑄時的5 倍以上，因此難以實現(xiàn)多爐連澆，不僅影響生產(chǎn)節(jié)奏，更會影響其潔凈度。以邯鋼生產(chǎn)中遇到的問題為背景，系統(tǒng)分析了邯鋼常規(guī)生產(chǎn)工藝，影響浸入式水口結(jié)瘤的因素; 通過機理分析和現(xiàn)場探索，提出了改善水口結(jié)瘤的措施，以達到多爐連澆的目的。

1 浸入式水口的結(jié)瘤現(xiàn)象

浸入式水口堵塞的形成是一個復(fù)雜過程，涉及的影響因素和條件很多，并且相互影響。尤其是渣線以下部位，堵塞物主要有Al₂O₃、FeAl₂O₄夾雜、MgO 和MnO 等。鋁碳質(zhì)水口在澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼時，發(fā)生堵塞水口現(xiàn)象，粘附在水口內(nèi)壁的聚集物主要是Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃和其他高熔點化合物的混合物^［1］。

邯寶煉鋼廠的水口堵塞照片圖1 和圖2 所示。利用掃描電鏡能譜分析，對浸入式水口內(nèi)壁堵塞物檢測結(jié)果為Al₂O₃ = 78． 22%、MgO = 3． 14%、Fe₂O₃= 1． 82%，其他= 16． 82%。由此可見，堵塞物主要為小顆粒聚集成簇狀的Al₂O₃夾雜，還有少量冷鋼和TiO₂夾雜。Al₂O₃ － TiO₂夾雜物尺寸較小，而且難以上浮去除^［2］。

2 澆鑄超低碳鋼的工藝路線和存在問題

邯寶煉鋼廠擁有先進的裝備條件，但在連鑄生產(chǎn)中出現(xiàn)多起浸入式水口結(jié)瘤后脫落現(xiàn)象，造成澆鑄困難，以及最終產(chǎn)品產(chǎn)生表面缺陷等問題。

浸入式水口結(jié)瘤脫落后主要出現(xiàn)在低碳軟鋼系列產(chǎn)品，超低碳汽車鋼系列產(chǎn)品較多。為保證IF 鋼的優(yōu)良性能，必須對鋼中化學(xué)成分及夾雜物含量嚴(yán)格控制。工藝流程的每一步，都影響著IF 鋼成品的質(zhì)量和性能，河鋼邯鋼生產(chǎn)超低碳鋼的工藝和普通低碳鋼有所不同，見圖3。

從生產(chǎn)工藝上分析，生產(chǎn)超低碳IF 鋼比普通低碳鋼更易堵塞水口，其原因如下。

( 1) 在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，生產(chǎn)普碳鋼時采用吹氬攪拌，幫助氧化物上浮。在生產(chǎn)超低碳鋼時，為了控制其潔凈度不采取吹氣攪拌，導(dǎo)致鋼水中存在少量的Al₂O₃。

( 2) 普通鋼種經(jīng)LF 爐造白渣工藝，渣中( FeO+ MnO) 含量低，對鋼液中酸溶鋁含量進行控制，有效抑制了酸溶鋁與氧反應(yīng)生成高熔點氧化物Al₂O₃，避免了含鋁鋼在連鑄時出現(xiàn)水口堵塞現(xiàn)象。

( 3) 鋼水中的酸溶鋁達到一定比例要求鋼水中必須有一定量的鈣，鈣鋁比達到0． 13 以上鋼水具有良好的流動性。LF 結(jié)束后進行鈣處理技術(shù)，合適的鈣處理可以使鋼液中的Al₂O₃與CaO 反應(yīng)生成12CaO·7 Al₂O₃，易于從鋼液中去除。

( 4) 由于鋼材性能需要，超低碳鋼中一般含有鈦元素，而鈦是表面活性物質(zhì)，在Al₂O₃顆粒附近鈦元素會與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以在水口結(jié)瘤物中會有少量的鈦化物^［3］。

綜上所述，從工藝路線出發(fā)，生產(chǎn)超低碳IF 鋼的堵塞幾率更大。

3 防止水口結(jié)瘤的技術(shù)方案

目前，防堵塞的主要方法可以從兩方面入手: 一是控制鋼液高熔點夾雜物產(chǎn)生; 二是浸入式水口結(jié)構(gòu)和材質(zhì)方面^［4］。河鋼邯鋼主要從控制高熔點夾雜物的產(chǎn)生入手，在各產(chǎn)線采取了以下措施。

3． 1 降低鋼液氧含量

鋼液氧含量直接影響一次氧化產(chǎn)物的數(shù)量。

3． 1． 1 轉(zhuǎn)爐方面

優(yōu)化復(fù)吹工藝: 調(diào)整底吹供氣制度，建立“底吹透氣磚完好狀況動態(tài)分析表”。根據(jù)實際制定出亟待恢復(fù)底吹的爐座和透氣磚，并掌握“轉(zhuǎn)爐底吹快換”技術(shù)，及時更換新的透氣磚。

杜絕后吹: 后吹使鋼中增氧0． 010 0%。頂渣改質(zhì): 轉(zhuǎn)爐出鋼1 /3 時加入改質(zhì)劑，保證高堿度和低氧化性。

下渣控制: 紅外線下渣檢測、滑板擋渣。

3． 1． 2 精煉方面

傳送時間: 保證轉(zhuǎn)爐出鋼到RH 精煉的傳送時間＜ 20 min。

T －OB 升溫: 用T －OB 升溫，吹氧量＜100 Nm³。

靜置時間: 精煉結(jié)束后，保證靜置時間≥30min，保證夾雜物上浮。

采取措施: 提高轉(zhuǎn)爐復(fù)吹效果來降低出鋼氧值;轉(zhuǎn)爐沸騰出鋼時經(jīng)ＲH 工藝，可利用真空條件下碳是一種良好的脫氧元素，將鋼水中的氧盡可能地脫除，使鋁終脫氧前鋼水中的氧盡可能的低。

3． 2 加鋁操作和上浮控制的影響

在可控范圍內(nèi)，減少鋁的損失。鋁的加入量根據(jù)氧值動態(tài)調(diào)控^［5］:

Al = ( 1． 125%［O］+ Δ%［Al］) ·W/( R·C)

式中，Δ%［Al］———鋁的實際濃度與目標(biāo)濃度的差;

%［O］———鋼水中的自由氧含量;

W ———鋼水重量;

R ———鋁收得率;

C ———鋁的純度。

邯寶煉鋼廠精煉工序的主要控制措施如下:

( 1) 保證加鋁操作后有足夠的反應(yīng)時間，然后再加合金，控制在3 min 以上。

( 2) 保證其純脫氣時間在8 min 以上。

( 3) 精煉結(jié)束保障鋼包的靜置時間≥30 min。

3． 3 保護澆鑄

在連鑄方面，采用全程保護澆鑄，防止鋼水二次氧化，保持合適的氬氣吹入量。

( 1) 鋼包長水口選擇吹氬密封。

( 2) 上水口吹氬使上水口內(nèi)壁形成氫氣層，防止鋼水中的Al₂O₃夾雜在上水口附著。

( 3) 滑板間氫氣流形成的環(huán)形密封，隔絕了鋼流與空氣中氧的接觸。

( 4) 氬氣通過塞棒進入SEN 內(nèi)部鋼流，調(diào)整鋼水在水口的流動狀態(tài)和流速。進入結(jié)晶器后氣泡上浮并攪動鋼水，促進鋼中非金屬夾雜物碰撞長大，上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時粘附懸浮于鋼水中的夾雜物帶至結(jié)晶器鋼水表面被渣層吸收。

通過河鋼邯鋼西區(qū)煉鋼連鑄現(xiàn)場實踐探索，獲得如下效果: 動態(tài)控制塞棒流量5 ～ 7 L /min 能實現(xiàn)結(jié)晶器液面波動≤ ± 3 mm; 中包板間吹氬量保持8．5 ～ 11 L /min，可以保證鋼液與空氣隔絕。

4 改進效果

在排除設(shè)備、鋼水純凈度等因素后，澆鑄超低碳IF 鋼時連澆爐數(shù)達到6 爐，并且液面穩(wěn)定，結(jié)晶器液面波動≤ ± 3 mm。圖4 是改進后塞棒和液面波動曲線FDA 截圖，圖5 連續(xù)澆鑄6 爐超低碳鋼后的水口內(nèi)壁。

5 結(jié)論

生成Al₂O₃是造成水口堵塞的主要原因，從超低碳鋼的工藝路線入手，提出了防止浸入式水口堵塞的改進方法。

( 1) 通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐復(fù)吹工藝、杜絕后吹、頂渣改質(zhì)等手段的采取，降低了鋼液氧值，減少了Al₂O₃的形成。

( 2) 精煉過程中，保證加鋁后有足夠的反應(yīng)時間，從而降低鋁的加入，抑制了Al₂O₃的形成。

( 3) 在連鑄方面，采用了全程保護澆鑄，并且保持合適的氬氣吹入量，防止了鋼水的二次氧化。

整體提高鋼水的純凈度，改善浸入式水口的結(jié)瘤狀態(tài)，實現(xiàn)了超低碳鋼的多爐連澆，解決了以往邯寶煉鋼廠澆鑄超低碳鋼過程中必須更換浸入式水口的問題。

參考文獻

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