塞棒吹氬對鑄坯氣孔缺陷的影響

段云波，李強

（包鋼稀土鋼板材有限責任公司，內蒙古包頭 014010）

塞棒吹氬對鑄坯氣孔缺陷的影響

段云波，李強

（包鋼稀土鋼板材有限責任公司，內蒙古包頭 014010）

在1 650 mm連鑄機上，通過不同的塞棒吹氬量對試驗鋼種低碳鋼SPHC進行試驗，分析塞棒吹氬對鑄坯氣孔缺陷的影響。通過試驗得出最適宜的吹氬流量為：塞棒吹氬流量3～6 L/min，板間吹氬流量2 L/min，上水口吹氬流量3 L/min。將試驗結果應用到生產中，最終使連鑄板坯氣孔得到有效控制。

氣孔 塞棒吹氬 連鑄板坯

包鋼稀土鋼板材有限責任公司新建的1 650 mm雙流板坯連鑄機，設計年產256萬t合格連鑄坯。連鑄機冶金長度36 900 mm，基本半徑10 000 mm，有效垂直長度2 500 mm，連鑄機工作拉速0.8～1.8 m/min，采用塞棒控流，浸入式水口快換機構及配套氬氣保護裝置由維蘇威公司提供。

1650mm連鑄機從2014年3月投產開始至2015年1月，所生產的SPHC、Q235B、SS400B等鋼種都出現了一些氣泡問題。

在連鑄生產過程中會產生很多氣泡，這些氣泡主要分為三類：第一類是脫氧不干凈產生的氧氣泡；第二類是氬氣或氮氣等保護氣體；第三類是水蒸氣氣泡（主要來自添加潮濕的材料和耐火材料等等[1]）。為了分析連鑄機產生氣泡的原因，通過研究分析連鑄、轉爐、精煉生產過程中使用的輔助材料和耐火材料并進行現場跟蹤調查，發現氣泡主要產生的原因是由塞棒、板間及上水口吹氬引起的。因此，結合包鋼的實際生產情況，探索塞棒吹氬對鑄坯氣孔的影響，并在此基礎上提出解決氣孔的塞棒吹氬工藝參數。

1 塞棒吹氬的作用

在連鑄機澆鑄過程中要實行全封閉的保護鑄造，就要在大包下水口與大包長水口之間安裝氬氣保護，氬氣會從鋼液表面逸出，基本上不會進入鋼液內部，但是在塞棒、板間、上水口之間沖入的氬氣會跟著鋼流進入結晶器。氬氣主要有以下幾點作用：一是可以防止鋼水的二次氧化以及水口結瘤；二是從鋼液中上浮的氬氣可以使保護渣變得疏松，有利于結晶器的潤滑；三是產生的氬氣泡可以加速鋼液中夾雜物的上浮；四是可以起到冷卻塞棒的作用。當吹氬不合理時，進入結晶器的氬氣泡及黏附在其表面的非金屬夾雜物易被初生凝固坯殼捕獲，則會導致在鑄坯表面產生氣孔，同時也有可能使鋼水液面裸露并有產生卷渣情況的發生[2]。

維蘇威公司提供的SEM3085型浸入式水口快換機構，采用國際領先水平技術，可提高連澆爐數，降低中包耐火材料單耗。使用時，必須連接每流的氬氣管和壓縮空氣管，打開閥門檢查其是否漏氣等，檢查氬氣面板上每個流的顯示是否正常（必須與設定相同）。

2 試驗條件及方案

2.1 試驗條件

本文以1 650 mm連鑄機為基礎，涉及鋼種主要為低碳鋼SPHC，化學成分見表1。

表1 SPHC化學成分%

SPHC的生產斷面主要為230 mm×1 275 mm，其生產工藝流程為：轉爐→精煉（LF）→板坯連鑄→熱軋。試驗工藝參數見表2。

表2 SPHC工藝參數

2.2 試驗方案

在上水口、板間吹氬量恒定不變的情況下，設定三個不同塞棒吹氬量進行試驗，背壓≥0 MPa，如試驗方案表3所示。

表3 試驗方案

3 試驗結果

對三種試驗方案下所產生的連鑄坯氣孔的發生情況進行跟蹤，結果如表4所示。

表4 鑄坯氣孔情況統計

在三種試驗方案下所產生的連鑄坯清理前后的氣孔形貌如圖1和圖2所示。

圖1 清理前的鑄坯氣孔形貌

圖2 清理后鑄坯氣孔形貌

由表4可知，隨塞棒吹氬量的降低，鑄坯氣孔發生率降低。由圖1和圖2發現，氣孔多出現在鑄坯窄側振痕處，方案1氣孔尺寸為1.5～3.0 mm，氣孔形貌為圓球型，且多數氣孔屬于開放型，分布較為密集。方案2和3氣孔尺寸為0.5～1.0 mm，氣孔形貌也為圓球型，氣泡量很少。

4 試驗分析

4.1 鑄坯氣孔缺陷尺寸

通過軋制鋼坯和跟蹤鑄造情況發現，方案1的氣孔孔徑較大，并且在方案1中除了在水口處有擾動外，在結晶器的窄測也有很強大的擾動，于是在方案2和方案3中減小了塞棒氬氣的吹入量，發現結晶器窄測擾動明顯減小。張立峰的研究[3]也證明了隨著吹氬流量的增大，氣泡將隨之增大，隨著吹氬流量的增大會加強結晶器窄面的擾動。

4.2 鑄坯氣孔缺陷數量

通過清理方案1中的鑄坯窄測，發現振痕處有大量的氣孔缺陷，而且氣孔中還有很多殘留物存在著。這種情況很有可能是發生了卷渣。試驗發現：當將氬氣流量調高時，結晶器液面波動也隨之增強；當增大到一定程度時發現液體裸露，此時通過觀察發現鑄坯窄測的氣孔缺陷明顯增加，這說明氬氣流量越大，結晶器液面波動越劇烈，氣孔的產生越多。

4.3 塞棒、板間、上水口吹氬的優化

通過分析方案3的試驗，雖然在實驗中關閉了塞棒吹氬，但仍然在鑄坯中發現了氣孔缺陷。這是因為在實際生產中除了塞棒吹氬外還要在板間和上水口進行吹氬保護，由于浸入式水口中是高負壓條件，導致氬氣被吸入到快速流動的鋼液中。因此，板間和上水口吹氬，不僅可以防止空氣被卷入鋼液，還能冷卻水口和防止結瘤。通過分析吹氬的利與弊，發現在正常的澆鑄過程中合適的吹氬流量為：塞棒吹氬流量3～6 L/min，板間吹氬流量2 L/min，上水口吹氬流量3 L/min。將其應用于實際生產中，發現優化后的吹氬工藝明顯改善了氣孔的發生率，使氣孔發生率得到了有效控制。

5 結論

1）在方案1中，鑄坯氣孔發生率較高，氣孔尺寸較大，并且存在結晶器液位擾動和卷渣情況；在方案3中，關閉塞棒吹氬，鑄坯仍然有氣孔缺陷。

2）包鋼1 650 mm連鑄機自2014年3月份投產以來通過優化塞棒、板間和上水口的吹氬流量，連鑄坯的氣孔缺陷改善效果十分明顯，獲得了良好的鑄坯質量。

[1]張炯明，赫翼成，李寶寬.吹入氣體對連鑄結晶器流體流動的影響[J].金屬學報，1995，31（6）：269-274.

[2]馮巍，胡明謙，李德強，等.水口吹氬工藝板坯結晶器內氣泡運動行為的物理模擬[J].特殊鋼，2007，128（5）：28-30.

[3]Zhang Lifeng,Brian GThomas.State of the Artin Evaluation and Control of Steel Cleanliness[J].ISIJ International，2003，4（3）：271-291.

（編輯：胡玉香）

Influence of Blowing Argon of Stopper on Pinhole Defect of Slab

DUAN Yunbo，LI Qiang
（The Rare Earth Steel Plates Company of Baotou Iron and Steel Co.,Ltd.,Baotou Inner Mongolia,014010）

The steel of low carbon steel SPHC is tested by different amount of blowing argon of stopper based on 1 650 mm continuous casting machine to obtain a proper condition.This paper analyzes the influence of blowing argon of stopper on pinhole defect of slab.Through the experiment,the most suitable argon blowing flow rate is:3～6 L/min of stopper argon flow rate,2 L/min of the argon flow rate between plates,3 L/min of upper nozzle argon flow rate. Ultimately,the pinhole of the continuous casting slab has been effectively controlled.

pinhole,blowing argon of stopper,continuous casting slab

TG249.7

A

1672-1152（2016）06-0026-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.09

2016-10-25

段云波（1983—），男，工程碩士，工程師，現從事煉鋼連鑄技術管理工作。