異形坯雙注流保護澆注工藝應用試驗

楊志杰，周曉雷

（1山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪271104；2昆明理工大學冶金與能源工程學院，云南昆明650093）

試驗研究

異形坯雙注流保護澆注工藝應用試驗

楊志杰1，周曉雷2

（1山鋼股份萊蕪分公司，山東萊蕪271104；2昆明理工大學冶金與能源工程學院，云南昆明650093）

結合萊鋼生產實際情況，對采用定徑水口與浸入式水口相結合方式開發的異形坯雙注流保護澆注工藝進行了現場工業應用試驗，并采集現場實際數據作為試驗結果進行對比分析。結果表明，鋼水的潔凈度顯著提升，對于需要添加合金的鋼種，對比敞開澆注工藝，雙注流保護澆注工藝降低鋼液增氮10×10-6，鑄坯中夾雜物總量減少約54%，工藝穩定可靠，滿足了現場生產的需求。

異形坯；雙注流；保護澆注；增氮；夾雜物

1　前言

2009年，萊鋼完成了1#連鑄機保護澆注工藝的開發，采用浸入式水口+塞棒控制的單水口澆注工藝。該工藝具有便于操作和維護的特點，同時有利于異形坯連鑄的穩定生產，有利于改善產品質量。但隨著市場對產量和品種方面的要求日益增多，該工藝的生產問題逐漸增多。主要集中在需要使用保護澆注用的專用中間包、水口通量小、系統復雜等。為此，借鑒前人研究成果［1-5］，對異形坯保護澆注工藝進行二次開發。

國內外在連鑄保護澆注工藝技術獲得了大量的成果［6-12］。結合萊鋼近終型異形坯連鑄設備和運行生產工藝特點，決定采用定徑水口與浸入式水口相結合的方式實現異形坯雙注流保護澆注工藝。通過數學模擬優化結晶器流場等工藝參數，制定保護澆注標準化操作規程。多方案設計水口、滑塊等保護澆注設備，并進行工業試驗、取樣分析檢驗，選擇最優設計方案。

2　工業試驗

異形坯連鑄機包括第一代半敞開澆注模式和第二代單流保護澆注模式。由于熱軋H型鋼和近終型異形坯連鑄機進入國內時間不長，其應用領域也主要是作為普通結構用鋼，再加上異形坯連鑄機澆注的復雜性，大多數鋼廠都采用半敞開澆注的方式生產，即中間包至結晶器注流敞開澆注。鑒于臺階式水口容易粘附冷鋼的缺點，傾斜式水口碗部設計時采用直線型設計，碗口底部錐度與滑塊下口錐度相同，接觸面高度30 mm，接觸面采用密封墊圈密封，水口碗部上口大于滑塊下口，掛水口時更加容易找到基準點。同時密封墊圈采用下厚上薄式設計，保證密封墊圈在受到擠壓時能夠起到更好的密封效果。

由于采用雙注流保護澆注工藝進行現場工業試驗時，可以采取“2+1模式”即其中任意兩流進行保護澆注試驗，剩余一流采用敞開澆注工藝正常生產，因此在試驗時所采集的參數數據、對比取樣可以最大限度地減小工業化生產控制波動對試驗結果的影響，可以真實反映取樣時兩種不同工藝對產品的不同影響。工業試驗共進行3次，爐次號分別是H121-01794、H121-01795和H121-01796。現場工業生產鋼液成分如表1所示，鋼液物性參數如表2所示，工藝參數如表3所示。

表1　試驗鋼液化學成分（質量分數）%

表2　試驗鋼液物性參數

表3　試驗現場生產工藝參數

3　結果和討論

3.1氣量含量

從精煉出站、連鑄結晶器內取樣檢測試驗鋼中的氣體含量，并對敞開澆注和保護澆注進行對比，結果見表4。

由表4可以看出，對于需要添加合金的鋼種，因合金加入量較大，鋼水本身N含量較高。在結晶器內鋼液N和O兩種元素普遍存在一定程度的變化。其中保護澆注含氣量的增加幅度明顯小于敞開澆注含氣量的增加，證明保護澆注的優勢明顯。保護澆注較敞開澆注增N量下降10×10-6左右。保護澆注較敞開澆注增O量下降（30～40）×10-6。

表4　敞開澆注和保護澆注鋼中氣體含量對比（×10-6）

3.2夾雜物

敞開澆注與保護澆注連鑄坯中夾雜物情況的對比如表5所示。

表5　敞開澆注和保護澆注鋼中夾雜物對比

從金相檢測結果來看，保護澆注工藝對提高鋼水潔凈度有非常明顯的效果。夾雜物總量明顯減少。特別是5 μm以上大型夾雜物含量較敞開澆注工藝生產的產品顯著減少，有效改善了鑄坯質量。鑄坯中夾雜物總量減少約54%，且多為細小呈彌散分布的夾雜物。

4　結語

工業試驗證明了保護澆注的可靠性。雙注流保護澆注工藝進行過多次試驗并改進優化，系統簡單長效，運行維護成本低廉，運行穩定安全可靠，結晶器液面穩定，液渣層分布均勻穩定，連鑄坯質量良好。該項工藝的開發已經應用于批量工業生產超過1 a，生產鋼材力學性能良好，符合國家標準，在鋼材市場上獲得好評。

采用雙注流保護澆注工藝生產的鑄坯及軋材潔凈度大幅度提升，對于需要添加合金的鋼種如，可以降低對比增氮絕對值超過了10×10-6。鑄坯中夾雜物總量減少約54%，軋材中夾雜物總量減少約45.5%，證明保護澆注系統密良好，大幅減少了鋼水二次氧化。

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Abstrraacctt：According to the practice of Laiwu iron and steel production，the combination approach of the sizing nozzle and the submerged nozzle was developed for the profiled billet double injection protection casting process of industrial field application test. And the actual data of the field was collected as the test results to carry on the comparative analysis.The results showed that the cleanliness of molten steel was significantly improved.For the alloy steels，compared with the open casting process，double jet flow protective casting can reduce 10×10-6of the nitrogen increasing in molten steel，about 54%of the total nitrogen in casting billet was reduced，about 45.5%of total inclusions in rolling materials was reduced than the open casting process.The process is stable and reliable，and meets the needs of the field production.

Key worrddss：special shaped billet；double injection；protective casting；nitrogen increase；inclusion

Double Injection Currents Protection Pouring of Profiled Billet

YANG Zhijie1，ZHOU Xiaolei2
（1 Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China；2 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

TF777

A

1004-4620（2016）03-0038-02

2016-01-11

楊志杰，男，1982年生，2005年畢業于東北大學冶金工程專業。現為山鋼股份萊蕪分公司技術中心工程師，從事煉鋼工藝優化及型鋼新產品開發工作。