連鑄保護澆鑄工藝改進

吳禮旺

（南京鋼鐵聯合有限公司第二煉鋼廠，江蘇 南京 210000）

在連鑄保護澆鑄過程中，鋼水和空氣中氧氣接觸會發生，增加鑄坯產品氧化物含量，不利于產品質量的提升。在連鑄保護澆鑄工藝中，防止鋼水被二次氧化是緩減環節。但就目前發展現狀而言，仍然存在一系列問題亟待解決，嚴重限制了鋼產品合格率對提升。基于此，本文結合實際案例，對連鑄保護澆鑄改進做了如下分析。

1 案例分析

某金屬加工廠現有100t在頂底復吹轉爐4座，LF精煉設備3套，158mm×158mm五機五流方坯連鑄機3臺，主要生產低合金鋼和普碳系列鋼。連鑄保護澆鑄中主要采用了固體保護的方式，其主要目的是隔絕空氣，避免空氣中的氧氣和高溫鋼水發現氧化反應，降低鋼產品的雜志，提升合格率。具體連鑄保護澆鑄工藝為：在鋼包到中間包、中間包到結晶器等裸露部分，用保護渣覆蓋，降低空氣中的氧氣和高溫鋼水接觸的幾率，防止發生二次氧化。

2 連鑄保護澆鑄中工序中存在的問題

就該連鑄保護澆鑄工藝而言，在正常澆筑時熔池的深度為1200mm，鑄坯厚度可達250mm，寬度在800mm～1000mm之間。在具體生產過程中，存在的問題包括以下幾個方面：

（1）鋼水二次氧化仍然嚴重。在中間包開澆是整個連鑄保護澆鑄工藝的核心環節，但受到吹氬系統不完善因素的影響，各個班組吹氬操作規范存在較大的差異性，比如：中間包覆蓋劑加入量不均勻，在進行中間包快換操作時，并沒有覆蓋劑保護，高溫鋼水氧化問題一直存在，二次氧化和增N量仍然比較嚴重，連鑄增N的質量分出甚至大于10×10-6，鑄坯的合格率不足30%。

（2）長水口機械手不夠先進。就該廠連鑄保護澆鑄工藝發展現狀而言，長水口機械手使用年限比較長，在生產中存在很多缺陷，難以有效控制二次氧化和增N現象。此外，壓力不足導致長水口和鋼包下水口難以實現密切接觸，在連鑄保護澆鑄過程中頻繁發生長水口晃動現象，而在鋼水注流的作用下，在長水口和鋼包下水口之間會形成負壓，空氣進入，導致鋼水發生二次氧化和增N。

（3）長水口結構設計不合理。長水口結構設計不合理，也是連鑄保護澆鑄工藝中引發二次氧化和增N的主要原因。目前該鋼材長水口為直筒型結構，只能在中間包鋼液面以上進行澆筑，當鋼包開澆以后，再下降到鋼包插入鋼液面以下，容易在中間包中形成鋼水卷渣，進而增加鋼水和空氣接觸的面積，致使高溫鋼水二次氧化和增N的問題發生[1]。此外，原有放水口密封不嚴，或者密封墊圈在使用過程中，發生變形、松弛、破損等，導致接觸面存在間隙，使得空氣進入引發二次氧化和增N。

（4）中間包鋼液面翻騰比較嚴重。在連鑄保護澆鑄過程中，當鋼水進入中間包到包底以后，再反彈回流到鋼水液面，會在沖擊區域發生鋼水沸騰現象，和空氣接觸后，會發生二次氧化，從而降低產品品質。目前連鑄保護澆鑄工藝中，使用了分體式浸入式水口，在生產過程中，受到上下水口板件吹氬管路堵塞和漏氣的影響，在澆筑時密封效果降低，水口板間吸氣或者水口破損，都會導致空氣進入，進而引發二次氧化。

3 連鑄保護澆鑄工藝改進措施

（1）增加中間包包蓋吹氬裝置。在中間包烘烤結束到開澆前，如果缺乏完善的保護措施，則會導致大量空氣進入中間包，進而發生氧現象。因此，為解決此類問題。連鑄保護澆鑄時，在中間包覆蓋劑加入之前，為防止二次氧化現象的發生，重新增設了中間包包蓋吹氬裝置。但中間包烘烤結束后先打開再吃吹氬管路，并增加氬氣壓力，以高速吹氬氣的方法，對中間包進行全面吹掃，將中間包中的空氣全部排出，以便在中間包中形成一個氬氣保護層，直到中間包噸位上升到55t以后，再用覆蓋劑進行全面覆蓋，此后關閉吹氬裝置，以免在連鑄保護澆鑄過程中，高溫鋼水和空氣直接接觸，進而達到降低首開澆鋼水二次氧化和增N現象，提升鋼產品生產質量。

（2）全面改造長水口機械手。在連鑄保護澆鑄過程中，鋼水對長水口會造成一個較強的沖擊力，發生了多起長水口脫落現象，嚴重影響了連鑄保護澆鑄生產效率和質量。此外，由于長水口機械手頂升壓力比較小，在澆鑄過程中，經常發生長水口和鋼包下水口接觸不嚴的問題，導致大量空氣進入，進而引發鋼水二次氧化和增N現象。針對此類問題，機械工程設計方提出改造長水口機械手的目的。

（3）對長水口進行全面改進。在該鋼材連鑄保護澆鑄過程中，長水口有2種結構形式，一種是直筒型長水口，另一種是浸入式開澆長水口，二者各有特性。此外，長水口溶劑的增加，可降低空氣被注流壓縮后反作用力，此種作用力不足以將長水口和鋼包下水口分離開來，鋼水也就無法形成逆向運動，進而避免了長水口脫落或者溢鋼現象的發生。

在長水口的上端也要加裝吹氬裝置，以便在澆鑄過程中，形成氬氣保護罩，避免空氣進入引發二次氧化，提升鋼產品澆鑄保護效果。此外，還要對長水口密封墊層進行改進，將墊層形狀改變為平狀加厚密封墊片，確保鋼包下水口和長水口碗口地面接觸的緊密性，避免存在漏氣現象，提升氬氣保護效果，保證密封件的穩定性。

（4）合理設置穩流器。在連鑄保護澆鑄過程中，合理設置穩流器，可有效避免中間包沖擊區域鋼液面翻滾現象的發生，降低反彈注流對中間包鋼液面的沖擊，此外，浸入式開澆長水口下部增加，也可以起到緩減鋼流沖擊速度的作用，避免鋼流直接沖擊包液面，控制中間包鋼液面翻滾程度，降低鋼水二次氧化和增N現象的發生。

4 連鑄保護澆鑄工藝改進效果分析

通過采用上述改進措施后，連鑄保護澆鑄過程中，二次氧化和增N現象得到了明顯改善，鑄坯合格率大幅度提升，不但提升了生產效率，保證了經濟效益，而且減輕了工作人員勞動強度。低碳鋼中Al的質量分數在300×10-6～500×10-6之間，滿足低碳鋼生產相關工藝和標準的要求。品種鋼中N的質量分數從改進前的36.42×10-6降低到改進后的30.64×10-6，連鑄過程增N的質量分數，從改進前的8.6×10-6降低到改進后的5×10-6，超低碳汽車用鋼成品N質量分數控制在18×10-6以內，有效滿足了不同鋼種生產的需求。

5 結語

綜上所述，本文結合實際案例，分析了連鑄保護澆鑄工藝改進，分析結果表明，為最大限度上提升連鑄保護澆鑄工藝水平，需要從鋼包注流、中間包沖擊區域、開澆期鋼水、中間包注入流等能和空氣接觸的區域采取一系列保護措施，避免在連鑄保護澆鑄過程中，高溫鋼水和空氣，而發生二次氧化現象，減少成品鋼中N的質量分數，提升鑄坯合格率，降低安全事故發生的概率，為進一步提升產品質量和生產的安全性奠定堅實基礎。通過改進效果分析可以看出，采用上述改進措施，符合目前鋼材連鑄保護澆鑄工藝落后，質量不高的要求，值得大范圍推廣應用。