小方坯連鑄機鋼水瞬間斷流的原因與控制措施

蘇 磊，湯寅波，劉明華，張世濤，董小明

(馬鋼股份公司 長材事業部 安徽馬鞍山 24300)

長材事業部北區連鑄分廠有四臺四機四流小方坯連鑄機，結構類似，列舉其中3#連鑄機的工藝參數見表1。

表1 3#連鑄機主要技術參數

長材北區的3#連鑄機中間包使用的是定徑水口快換機構(如圖1)，通過液壓油缸更換不同孔徑的下水口來調節拉速。

瞬間斷流是指在鋼水正常澆注過程中水口被異物堵塞(如圖2)造成鋼流變小甚至無流的現象，此時鑄坯拉速會突然降到0.5 m/min以下或直接回零，如果夾雜物被鋼流沖出，拉速又瞬間升到3 m/min以上的生產異常現象(如圖3所示)。本廠3#連鑄機的正常拉速一般在2.5 m/min左右。瞬間斷流如果控制處理不當，極易造成粘結漏鋼、卷渣漏鋼或者溢鋼事故。漏鋼在生產中屬于惡性事故，輕則會造成停流，重則會造成停機或者鋼水回爐，增大了勞動強度，甚至還會造成設備損壞危及人身安全。因此對小方坯瞬間斷流產生的原因進行分析，做到預防和控制具有十分重要的意義。

圖1 定徑快換機構

圖2 被夾雜物堵塞的下水口

圖3 發生瞬間斷流時的拉速變化

1 瞬間斷流的類型

收集產生瞬間斷流打下來的下水口，發現部分水口內存在塊狀異物(如圖2)，部分下水口內壁富集了顆粒狀物質，經過化驗分析，水口內壁富集的顆粒物主要成分為Al2O3、SiO2，塊狀異物成分和中間包耐材成分接近，也發現過氧化鋯材質的異物。

2 瞬間斷流產生原因的分析

2.1 鋼水

本廠由于沒有LF爐工序，吹氬站也只有均勻成分和微調溫度的功能，鋼水如果出現過氧化，需要使用鋁餅脫氧，如果鋼水脫氧不良，氧含量大，則鋼水在降溫過程中易發生二次氧化，且二次氧化產物的組成特點是富集了弱脫氧元素(Si、Mn)的氧化物[1]，當Mn/Si比在3.0左右時，脫氧產物是液態的硅酸錳(MnO.SiO2),但是如果Mn/Si比比較小時，脫氧產物主要是SiO2，它熔點高，呈固態微粒[2]，另外鋁脫氧也會造成鋼中Al2O3等夾雜物增多，這些微粒和夾雜殘存于鋼水中會降低鋼水的流動性，并逐漸積聚在水口中，使水口堵塞[3]。

2.2 中包潔凈度

本廠使用的中間包工作層為涂抹料。涂抹后中包內會有部分的殘余泥料未清理干凈。烘烤中包時包蓋上粘附的鋼渣也會有一定的脫落，造成中間包內雜物過多。在澆鑄前期拉速較慢，中間包液面較低，當液面低于臨界高度時會在水口窩上方產生漩渦[4]，這時殘留的雜物容易被旋渦卷入中包水口內，大顆粒的無法順利通過，造成瞬間斷流。

2.3 燒中包結渣

本廠中包使用一段時間后，沖擊區周圍會結一層由鋼水、覆蓋劑和鋼渣凝固而成的混合物，使沖擊區變小，如果不及時清理，會給大包燒氧引流和中包澆注帶來諸多麻煩，所以當沖擊區出現堆積時要及時清理。如果大包工在燒結渣時，同時又要求低拉速的情況下，燒下來的氧化渣會流入中包水口造成瞬間斷流。

2.4 中包內耐材侵蝕剝落

本廠中包正常使用24小時，在使用末期中間包內的一些耐材(擋渣桶、涂抹料)由于長時間受到鋼水和熔渣的沖刷和侵蝕發生剝落現象，這些剝落的耐材隨著鋼水流動，大部分會上浮，少部分會進入中包水口，造成瞬間斷流。

2.5 中包上水口質量

本廠使用的中包上水口和中包一起上下線，出現過中包后期上水口鋯芯炸裂的情況，堵住下水口的夾雜物，拿去化驗，結果顯示和上水口鋯芯材質一樣，該中包下線后檢查發現上水口鋯芯缺損一塊。

2.6 中包液面高度

本廠3#連鑄機使用的中包正常工作液面高度為600 mm，溢流高度為700 mm，當出現大包燒氧或鋼水接不上的情況時，中包液面<400 mm，會造成中包渣層里的夾雜物被鋼流卷入水口中造成瞬間斷流。

3 瞬間斷流的應對措施

3.1 控制鋼水過氧化、潔凈度

煉鋼工序做好終點C控制，減少過氧化鋼水爐次，同時保證Mn/Si比3.0，尤其是普碳鋼，吹氬站確保鋼水充分攪拌，有利于鋼中夾雜物的上浮。

3.2 確保中包內清潔無雜物

中包在涂抹結束后，要把包內的雜物清理干凈，中包烘烤前要確認包內是否干凈，如果發現雜物可用壓縮空氣把包內清掃干凈[5]。同時在開機或者換中包前，再次使用壓縮空氣從下水口下口向中包內吹掃一次。

3.3 低液面澆注時禁止大包燒氧

中間包是連鑄系統中使用耐火材料最多的裝置[6]。根據生產安排當要求低速澆注時，大包工禁止燒沖擊區結渣。可以把此工作安排在一爐鋼澆注的前期，最好在液面較高且波動小時，有利于夾雜物的上浮。另外在燒沖擊區時最好兩名大包工，另一人負責在一旁監控中包液面，根據情況作出調整保持高液面澆注。

3.4 提高中包耐材質量

中包工作層選用抗鋼水、熔渣侵蝕和耐沖刷性較強的耐材。中包在使用達到規定時長時必須停澆或換中包，禁止超長使用。

3.5 調整下水口

在快換機構上放上備用的下水口，準備好油缸，當出現瞬間斷流時間較長或無流時可以打入新的下水口，此時只要不是上水口堵住了，打完下水口，鋼流就會恢復正常。

3.6 中間包及時排渣

大包工和機長要時刻關注中間包渣層厚度，渣層厚了要及時排渣，確保渣層厚度≤100 mm，確保中包澆注液面≥400 mm。

4 發生瞬間斷流的處理方法

本廠結晶器液面控制采用Cs-137自動液面控制系統。操作箱有兩條液位線。一條是設定液面高度，一條是檢測的實際液面高度。正常澆注時設定的液位高度在整個液位線的80%左右。當自動液位線突然下降，拉速變為0.5 m/min左右時則意味著發生了瞬間斷流。此時將設定的液位線調整至整個液位線的20%左右，并加入少量的保護渣，同時將拉速自動轉到拉速手動來控制，密切觀察結晶器內鋼水的情況，及時撈出鑲在銅管壁上的保護渣條，不要讓瞬間變大的鋼流覆蓋鑲在銅管壁上的保護渣條，造成卷渣漏鋼、溢鋼等事故，等到鋼流正常再將結晶器液面設置回80%，并切換到拉速自動[7]。發生瞬間斷流如果處理妥當拉速變化如圖4所示，波動較不處理要小的多。

5 結論

本文根據本廠的情況對產生瞬間斷流的原因進行了一定的分析，同時提出應對措施。根據生產經驗當瞬間斷流發生時關鍵在于及時、準確、熟練的處理，處理得當的話能減少瞬間斷流造成的影響。

圖4 瞬間斷流處理得當拉速變化