閆文濤， 李 勤

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司煉鋼作業部， 河北 唐山 063200）

浸入式水口是連鑄生產中最關鍵的功能耐火材料之一，目前廣泛使用的是鋁炭質和鋁鋯炭質復合水口，基本上能夠滿足連鑄技術的要求。但在澆鑄鋁鎮靜鋼和含鈦及稀有元素鋼種時，在水口內壁部位易產生Al2O3的附著，嚴重影響和限制了連鑄生產的效率和質量。國內外對浸入式水口附著堵塞問題進行了廣泛的研究。由于水口結瘤是一個多方面因素交叉綜合影響的結果，現有的論文均是針對某一個方向進行深入分析而忽略了整體，所以對此問題問題的治理均沒有取得較好的結果，所以將各方面的影響因素進行綜合分析，從而區分影響因素的主次輕重，再針對性采取措施就成了當下的研究方向。某鋼廠就實際生產中遇到的問題，通過研究水口結瘤的機理，制定相應的治理辦法，較好的控制了水口結瘤率。

1 Al2O3-C 質水口堵塞物分析

Al2O3-C 質浸入式水口在澆鑄超低碳（w（[C]）≤0.01%）鋁鎮靜鋼時，水口附著物的顯微結構基本由脫碳層、網狀Al2O3致密層、堆積狀Al2O3疏松層組成[1]。

1.1 脫碳層

對某鋼廠發生水口結瘤換下的水口取樣，脫碳層各元素進行了EDS 線掃描分析，從圖1-1 和圖1-2 可以看出，[Si]元素和[Al]元素含量從耐火材料本體層到脫碳層沿黃色箭頭指示方向逐漸減少，說明上述脫碳層反應存在，并在水口壁附近鋼液形成濃度梯度。

圖1 脫碳層元素線掃描分布

1.2 網狀Al2O3 致密層

由圖2-1 可見靠近水口側結瘤物形貌為致密狀氧化鋁層，主要是耐材本身的Al2O3骨架料和鋼液中的Al2O3附著水口壁面產生，圖中深色顆粒即為氧化鋁顆粒間的微細鐵粒。網狀致密層組織結構呈致密的網絡狀（圖2-2）。

圖2 網狀Al2O3 致密層

1.3 堆積狀Al2O3 疏松層

由圖3-1 可見靠近鋼液側為疏松堆積狀氧化鋁層。該層結構疏松（圖3-2），遠離水口本體，此層A12O3的沉積主要靠鋼水的渦流作用將懸浮在鋼液中的氧化鋁推至水口壁。

2 IF 鋼浸入式水口結瘤治理思路

2.1 鋼水潔凈度

圖3 堆積狀Al2O3 疏松層

根據相關文獻可知，鋼包頂渣氧化性控制已經成為進一步改善超低碳鋼潔凈度的主要思路[2]。

轉爐出鋼至RH 進站過程，鋼中[O]的降低與頂渣TFe 降低呈線性關系。RH 真空處理結束后鋼中夾雜物的數量與結束渣TFe 呈線性關系。鎮靜和澆注過程氧化性頂渣會持續危害鋼液潔凈度，導致鋼液［Als］和［Ti］的損失值增大。頂渣氧化性影響鋼液潔凈度，進而影響浸入式水口出口的堵塞。

通過對大量發生水口結瘤的爐次進行分析、對比，當IF 鋼精煉出站鋼包頂渣w（TFe）≤4%時，對鋼水潔凈度起到明顯得凈化，有利于降低水口結瘤率。

2.2 精煉RH 真空度

根據鋼種工藝參數控制文件的要求，IF 鋼在RH 精煉處理過程中起真空度變化范圍比較寬泛，真空度范圍在200～800 Pa 之間變化，而根據實際的效果來看，當工作真空度處于200～400 Pa 之間時，對應的鋼水澆鑄平穩，對200～400 Pa、400～600 Pa、600～800 Pa 工作真空度各統計30 個澆次，水口結瘤率對比結果如圖4。

圖4 RH 真空度與結瘤率的對應關系

2.3 全保護澆注

塞棒、上水口、浸入式水口與上水口接觸面之間三個部位的密封氬氣在實際生產中有兩個方面的作用：密封保護和降低液面波動。根據相關文獻[3]可知，大包長水口與鋼包下水口連接方式采用臺式雙密封、環形槽式吹氬的連接方式可以最大限度的做好長水口碗部保護澆注。澆鑄過程中控制中間包覆蓋劑的加入方式和重量，可以杜絕中間包鋼水液面與空氣接觸。

當氬氣流量偏小的時候，無法起到密封保護的總用。經過不斷實踐，在澆鋼過程中，三路氬氣總流量保持在20 L/min 可以明顯降低水口結瘤率。

2.4 浸入式水口烘烤溫度

浸入式水口作為鑄機澆鑄過程中主要的功能部件，對水口結瘤起到了至關重要的作用，在治理水口結瘤過程中對浸入式水口的安裝垂直度、基體材料、烘烤溫度、保溫層厚度等方面均進行了針對性的分析對比，最終發現，當浸入式水口烘烤溫度由1 250 ℃提高至1 400 ℃后，水口結瘤率出現明顯的下降，對比效果如圖5。

圖5 SEN 烘烤溫度與結瘤率的關系

2.5 拉速的變化

根據文獻可知，在較高拉速下即使較少量的變速，由于結晶器內鋼水流動狀態受到突發干擾， 也會造成鑄坯表層夾雜物含量的顯著增加。在較高拉速時應避免對拉速進行變動或采用低的拉速改變速率[4]。

基于這種理論指導，實際生產中控制恒拉速可以有效的降低水口結瘤，目前恒拉速率基本穩定在98%以上。

2.6 浸入式水口結構優化

通過對水口結瘤的攻關[5]，發現高拉速浸入式水口采用常規拉速澆注時，水口出口上部存在返流區，不利于水口堵塞控制。

研發設計新型浸入式水口，水口向下出口角度由10°增大到29°，水口底部形狀由凸底改為凹底，并將水口出口面積比減小為1.5，出口形狀采用橢圓形設計以減小水口出口回流區的比例，減小氧化鋁堵塞水口的可能性。

根據水模型實驗結果，凹底、大傾角和橢圓形出口水口有利于結晶器液位波動控制。大規模使用橢圓形水口后，超低碳水口結瘤率降幅達50%。

3 IF 鋼浸入式水口結瘤治理結果

通過采取以上措施，IF 鋼結瘤率最終穩定在1%以內。結瘤率趨勢如42 頁圖6。

4 結論

1）控制轉爐出鋼過程下渣、精煉處理結束后鋼包頂渣w（TFe）≤4%、減少精煉處理過程吹氧升溫操作，對鋼水潔凈度能夠有效控制。

圖6 IF 鋼浸入式水口結瘤率

2）連鑄保護澆注氬氣總流量提高到20 L/min，能夠起到有效抑制水口結瘤作用。

3）使用橢圓形水口，超低碳水口結瘤率降幅達50%。