徐曉¹，孫靜波¹，朱文玲¹，蘇蘭蘭²

( 1． 河鋼集團邯鋼公司，河北邯鄲056015; 2． 安陽鋼鐵集團，河南安陽455000 )

摘要: 連鑄采用浸入式水口澆鑄鋼水的過程中，尤其是澆鑄超低碳鋼時，經常由于Al₂O₃附著在水口內壁發生結瘤，或者鋼水溫度過高等造成水口熔損的現象，不僅降低連鑄機的生產效率，也是鋼鐵產品產生缺陷的主要原因之一。從工藝路線和產生問題入手，降低鋼液的氧含量、控制夾雜物上浮時間、保護澆鑄，提出了防止水口結瘤的技術方案。

關鍵詞: 浸入式水口; 澆鑄; 超低碳鋼; 工藝技術

0 引言

連鑄耐火材料的“四大件”，即浸入式水口、長水口、整體塞棒及滑板、定徑水口。它們起到輸送鋼水、隔斷氣體和控制鋼流的作用，其質量好壞直接關系到連鑄工藝的順行和產品質量。浸入式水口尤為明顯，它是鋼水從中間包流入結晶器的導流管，使用浸入式水口可防止鋼水二次氧化; 控制鋼水的流動狀態和注入速度; 促進夾雜物上浮，防止保護渣和非金屬夾雜物卷入鋼水等。

近年來，國內汽車制造業高速發展，汽車用鋼需求量增長迅速。IF 鋼具有優良的超深沖性能，不僅要求其超低碳、氮，還要保證鋼液高潔凈度。通常超低碳IF 鋼連鑄時浸入式水口的堵塞和熔損速度是普通鋼連鑄時的5 倍以上，因此難以實現多爐連澆，不僅影響生產節奏，更會影響其潔凈度。以邯鋼生產中遇到的問題為背景，系統分析了邯鋼常規生產工藝，影響浸入式水口結瘤的因素; 通過機理分析和現場探索，提出了改善水口結瘤的措施，以達到多爐連澆的目的。

1 浸入式水口的結瘤現象

浸入式水口堵塞的形成是一個復雜過程，涉及的影響因素和條件很多，并且相互影響。尤其是渣線以下部位，堵塞物主要有Al₂O₃、FeAl₂O₄夾雜、MgO 和MnO 等。鋁碳質水口在澆鑄鋁鎮靜鋼時，發生堵塞水口現象，粘附在水口內壁的聚集物主要是Al₂O₃，Fe₂O₃和其他高熔點化合物的混合物^［1］。

邯寶煉鋼廠的水口堵塞照片圖1 和圖2 所示。利用掃描電鏡能譜分析，對浸入式水口內壁堵塞物檢測結果為Al₂O₃ = 78． 22%、MgO = 3． 14%、Fe₂O₃= 1． 82%，其他= 16． 82%。由此可見，堵塞物主要為小顆粒聚集成簇狀的Al₂O₃夾雜，還有少量冷鋼和TiO₂夾雜。Al₂O₃ － TiO₂夾雜物尺寸較小，而且難以上浮去除^［2］。

2 澆鑄超低碳鋼的工藝路線和存在問題

邯寶煉鋼廠擁有先進的裝備條件，但在連鑄生產中出現多起浸入式水口結瘤后脫落現象，造成澆鑄困難，以及最終產品產生表面缺陷等問題。

浸入式水口結瘤脫落后主要出現在低碳軟鋼系列產品，超低碳汽車鋼系列產品較多。為保證IF 鋼的優良性能，必須對鋼中化學成分及夾雜物含量嚴格控制。工藝流程的每一步，都影響著IF 鋼成品的質量和性能，河鋼邯鋼生產超低碳鋼的工藝和普通低碳鋼有所不同，見圖3。

從生產工藝上分析，生產超低碳IF 鋼比普通低碳鋼更易堵塞水口，其原因如下。

( 1) 在轉爐出鋼過程中，生產普碳鋼時采用吹氬攪拌，幫助氧化物上浮。在生產超低碳鋼時，為了控制其潔凈度不采取吹氣攪拌，導致鋼水中存在少量的Al₂O₃。

( 2) 普通鋼種經LF 爐造白渣工藝，渣中( FeO+ MnO) 含量低，對鋼液中酸溶鋁含量進行控制，有效抑制了酸溶鋁與氧反應生成高熔點氧化物Al₂O₃，避免了含鋁鋼在連鑄時出現水口堵塞現象。

( 3) 鋼水中的酸溶鋁達到一定比例要求鋼水中必須有一定量的鈣，鈣鋁比達到0． 13 以上鋼水具有良好的流動性。LF 結束后進行鈣處理技術，合適的鈣處理可以使鋼液中的Al₂O₃與CaO 反應生成12CaO·7 Al₂O₃，易于從鋼液中去除。

( 4) 由于鋼材性能需要，超低碳鋼中一般含有鈦元素，而鈦是表面活性物質，在Al₂O₃顆粒附近鈦元素會與其發生化學反應，所以在水口結瘤物中會有少量的鈦化物^［3］。

綜上所述，從工藝路線出發，生產超低碳IF 鋼的堵塞幾率更大。

3 防止水口結瘤的技術方案

目前，防堵塞的主要方法可以從兩方面入手: 一是控制鋼液高熔點夾雜物產生; 二是浸入式水口結構和材質方面^［4］。河鋼邯鋼主要從控制高熔點夾雜物的產生入手，在各產線采取了以下措施。

3． 1 降低鋼液氧含量

鋼液氧含量直接影響一次氧化產物的數量。

3． 1． 1 轉爐方面

優化復吹工藝: 調整底吹供氣制度，建立“底吹透氣磚完好狀況動態分析表”。根據實際制定出亟待恢復底吹的爐座和透氣磚，并掌握“轉爐底吹快換”技術，及時更換新的透氣磚。

杜絕后吹: 后吹使鋼中增氧0． 010 0%。頂渣改質: 轉爐出鋼1 /3 時加入改質劑，保證高堿度和低氧化性。

下渣控制: 紅外線下渣檢測、滑板擋渣。

3． 1． 2 精煉方面

傳送時間: 保證轉爐出鋼到RH 精煉的傳送時間＜ 20 min。

T －OB 升溫: 用T －OB 升溫，吹氧量＜100 Nm³。

靜置時間: 精煉結束后，保證靜置時間≥30min，保證夾雜物上浮。

采取措施: 提高轉爐復吹效果來降低出鋼氧值;轉爐沸騰出鋼時經ＲH 工藝，可利用真空條件下碳是一種良好的脫氧元素，將鋼水中的氧盡可能地脫除，使鋁終脫氧前鋼水中的氧盡可能的低。

3． 2 加鋁操作和上浮控制的影響

在可控范圍內，減少鋁的損失。鋁的加入量根據氧值動態調控^［5］:

Al = ( 1． 125%［O］+ Δ%［Al］) ·W/( R·C)

式中，Δ%［Al］———鋁的實際濃度與目標濃度的差;

%［O］———鋼水中的自由氧含量;

W ———鋼水重量;

R ———鋁收得率;

C ———鋁的純度。

邯寶煉鋼廠精煉工序的主要控制措施如下:

( 1) 保證加鋁操作后有足夠的反應時間，然后再加合金，控制在3 min 以上。

( 2) 保證其純脫氣時間在8 min 以上。

( 3) 精煉結束保障鋼包的靜置時間≥30 min。

3． 3 保護澆鑄

在連鑄方面，采用全程保護澆鑄，防止鋼水二次氧化，保持合適的氬氣吹入量。

( 1) 鋼包長水口選擇吹氬密封。

( 2) 上水口吹氬使上水口內壁形成氫氣層，防止鋼水中的Al₂O₃夾雜在上水口附著。

( 3) 滑板間氫氣流形成的環形密封，隔絕了鋼流與空氣中氧的接觸。

( 4) 氬氣通過塞棒進入SEN 內部鋼流，調整鋼水在水口的流動狀態和流速。進入結晶器后氣泡上浮并攪動鋼水，促進鋼中非金屬夾雜物碰撞長大，上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時粘附懸浮于鋼水中的夾雜物帶至結晶器鋼水表面被渣層吸收。

通過河鋼邯鋼西區煉鋼連鑄現場實踐探索，獲得如下效果: 動態控制塞棒流量5 ～ 7 L /min 能實現結晶器液面波動≤ ± 3 mm; 中包板間吹氬量保持8．5 ～ 11 L /min，可以保證鋼液與空氣隔絕。

4 改進效果

在排除設備、鋼水純凈度等因素后，澆鑄超低碳IF 鋼時連澆爐數達到6 爐，并且液面穩定，結晶器液面波動≤ ± 3 mm。圖4 是改進后塞棒和液面波動曲線FDA 截圖，圖5 連續澆鑄6 爐超低碳鋼后的水口內壁。

5 結論

生成Al₂O₃是造成水口堵塞的主要原因，從超低碳鋼的工藝路線入手，提出了防止浸入式水口堵塞的改進方法。

( 1) 通過優化轉爐復吹工藝、杜絕后吹、頂渣改質等手段的采取，降低了鋼液氧值，減少了Al₂O₃的形成。

( 2) 精煉過程中，保證加鋁后有足夠的反應時間，從而降低鋁的加入，抑制了Al₂O₃的形成。

( 3) 在連鑄方面，采用了全程保護澆鑄，并且保持合適的氬氣吹入量，防止了鋼水的二次氧化。

整體提高鋼水的純凈度，改善浸入式水口的結瘤狀態，實現了超低碳鋼的多爐連澆，解決了以往邯寶煉鋼廠澆鑄超低碳鋼過程中必須更換浸入式水口的問題。

參考文獻

［1］劉耀輝，張瑞忠，張志克，等． 浸入式水口均勻侵蝕的數學模型［J］． 河北冶金， 2011，( 9) : 18 ～ 20．

［2］C Bernhard，G Xia，A Karasangabo，等． 超低碳鋼連鑄過程中Ti 和P 對水口結瘤的影響［J］． 世界鋼鐵，2012，( 5) : 19 ～ 28．

［3］高立娜，張彩軍，呂達，等． 含鈦超低碳鋼連鑄浸入式水口結瘤機理的研究［J］． 鑄造技術，2016，( 11) : 2384 ～ 2388．

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［5］蔡開科． 連鑄坯質量控制［M］． 北京: 冶金工業出版社，2010．