徐曉¹，孫靜波¹，朱文玲¹，蘇蘭蘭²

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

摘要: 連鑄采用浸入式水口澆鑄鋼水的過(guò)程中，尤其是澆鑄超低碳鋼時(shí)，經(jīng)常由于Al₂O₃附著在水口內(nèi)壁發(fā)生結(jié)瘤，或者鋼水溫度過(guò)高等造成水口熔損的現(xiàn)象，不僅降低連鑄機(jī)的生產(chǎn)效率，也是鋼鐵產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷的主要原因之一。從工藝路線和產(chǎn)生問(wèn)題入手，降低鋼液的氧含量、控制夾雜物上浮時(shí)間、保護(hù)澆鑄，提出了防止水口結(jié)瘤的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞: 浸入式水口; 澆鑄; 超低碳鋼; 工藝技術(shù)

0 引言

連鑄耐火材料的“四大件”，即浸入式水口、長(zhǎng)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(zhì)量好壞直接關(guān)系到連鑄工藝的順行和產(chǎn)品質(zhì)量。浸入式水口尤為明顯，它是鋼水從中間包流入結(jié)晶器的導(dǎo)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(dòng)狀態(tài)和注入速度; 促進(jìn)夾雜物上浮，防止保護(hù)渣和非金屬夾雜物卷入鋼水等。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車制造業(yè)高速發(fā)展，汽車用鋼需求量增長(zhǎng)迅速。IF 鋼具有優(yōu)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(shí)浸入式水口的堵塞和熔損速度是普通鋼連鑄時(shí)的5 倍以上，因此難以實(shí)現(xiàn)多爐連澆，不僅影響生產(chǎn)節(jié)奏，更會(huì)影響其潔凈度。以邯鋼生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題為背景，系統(tǒng)分析了邯鋼常規(guī)生產(chǎn)工藝，影響浸入式水口結(jié)瘤的因素; 通過(guò)機(jī)理分析和現(xiàn)場(chǎng)探索，提出了改善水口結(jié)瘤的措施，以達(dá)到多爐連澆的目的。

1 浸入式水口的結(jié)瘤現(xiàn)象

浸入式水口堵塞的形成是一個(gè)復(fù)雜過(guò)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(zhì)水口在澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼時(shí)，發(fā)生堵塞水口現(xiàn)象，粘附在水口內(nèi)壁的聚集物主要是Al₂O₃，F(xiàn)e₂O₃和其他高熔點(diǎn)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(duì)浸入式水口內(nèi)壁堵塞物檢測(cè)結(jié)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(wèn)題

邯寶煉鋼廠擁有先進(jìn)的裝備條件，但在連鑄生產(chǎn)中出現(xiàn)多起浸入式水口結(jié)瘤后脫落現(xiàn)象，造成澆鑄困難，以及最終產(chǎn)品產(chǎn)生表面缺陷等問(wèn)題。

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

從生產(chǎn)工藝上分析，生產(chǎn)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(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，生產(chǎn)普碳鋼時(shí)采用吹氬攪拌，幫助氧化物上浮。在生產(chǎn)超低碳鋼時(shí)，為了控制其潔凈度不采取吹氣攪拌，導(dǎo)致鋼水中存在少量的Al₂O₃。

( 2) 普通鋼種經(jīng)LF 爐造白渣工藝，渣中( FeO+ MnO) 含量低，對(duì)鋼液中酸溶鋁含量進(jìn)行控制，有效抑制了酸溶鋁與氧反應(yīng)生成高熔點(diǎn)氧化物Al₂O₃，避免了含鋁鋼在連鑄時(shí)出現(xiàn)水口堵塞現(xiàn)象。

( 3) 鋼水中的酸溶鋁達(dá)到一定比例要求鋼水中必須有一定量的鈣，鈣鋁比達(dá)到0． 13 以上鋼水具有良好的流動(dòng)性。LF 結(jié)束后進(jìn)行鈣處理技術(shù)，合適的鈣處理可以使鋼液中的Al₂O₃與CaO 反應(yīng)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(zhì)，在Al₂O₃顆粒附近鈦元素會(huì)與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以在水口結(jié)瘤物中會(huì)有少量的鈦化物^［3］。

綜上所述，從工藝路線出發(fā)，生產(chǎn)超低碳IF 鋼的堵塞幾率更大。

3 防止水口結(jié)瘤的技術(shù)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(diǎn)夾雜物產(chǎn)生; 二是浸入式水口結(jié)構(gòu)和材質(zhì)方面^［4］。河鋼邯鋼主要從控制高熔點(diǎn)夾雜物的產(chǎn)生入手，在各產(chǎn)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(chǎn)物的數(shù)量。

3． 1． 1 轉(zhuǎn)爐方面

優(yōu)化復(fù)吹工藝: 調(diào)整底吹供氣制度，建立“底吹透氣磚完好狀況動(dòng)態(tài)分析表”。根據(jù)實(shí)際制定出亟待恢復(fù)底吹的爐座和透氣磚，并掌握“轉(zhuǎn)爐底吹快換”技術(shù)，及時(shí)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(zhì): 轉(zhuǎn)爐出鋼1 /3 時(shí)加入改質(zhì)劑，保證高堿度和低氧化性。

下渣控制: 紅外線下渣檢測(cè)、滑板擋渣。

3． 1． 2 精煉方面

傳送時(shí)間: 保證轉(zhuǎn)爐出鋼到RH 精煉的傳送時(shí)間＜ 20 min。

T －OB 升溫: 用T －OB 升溫，吹氧量＜100 Nm³。

靜置時(shí)間: 精煉結(jié)束后，保證靜置時(shí)間≥30min，保證夾雜物上浮。

采取措施: 提高轉(zhuǎn)爐復(fù)吹效果來(lái)降低出鋼氧值;轉(zhuǎn)爐沸騰出鋼時(shí)經(jīng)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(nèi)，減少鋁的損失。鋁的加入量根據(jù)氧值動(dòng)態(tài)調(diào)控^［5］:

Al = ( 1． 125%［O］+ Δ%［Al］) ·W/( R·C)

式中，Δ%［Al］———鋁的實(shí)際濃度與目標(biāo)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(yīng)時(shí)間，然后再加合金，控制在3 min 以上。

( 2) 保證其純脫氣時(shí)間在8 min 以上。

( 3) 精煉結(jié)束保障鋼包的靜置時(shí)間≥30 min。

3． 3 保護(hù)澆鑄

在連鑄方面，采用全程保護(hù)澆鑄，防止鋼水二次氧化，保持合適的氬氣吹入量。

( 1) 鋼包長(zhǎng)水口選擇吹氬密封。

( 2) 上水口吹氬使上水口內(nèi)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(huán)形密封，隔絕了鋼流與空氣中氧的接觸。

( 4) 氬氣通過(guò)塞棒進(jìn)入SEN 內(nèi)部鋼流，調(diào)整鋼水在水口的流動(dòng)狀態(tài)和流速。進(jìn)入結(jié)晶器后氣泡上浮并攪動(dòng)鋼水，促進(jìn)鋼中非金屬夾雜物碰撞長(zhǎng)大，上浮的氬氣泡能夠吸收鋼中的氣體，同時(shí)粘附懸浮于鋼水中的夾雜物帶至結(jié)晶器鋼水表面被渣層吸收。

通過(guò)河鋼邯鋼西區(qū)煉鋼連鑄現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐探索，獲得如下效果: 動(dòng)態(tài)控制塞棒流量5 ～ 7 L /min 能實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器液面波動(dòng)≤ ± 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(jìn)效果

在排除設(shè)備、鋼水純凈度等因素后，澆鑄超低碳IF 鋼時(shí)連澆爐數(shù)達(dá)到6 爐，并且液面穩(wěn)定，結(jié)晶器液面波動(dòng)≤ ± 3 mm。圖4 是改進(jìn)后塞棒和液面波動(dòng)曲線FDA 截圖，圖5 連續(xù)澆鑄6 爐超低碳鋼后的水口內(nèi)壁。

5 結(jié)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(jìn)方法。

( 1) 通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐復(fù)吹工藝、杜絕后吹、頂渣改質(zhì)等手段的采取，降低了鋼液氧值，減少了Al₂O₃的形成。

( 2) 精煉過(guò)程中，保證加鋁后有足夠的反應(yīng)時(shí)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(hù)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(jié)瘤狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)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(guò)程中必須更換浸入式水口的問(wèn)題。

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