小方坯连铸无塞杆保护浇注工艺实践

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摘  要  随着钢铁冶炼技术的不断进步和发展，产品质量提升是钢铁企业始终追寻的目标。连铸工序是炼钢过程的的重要环节，对产品质量提升起到关键性作用。通过小方坯连铸无塞杆保护浇注开浇及过程浇注操作的完善及冷却制度的优化，连铸坯表面质量得到较大改善。

关键词  小方坯  无塞杆  保护浇注 铸坯质量

1  前言

连铸保护浇注工艺主要针对不锈钢和铝镇静钢等含有较高易氧化元素的钢所采取的保护措施，起到防止钢水二次氧化和减少铸坯缺陷产生的作用，其主要特点为：中间罐加入覆盖剂、使用大包长水口、带塞杆控制流股大小的中间罐、中间罐浸入式水口等措施避免钢水与空气直接接触。目前生产的热轧带肋钢筋使用的铸坯主要采用无保护的敞开式浇注，工艺操作简单、设备要求低，连铸机高效，铸坯质量基本可以满足生产需求，但随着用户和钢铁企业对产品质量要求的不断提高，敞开式浇注工艺无法保证产品质量的连续性，存在铸坯脱方明显、表面大量的氧化铁皮、铸坯内部裂纹和非金属夹渣多等质量缺陷，对连铸铸坯综合收得率和合格率有较大的影响，同时缺陷铸坯流入下道工序后对轧制过程及产品质量均有不同程度的影响，因此保护浇注对于小方坯连铸机的产品质量提升具有重要的意义。

2  玉钢铸机现状

保护浇注目前主要使用在流数较少，流间距较大的板坯连铸机上，小方坯因流间距较小、中包寿命长，不适合使用带塞杆的中间罐保护浇注。目前采用定径上水口敞浇，流股大小决定拉速的快慢，而流股的大小取决于中间罐液面的高度即钢水的静压力与中间罐上下水口的大小，目前小方坯正常拉速为2.8 ～3.2 m/min，主要采取油气润滑，小方坯铸机工艺参数见表1。

表1  玉钢小方坯铸机设备工艺参数

铸机号	机数×流数	流间距/mm	浇注断面/mm2
1#、2#	4机4流	1300	165×165
3#	5机5流	1250	165×165

3  带塞杆中间罐浇注工艺优缺点

带塞杆中间罐的使用对于保护浇注起到至关重要的作用，其优点为：

1）便于控制流股大小；

2）方便操作可以将流股断流进行更换水口操作；

3）事故状态下可以及时断流，避免事故扩大化。

塞棒保护浇注也存在以下缺点：

1）因塞杆安装在中间罐内，其处于钢水高温、侵蚀、冲刷状态下，导致其寿命较短，因此中间罐使用寿命较短，限制了铸机连浇炉数的提高，铸机作业率低，综合指标低；

2)塞杆若处于失控状态下，该流只能做停浇处理且不可恢复生产；

3)塞杆装备操作区域较大，需人工主要操作。

4  玉钢小方坯连铸无塞杆保护浇注工艺改进

4.1小方坯连铸无塞杆保护浇注开浇工艺

连铸开浇正常是炼钢整体生产顺行的先决条件，无塞杆保护浇注开浇工艺较敞开式开浇工艺、带塞杆保护开浇工艺存在较大区别，如何确保开浇正常是目前存在的最大技术难点，三种开浇工艺的工艺技术特点见表2。

表2  不同方式开浇的主要区别

开浇方式	引流方式	拉速控制	介质材料	主要特点	主要事故
敞开式	引流沙填充，氧管引流	钢水静压力、上下水口大小	结晶器润滑油	钢流大小基本固定，易观察出苗时间，开始起步，油量大小易控制，可直观观察液面高度，控制起步拉速	起步易粘结漏钢
带塞杆保护	引流沙填充塞杆开关控制	塞杆控制流股大小	专用保护渣	流股可控制大小，开浇采取适当流股，可在低拉速下控制逐步达到指定拉速	起步易夹渣漏钢
无塞杆保护	引流沙填充，氧管引流	钢水静压力、上下水口大小	专用保护渣	流股大小基本固定，不易观察出苗时间	起步易夹渣漏钢、粘结漏钢

无塞杆保护开浇工艺和其他两种开浇模式有明显的区别，为避免开浇异常，针对开浇过程进行探索优化，总结形成以下主要操作流程：

填塞引锭→大包开浇至中间罐固定液位高度→引流→结晶器注入一定量钢水→开浇→加入保护渣→拉速逐步提高至指定拉速→套浸入式水口→捞出开浇渣→加入保护渣→转为液面自动控制。

在开浇过程中严格按上述流程控制，目前玉钢小方坯连铸机生产的钢种主要为HRB400E、22MnCr，炼钢提供合格的开浇炉钢水。

表3 玉钢小方坯连铸机开浇炉钢水工艺要求

断面/mm	钢种	氩后温度/℃	开浇中包罐温度/℃
165×165	HRB400E、22MnCr	1580～1590	1525～1530

开浇过程关键点控制：

1）大包开浇至中间罐10 t时，中包快速引流开浇操作，控制大包流股，开浇过程中包钢水重量不超过15 t，目的稳定开浇低拉速，避免开浇拉速波动过大造成漏钢或溢钢；

2）结晶器注入钢水量为距离上口300 mm处开始加入保护渣，即起步同时快速加入保护渣，加入保护渣原则：快速加入，保证“黑渣”操作，加入量为吨钢1.0 kg/t，主要目的防止开浇过程卷渣，造成开浇夹渣漏钢，同时防止加入保护渣过慢或量小造成粘接漏钢。

3）中间罐液面达到工艺要求，稳定拉速后快速套入浸入式下水口，插入深度要求按100±20 mm。

4.2小方坯连铸无塞杆保护浇注更换水口操作

小方坯连铸机更换水口操作主要技术难点在于更换水口过程钢流瞬间断流、持续浇注、液面波动大、快速更换。目前水口使用寿命平均为5～6 h，主要更换下水口与浸入式水口，在该过程要求：快、准、稳，因该过程会出现液面突然波动较大的情况，同时取下浸入式水口后有2～3 min左右时间敞开浇注，在更换水口的过程会在结晶器液面四周形成一定量的渣条，导致传热效果差，易形成粘接漏钢，为避免类似生产事故的产生，要求更换水口操作过程由自动浇注转换为手动浇注，通过拉速变化保证液面波动的稳定性，并在该过程快速捞取形成的渣条。

4.3小方坯连铸无塞杆保护浇注工艺配水优化

玉钢小方坯连铸机在无塞杆保护浇注应用后，针对玉钢现有生产条件，对冷却工艺进行微调，寻求适合玉钢连铸特点的配水工艺，不断提高铸坯质量。

无塞杆保护浇注对结晶器冷却影响较大：

1）保护浇注后热量散失明显减少，可适当降低出钢温度，降低连铸浇注过热度；

2）使用保护渣代替油气润滑浇注后，结晶器内部摩擦系数减小，传导热量明显，冷却效果更好，初生坯壳易生产，且均衡稳定。针对以上特点无塞杆保护浇注主要对结晶器冷却水量进行优化，由145 m3/h优化为130 m3/h，其主要参数见下表4。

表4  结晶器水量变化及主要工艺参数变化

断面/mm	拉速范围/m/min	结晶器水量（/m3/h	结晶器进出水温差/℃	中间罐浇注温度温度/℃	平均初生坯壳厚度/℃	拉正矫直温度/℃
165*165	2.3-3.2	145	8-10	1510-1535	14.5	980-1000
165*165	2.3-3.2	130	8-10	1510-1535	12.6	1030-1080

   通过该配水工艺的优化，铸坯在高拉速下生产铸坯的拉正矫直温度控制明显提高，减少了因出坯温度偏低在拉正矫直过程中受应力的变化产生的内部裂纹缺陷。

5  小方坯连铸无塞杆保护浇注应用效果

小方坯无塞杆保护浇注工艺在连铸浇注过程控制方面效果明显主要在以下几个方面：

1）铸坯表面氧化铁皮明显减少，减少钢水浇注过程的二次氧化，避免钢种夹渣物的产生；

2）铸坯脱方质量缺陷明显减少，保护浇注过程对于钢流偏离及液面波动起到较明显的作用，铸坯脱方判废量及脱方大小明显减少。

敞开浇注铸坯表面氧化铁皮                       保护浇注铸坯表面氧化铁皮

图1  敞开浇注与保护浇注对铸坯表面氧化铁皮的影响对比图

表5  2019年1～9月份炼钢厂脱方检验情况对比

月份	脱方坯判废量/t	合格坯平均脱方量/mm	浇注形式
1月	130	8mm	敞开浇注
2月	115	7.5mm	敞开浇注
3月	140	8mm	敞开浇注
4月	108	7mm	敞开浇注
5月	95	7.3mm	敞开浇注
6月	50	6mm	保护浇注
7月	43	5mm	保护浇注
8月	27	5mm	保护浇注
9月	15	4mm	保护浇注

4  结论

1）小方坯连铸机无塞杆保护浇注工艺的应用相比敞开式浇注铸坯表面质量可得到较大提高，铸坯脱方判废量可明显减少，表面氧化铁皮也可明显减少。

2）小方坯连铸无塞杆保护浇注工艺生产实践的难点在中包开浇和浇注过程水口的更换。3）由于保护浇注过程热量损失的减少，实施过程需配合冷却制度的优化才能达到较好的效果。

参考文献

[1]刘志国  王洪兴.连铸保护浇注工艺改进[J]中国冶金2013,8

[2]贺道中  连铸铸钢[J]冶金工业出版社2007,9

[3]千勇  现代钢铁流程炼钢连铸新技术800问[J]冶金工业出版社2003,9