非稳态下连铸水口絮流加剧的原因及改进

非稳态下连铸水口絮流加剧的原因及改进

付强

（河北鑫达钢铁有限公司，迁安市，064400）

摘  要：2009年11月份国丰一炼钢120吨生产区域试制汽车板IF钢取得阶段性成果，在稳定执行双联工艺钢水状况相同的情况下，连铸非稳态浇注因素会造成浸入式水口的严重絮流。本文对影响连铸浇注工艺操作稳定的因素进行研究分析，以进一步稳定连浇过程控制，提高终端产品质量。

关键词：絮流；塞棒开口度变化规律；非稳态浇注因素

Cause and improvement of water flow flocculation in continuous casting at unsteady state

FU Qiang

（Hebei Xinda Steel Co., Ltd.  Qian 'an 064400）

ABSTRACT: In November 2009, the trial production of IF steel for automobile sheet in Guofeng No. 1 steelmaking area reached a stage result. Under the same condition of molten steel in the dual process, the unsteady pouring factors of continuous casting will cause serious flocculation in the submerged nozzle. In order to further stabilize the continuous casting process control and improve the product quality, the factors affecting the operation stability of the continuous casting process are studied and analyzed in this paper.

Key words: floc flow；stopper opening degree change rule； unsteady pouring factor

1 前言

RH处理钢水连浇水口絮流一直是制约产品质量和生产顺行的关键因素[1-3]，虽然国丰第一炼钢厂自8月份开始采用LD—LF—RH—CC双联工艺，但是并没有实现连浇稳定生产，本文对影响此钢种连铸浇注工艺操作稳定的因素进行研究分析，以进一步稳定连浇过程控制，提高终端产品质量。

2 连铸水口絮流机理

为了控制钢中氧含量和进行深脱硫，转炉、LF、RH过程要加入大量的脱氧合金对其进行深脱氧使之生成相应的氧化物[4-5]。大部分生成氧化物可从钢液上浮进入钢包渣去除，但是仍有一部分会以氧化物夹杂的形式残留于钢液。在连铸过程中，当钢液从钢包进入中包或由中包进入结晶器时，这些氧化物夹杂就会在水口内壁附着、堆积进而使水口絮流[6-8]（连铸水口絮流见图1）。

观察换下絮流水口夹杂物，基本上全部为白色氧化物，经过化学检验发现主要成分为Al，含量超过73%，说明钢中AlS与钢种自由氧反应生成AL2O3在浇注过程附着在水口内壁造成絮流。80吨板坯铸机开发SPHC过程也发生过此问题，最后采用精炼钙处理解决此问题。但是，RH处理钢种受设备及工艺方面影响，不具备钙处理条件，所以只能采取其他途径。

现场跟踪结合浇注数据分析发现：在稳定执行双联工艺钢水状况相同的情况下，连铸非稳态浇注因素会造成浸入式水口的严重絮流。

3水口絮流造成关键浇注参数的改变从而影响产品质量

水口严重絮流后塞棒开口度迅速上涨，造成连浇被迫更换水口的非稳定浇注状态；絮流夹杂物注入结晶器，造成结晶器液位大的非稳定浇注状态。结晶器液位波动与塞棒开口度的瞬时下降程线性关系，所以可以通过控制塞棒开口度减少结晶器液位波动。上述两项浇注情况均会对最终的产品质量造成严重影响，12月10日中山中粤基板厂反馈我公司产品存在夹杂缺陷（见表1）。

表1 MRT2-BA缺陷产品浇注过程跟踪数据

4塞棒开口度变化规律及实践推论

4.1 塞棒开口度变化规律

涮槽常规钢水起步后连浇超低碳钢开口度上涨8-10mm；起步浇注超低碳钢开口度上涨4-6mm。说明钙处理钢水与非钙处理钢水混浇生成新的氧化物夹杂，对钢水可浇性造成影响（并且产生2根降级混浇坯），所以应采用RH超低碳钢起步。正常连浇开口度上涨1-2mm/炉。

因顶渣处理效果差，在每炉浇注后期，开口度易发生大的波动；因钢包下渣，浇注热交换坯（混浇钢水）时，开口度易发生大的波动；浇次后期水口絮流比较严重，此时开口度易发生大的波动，造成轻则夹杂物冲下、结晶器液位大的波动，重则更换浸入式水口。

浇次前期控制低拉速浇注状态，夹杂物大量在中包水口聚集，当拉速波动时，冲入浸入式水口并附着在水口内壁，造成开口度上涨幅度大。（见图2）

4.2 实践推论

中包起步受钢水二次氧化、中包液位波动、浇注速度波动、浇注模式转换、氩气调节、钢水过程温度梯度变化等非稳态浇注因素影响，塞棒开口度上涨幅度比较大。

起步操作稳定后，钢水中的氧化类夹杂物持续在水口内壁附着，随着浇注时间的延长附着物逐渐增多，导致钢水流通量不够，此时塞棒开口度开始上涨，当附着物达到一定数量并且相互间结合不紧密的情况下，开始有夹杂物随钢液流入结晶器，造成塞棒开口度和结晶器液位的异常波动，当铸机产生非稳态浇注因素会加剧水口的絮流程度。

5 连浇非稳态因素分析及控制措施

5.1 过程温度控制

过程温度控制过高会加剧钢水的二次氧化，使钢中夹杂物总量上升影响产品质量，并且会提高炼钢成本；过程温度控制过低会使钢液中氧化类夹杂物过饱和析出，加剧水口絮流甚至造成水口冻结，对稳态浇注造成影响；稳定的中包浇注温度是恒定浇注速度的前提条件。因此钢包到铸机平台后，马上加盖保温，钢包盖吹氩防止高温钢水二次氧化，全工序必须以连铸为中心，严格执行中包目标浇注温度。（现行超低碳钢过程温度控制要求见表2）

表2 现行超低碳钢过程温度控制要求

实际生产因钢水不能及时供应连铸，低拉速非稳态浇注控制维持连浇，所以应适当提高浇注温度，以保证相对稳定的浇注状态。（修订后超低碳钢过程温度控制要求见表3）

表3修订后超低碳钢过程温度控制要求

备注：起步待浇时间控制在10-20分钟；连浇待浇时间控制在5-10分钟。LF、RH、CC测温系统偏差大，不能及时反映工序过程温度衔接控制情况。品种钢研发可以试用品质稳定的测温偶头，以确定工序过程温度控制参数。

5.2 保护浇注控制

5.2.1 钢包保护浇注

钢包开浇烧氧裸浇、钢包套管碗部有冷钢、氩气调节不合理会影响钢包保护浇注效果，会使钢液中氧位上升，严重影响成材率及浇注状态。所以采用无碳引流砂减少钢包烧氧操作，严格执行工艺规程每炉次清除钢包套管碗部冷钢、合理控制氩气量。

5.2.2 钢包下渣

强氧化性钢包渣进入中包，使中包内的氧化夹杂急速上升，对连铸稳态浇注造成影响，应尽量减少下渣量，所以应采用“见渣关包”措施。

5.2.3 中包保护浇注

中包液面严禁裸露浇注，开浇第一包中包渣较少，所以应加入大量覆盖剂保证液面不裸露。

5.2.4 顶渣处理效果

   RH钢包顶渣达不到处理效果，造成钢包浇注后期钢水氧位较高，当浇注钢包剩水时，塞棒开口度上升明显，所以必须提高顶渣处理效果。

5.3 流场控制

5.3.1 浇注速度控制

由二级CPC趋势图可以看到，浇注速度的波动会加剧絮流程度（见图3），因此必须找出最佳浇注周期以确定最佳浇注速度。起步操作稳定后将拉速升至最佳浇注速度恒定控制。

5.3.2 中包保护浇注氩气调节

中包保护浇注氩气调节不合理会影响中包水口至结晶器的流场控制，从而加剧水口絮流程度，现场跟踪试验得出：塞棒氩气采用5NL/min，上水口氩气采用3NL/min，板间氩气采用3NL/min正常浇注恒定控制，可以保证连浇稳定；

5.3.3 中包液位

增加钢水在中包的平均停留时间，稳定中包液位可以减缓絮流程度，因此，开浇第一包中包钢水达到20吨时进行起步操作；正常浇注中包钢水重量控制在42±1吨，品种钢连浇炉数不大于8炉塞棒可以不更换渣线；连浇钢包停浇前将中包钢水重量提升到上限吨位；钢包开浇如发生烧氧操作，中包液位不低于35吨，不进行降速操作。

5.3.4 浇注模式

手、自动浇注模式的转换也会加剧絮流程度，因此，非换水口、严重絮流浇注状态可以采用手动模式，其他情况一律采用自动模式浇注。

5.3.5 塞棒零位设置

当前浇注RH处理钢水，连铸絮流是一种普遍现象，所以应将塞棒零位设置作调整，尽量推迟更换水口的时间。经实践证明塞棒零位设置为55±2mm可以满足相对稳态的浇注。

5.3.6 浸入式水口插入深度

插入深度对絮流程度没有明显的影响，但是当前为保证比较稳态的浇注，中包保护浇注氩气调节偏大，对结晶器流场有一定影响，所以可以中上线控制，插入深度150-180mm比较合理。

5.4 生产节奏控制

钢铁企业生产组织为硬性连接，当一个生产环节产生问题就会致使全工序生产组织混乱，甚至生产中断，所以每道工序必须为下道工序生产做充分的准备，全工序以连铸的生产节奏为中心组织生产（见表5）。根据我厂设备及工艺生产能力制定上表并对工艺规程中浇注速度控制进行修订（见表6）。

表4 工序时间节奏控制表

注：转炉、LF、RH处理时间为冶炼至吊包时间；辅助时间包括吊包、坐包及镇静时间。

表5 坯型最佳浇注周期

稳定的钢包净重、中包温度、浇注速度才能满足浇注周期的稳定。但是浇注断面宽度越大，铸机目标拉速越低，当达到1300mm时，为保证钢水的正常连浇，铸机目标拉速只能采用低拉速浇注状态，如果终端产品对宽度有要求时，低拉速浇注状态的产品发生质量问题的概率可能会比较高，所以转炉、LF、RH及辅助在工序时间控制上应进一步深挖潜能。

6结论

（1）钢水二次氧化和流场波动是导致连铸水口絮流程度加剧的主要原因。此类非稳态浇注操作会使钢中夹杂物总量上升，对最终产品质量造成影响。

（2）原工艺条件下连浇4-6炉，更换2只水口，通过对连铸水口絮流的原因分析并跟踪塞棒开口度变化规律，对浇注方案工艺操作要点进行了细化控制，连浇提高到8炉且不需更换水口。

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