小方坯連鑄機(jī)鋼水瞬間斷流的原因與控制措施

蘇 磊，湯寅波，劉明華，張世濤，董小明

(馬鋼股份公司 長材事業(yè)部 安徽馬鞍山 24300)

長材事業(yè)部北區(qū)連鑄分廠有四臺四機(jī)四流小方坯連鑄機(jī)，結(jié)構(gòu)類似，列舉其中3#連鑄機(jī)的工藝參數(shù)見表1。

表1 3#連鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

長材北區(qū)的3#連鑄機(jī)中間包使用的是定徑水口快換機(jī)構(gòu)(如圖1)，通過液壓油缸更換不同孔徑的下水口來調(diào)節(jié)拉速。

瞬間斷流是指在鋼水正常澆注過程中水口被異物堵塞(如圖2)造成鋼流變小甚至無流的現(xiàn)象，此時(shí)鑄坯拉速會突然降到0.5 m/min以下或直接回零，如果夾雜物被鋼流沖出，拉速又瞬間升到3 m/min以上的生產(chǎn)異?，F(xiàn)象(如圖3所示)。本廠3#連鑄機(jī)的正常拉速一般在2.5 m/min左右。瞬間斷流如果控制處理不當(dāng)，極易造成粘結(jié)漏鋼、卷渣漏鋼或者溢鋼事故。漏鋼在生產(chǎn)中屬于惡性事故，輕則會造成停流，重則會造成停機(jī)或者鋼水回爐，增大了勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至還會造成設(shè)備損壞危及人身安全。因此對小方坯瞬間斷流產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，做到預(yù)防和控制具有十分重要的意義。

圖1 定徑快換機(jī)構(gòu)

圖2 被夾雜物堵塞的下水口

圖3 發(fā)生瞬間斷流時(shí)的拉速變化

1 瞬間斷流的類型

收集產(chǎn)生瞬間斷流打下來的下水口，發(fā)現(xiàn)部分水口內(nèi)存在塊狀異物(如圖2)，部分下水口內(nèi)壁富集了顆粒狀物質(zhì)，經(jīng)過化驗(yàn)分析，水口內(nèi)壁富集的顆粒物主要成分為Al2O3、SiO2，塊狀異物成分和中間包耐材成分接近，也發(fā)現(xiàn)過氧化鋯材質(zhì)的異物。

2 瞬間斷流產(chǎn)生原因的分析

2.1 鋼水

本廠由于沒有LF爐工序，吹氬站也只有均勻成分和微調(diào)溫度的功能，鋼水如果出現(xiàn)過氧化，需要使用鋁餅脫氧，如果鋼水脫氧不良，氧含量大，則鋼水在降溫過程中易發(fā)生二次氧化，且二次氧化產(chǎn)物的組成特點(diǎn)是富集了弱脫氧元素(Si、Mn)的氧化物[1]，當(dāng)Mn/Si比在3.0左右時(shí)，脫氧產(chǎn)物是液態(tài)的硅酸錳(MnO.SiO2),但是如果Mn/Si比比較小時(shí)，脫氧產(chǎn)物主要是SiO2，它熔點(diǎn)高，呈固態(tài)微粒[2]，另外鋁脫氧也會造成鋼中Al2O3等夾雜物增多，這些微粒和夾雜殘存于鋼水中會降低鋼水的流動(dòng)性，并逐漸積聚在水口中，使水口堵塞[3]。

2.2 中包潔凈度

本廠使用的中間包工作層為涂抹料。涂抹后中包內(nèi)會有部分的殘余泥料未清理干凈。烘烤中包時(shí)包蓋上粘附的鋼渣也會有一定的脫落，造成中間包內(nèi)雜物過多。在澆鑄前期拉速較慢，中間包液面較低，當(dāng)液面低于臨界高度時(shí)會在水口窩上方產(chǎn)生漩渦[4]，這時(shí)殘留的雜物容易被旋渦卷入中包水口內(nèi)，大顆粒的無法順利通過，造成瞬間斷流。

2.3 燒中包結(jié)渣

本廠中包使用一段時(shí)間后，沖擊區(qū)周圍會結(jié)一層由鋼水、覆蓋劑和鋼渣凝固而成的混合物，使沖擊區(qū)變小，如果不及時(shí)清理，會給大包燒氧引流和中包澆注帶來諸多麻煩，所以當(dāng)沖擊區(qū)出現(xiàn)堆積時(shí)要及時(shí)清理。如果大包工在燒結(jié)渣時(shí)，同時(shí)又要求低拉速的情況下，燒下來的氧化渣會流入中包水口造成瞬間斷流。

2.4 中包內(nèi)耐材侵蝕剝落

本廠中包正常使用24小時(shí)，在使用末期中間包內(nèi)的一些耐材(擋渣桶、涂抹料)由于長時(shí)間受到鋼水和熔渣的沖刷和侵蝕發(fā)生剝落現(xiàn)象，這些剝落的耐材隨著鋼水流動(dòng)，大部分會上浮，少部分會進(jìn)入中包水口，造成瞬間斷流。

2.5 中包上水口質(zhì)量

本廠使用的中包上水口和中包一起上下線，出現(xiàn)過中包后期上水口鋯芯炸裂的情況，堵住下水口的夾雜物，拿去化驗(yàn)，結(jié)果顯示和上水口鋯芯材質(zhì)一樣，該中包下線后檢查發(fā)現(xiàn)上水口鋯芯缺損一塊。

2.6 中包液面高度

本廠3#連鑄機(jī)使用的中包正常工作液面高度為600 mm，溢流高度為700 mm，當(dāng)出現(xiàn)大包燒氧或鋼水接不上的情況時(shí)，中包液面<400 mm，會造成中包渣層里的夾雜物被鋼流卷入水口中造成瞬間斷流。

3 瞬間斷流的應(yīng)對措施

3.1 控制鋼水過氧化、潔凈度

煉鋼工序做好終點(diǎn)C控制，減少過氧化鋼水爐次，同時(shí)保證Mn/Si比3.0，尤其是普碳鋼，吹氬站確保鋼水充分?jǐn)嚢?，有利于鋼中夾雜物的上浮。

3.2 確保中包內(nèi)清潔無雜物

中包在涂抹結(jié)束后，要把包內(nèi)的雜物清理干凈，中包烘烤前要確認(rèn)包內(nèi)是否干凈，如果發(fā)現(xiàn)雜物可用壓縮空氣把包內(nèi)清掃干凈[5]。同時(shí)在開機(jī)或者換中包前，再次使用壓縮空氣從下水口下口向中包內(nèi)吹掃一次。

3.3 低液面澆注時(shí)禁止大包燒氧

中間包是連鑄系統(tǒng)中使用耐火材料最多的裝置[6]。根據(jù)生產(chǎn)安排當(dāng)要求低速澆注時(shí)，大包工禁止燒沖擊區(qū)結(jié)渣?？梢园汛斯ぷ靼才旁谝粻t鋼澆注的前期，最好在液面較高且波動(dòng)小時(shí)，有利于夾雜物的上浮。另外在燒沖擊區(qū)時(shí)最好兩名大包工，另一人負(fù)責(zé)在一旁監(jiān)控中包液面，根據(jù)情況作出調(diào)整保持高液面澆注。

3.4 提高中包耐材質(zhì)量

中包工作層選用抗鋼水、熔渣侵蝕和耐沖刷性較強(qiáng)的耐材。中包在使用達(dá)到規(guī)定時(shí)長時(shí)必須停澆或換中包，禁止超長使用。

3.5 調(diào)整下水口

在快換機(jī)構(gòu)上放上備用的下水口，準(zhǔn)備好油缸，當(dāng)出現(xiàn)瞬間斷流時(shí)間較長或無流時(shí)可以打入新的下水口，此時(shí)只要不是上水口堵住了，打完下水口，鋼流就會恢復(fù)正常。

3.6 中間包及時(shí)排渣

大包工和機(jī)長要時(shí)刻關(guān)注中間包渣層厚度，渣層厚了要及時(shí)排渣，確保渣層厚度≤100 mm，確保中包澆注液面≥400 mm。

4 發(fā)生瞬間斷流的處理方法

本廠結(jié)晶器液面控制采用Cs-137自動(dòng)液面控制系統(tǒng)。操作箱有兩條液位線。一條是設(shè)定液面高度，一條是檢測的實(shí)際液面高度。正常澆注時(shí)設(shè)定的液位高度在整個(gè)液位線的80%左右。當(dāng)自動(dòng)液位線突然下降，拉速變?yōu)?.5 m/min左右時(shí)則意味著發(fā)生了瞬間斷流。此時(shí)將設(shè)定的液位線調(diào)整至整個(gè)液位線的20%左右，并加入少量的保護(hù)渣，同時(shí)將拉速自動(dòng)轉(zhuǎn)到拉速手動(dòng)來控制，密切觀察結(jié)晶器內(nèi)鋼水的情況，及時(shí)撈出鑲在銅管壁上的保護(hù)渣條，不要讓瞬間變大的鋼流覆蓋鑲在銅管壁上的保護(hù)渣條，造成卷渣漏鋼、溢鋼等事故，等到鋼流正常再將結(jié)晶器液面設(shè)置回80%，并切換到拉速自動(dòng)[7]。發(fā)生瞬間斷流如果處理妥當(dāng)拉速變化如圖4所示，波動(dòng)較不處理要小的多。

5 結(jié)論

本文根據(jù)本廠的情況對產(chǎn)生瞬間斷流的原因進(jìn)行了一定的分析，同時(shí)提出應(yīng)對措施。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)瞬間斷流發(fā)生時(shí)關(guān)鍵在于及時(shí)、準(zhǔn)確、熟練的處理，處理得當(dāng)?shù)脑捘軠p少瞬間斷流造成的影響。

圖4 瞬間斷流處理得當(dāng)拉速變化