影響中間包鑄余自然分?jǐn)嘁蛩丶皯?yīng)對(duì)措施

邱榮軍(馬鞍山鋼鐵股份有限公司第四鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243011)

中間包是一種連鑄生產(chǎn)過(guò)程中的工序容器，鋼水注入中間包后由其分流到結(jié)晶器進(jìn)而形成鑄坯。中間包作為冶金反應(yīng)容器是提高產(chǎn)量及質(zhì)量的重要一環(huán)，無(wú)論是保障連鑄操作順行，還是保證鋼液品質(zhì)符合用戶需要，中間包的作用都是不可忽視的。為了確保澆鑄安全，在中間包停澆時(shí)會(huì)保留一定量的鋼水(防止中間包卷渣)，這些鋼水稱之為中間包鑄余。中間包鑄余通過(guò)翻包機(jī)將中間包和鑄余分開(kāi)時(shí)，鑄余自然斷裂成4斷稱為自然分?jǐn)唷ｈT余自然分?jǐn)嗪罂芍苯舆\(yùn)往廢鋼間回收，若不能自然分?jǐn)啵瑒t須燒氧切割為小塊后再裝車回收，易造成鋼鐵料消耗偏大，同時(shí)燒氧切割所產(chǎn)生的大量廢氣、煙塵也會(huì)對(duì)廠房環(huán)境造成污染，影響員工身心健康。

1 影響因素分析

2020年1月某廠共有265塊鑄余不能自動(dòng)分?jǐn)?，?duì)不同類型的問(wèn)題按塊數(shù)進(jìn)行了原因分析，詳情見(jiàn)表1。

表1 未自動(dòng)分?jǐn)嘣蚍治?/p>

從表1可知，不能自動(dòng)分?jǐn)嗟?65塊鑄坯，其主要原因是中間包鑄余高，共226塊，占比高達(dá)85.28%，是導(dǎo)致不能自動(dòng)分?jǐn)嗟闹饕獑?wèn)題，產(chǎn)生鑄余高的主要原因在于中間包停澆高度手動(dòng)測(cè)量誤差和中間包結(jié)構(gòu)缺陷。

1.1 測(cè)量誤差

目前要求在停澆前測(cè)量中間包液位，采用測(cè)量桿自最外側(cè)烘烤孔垂直插入鋼水，如圖1所示。當(dāng)觸碰到中間包包底后取出，測(cè)量桿上的粘鋼高度即為中間包鋼水液面高度。

現(xiàn)階段工藝要求，手動(dòng)測(cè)量時(shí)，在測(cè)量值370 mm時(shí)進(jìn)行停澆作業(yè)，但是在對(duì)冷卻后的鑄余厚度進(jìn)行實(shí)物復(fù)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際測(cè)量厚度在200 mm-500 mm，與控制標(biāo)準(zhǔn)370 mm±30 mm相差較大，這主要源于每個(gè)工人的技能水平不同，另外由于保護(hù)渣的覆蓋，對(duì)識(shí)別鋼水液面的準(zhǔn)確度有誤差，造成現(xiàn)場(chǎng)工人很難精準(zhǔn)判斷鋼水液面高度。

1.2 中間包設(shè)計(jì)不合理

通過(guò)水模擬研究發(fā)現(xiàn)該中間包在通鋼量2.5 t/min的條件下中間包起旋高度在200 mm，所以為了防止卷渣，保證安全停澆，我們需要中間包液位控制在200 mm及以上，另外為了能夠自然分段，需要控制液面在擋壩上沿以下。然而原始的中間包結(jié)構(gòu)擋壩處未開(kāi)槽，當(dāng)鋼液低于擋壩上沿時(shí)，由于擋壩的阻斷，沒(méi)有鋼水補(bǔ)充，在現(xiàn)有的通鋼條件下，容易引起鋼水卷渣，產(chǎn)生漏鋼風(fēng)險(xiǎn)；另外沒(méi)有鋼水補(bǔ)充，留給現(xiàn)場(chǎng)工人的操作時(shí)間短，很難安全精準(zhǔn)控制中間包鑄余(圖1)。因此工藝要求工人操作時(shí)中間包鑄余要平均控制在10 t以上，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定。

圖1 測(cè)量液位高度位置示意圖

2 對(duì)策實(shí)施

2.1 提升測(cè)量設(shè)備精度

加裝新測(cè)量裝置并更改測(cè)量方法，采用連續(xù)中間包測(cè)溫(圖2)。將測(cè)溫點(diǎn)埋在距離中間包底部250 mm位置(當(dāng)液面小于擋壩高度即可保證鑄坯自然分?jǐn)嗉匆好婢嚯x包底高度≤400 mm，同時(shí)為了方式中間包卷渣現(xiàn)象液面距離包底高度必須≥200 mm，綜合考慮在保證中間包不發(fā)生卷渣停澆情況下盡可能降低鑄余多澆鑄鑄坯，將位置定位250 mm)，當(dāng)鋼水超過(guò)250 mm，溫度約為1500 ℃左右，隨著中間包鋼水澆鑄，鋼水露出測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫點(diǎn)測(cè)量的溫度大幅降低。

圖2 連續(xù)測(cè)溫探頭安裝圖

當(dāng)中間包鋼水量≤30 t時(shí)，溫度梯度值超過(guò)0.3 ℃/s，在現(xiàn)場(chǎng)電腦操作畫面彈出對(duì)話框提示中間包液位低并立即關(guān)閉中間包，進(jìn)行停澆作業(yè)。

分別對(duì)30個(gè)澆次鑄余厚度是否超過(guò)250 mm進(jìn)行判斷，根據(jù)翻包后實(shí)測(cè)鑄余厚度發(fā)現(xiàn)使用新測(cè)量液位系統(tǒng)判斷停澆，其中26組鑄余厚度在200 mm-250 mm之間，基本滿足中間包鑄余自然分?jǐn)嗟囊蟆?/p>

2.2 中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化

綜合各種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，認(rèn)為進(jìn)一步提高中間包自然分?jǐn)啵环矫婵梢酝ㄟ^(guò)提高擋壩的高度，另一方面可以對(duì)中間包擋壩進(jìn)行底部開(kāi)孔，如圖3。但是增加擋壩高度，會(huì)改變中間包的流場(chǎng)，致使塞棒區(qū)域中間包表面流速增加，引起卷渣風(fēng)險(xiǎn)，影響鋼水潔凈度。綜合數(shù)模和水模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2所示，擋壩底部開(kāi)孔，平均停留時(shí)間和死區(qū)體積分?jǐn)?shù)并沒(méi)有大的改變，通過(guò)該方式能夠?qū)笃诮胧剿谥車撍M(jìn)行補(bǔ)充，防止中間包卷渣，給現(xiàn)場(chǎng)工人容留充分的操作時(shí)間，且對(duì)中間包流場(chǎng)影響較小。

圖3 擋壩開(kāi)孔

表2 鋼液停留時(shí)間分布分析

通過(guò)后工序夾雜缺陷跟蹤，對(duì)開(kāi)孔前后冶金缺陷的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，開(kāi)孔中間包冶金缺陷為7.54%，未開(kāi)孔中間包冶金缺陷為7.45%，并沒(méi)有造成鑄坯質(zhì)量惡化。根據(jù)表2可知，開(kāi)孔前夾雜物去除率53.8%，開(kāi)孔后53.9%，基本相符，證明開(kāi)孔后未對(duì)鑄坯質(zhì)量造成影響。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)提升測(cè)量精度和中間包結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，中間包鑄余明顯降低，中間包自然分?jǐn)嗦视?2.60%-31.25%提高至88.00%-95.38%。

2021年8月-10月鞏固期間中間包生產(chǎn)370個(gè)澆次2255爐，其中換中間包澆次305個(gè)，停開(kāi)澆次65個(gè)，換中間包中間包鑄余量由18.3 t/澆次降低為13.6 t/澆次，每個(gè)澆次降低鑄余4.7 t，停澆中間包鑄余量由13.9 t/澆次降低為10.5 t/澆次，每個(gè)澆次降低鑄余3.4 t。

中間包結(jié)構(gòu)改造后和改造前，后工序反饋冶金缺陷相當(dāng)，未對(duì)鑄坯質(zhì)量造成影響。