减少浸入式水口底部结瘤造成的钢水夹杂的实践

白亚东

（天津钢管制造有限公司供应部，天津300301）

减少浸入式水口底部结瘤造成的钢水夹杂的实践

白亚东

（天津钢管制造有限公司供应部，天津300301）

对天津天管特殊钢有限公司连铸作业区使用的浸入式水口，在使用后其底部出现结瘤的情况进行了分析，分析结果表明结瘤成分为氧化物。通过改变浸入式水口底部的材质，改善了在其使用后底部结瘤的情况，避免该类情况造成的钢水夹杂。

浸入式水口；氧化物；夹杂

1 引言

随着现在对连铸坯质量要求的不断提高，人们对连铸坯内非金属夹杂物给钢坯及其后续制品带来的危害越来越重视。因此，减少夹杂是提高连铸坯质量的一项重要任务。在夹杂物产生的因素方面，浸入式水口底部氧化物附着造成的钢水夹杂是比较常见的一类夹杂，它会影响钢水纯净度，进而影响管坯质量[1]。由此可见，减少浸入式水口底部氧化物附着造成的夹杂是非常有必要的。

2 现状调查

2．1 浸入式水口设计

在浸入式水口设计初期，考虑到渣线部位的侵蚀程度较高，业内普遍将渣线部位设计成抗侵蚀的含锆材质。我公司使用的浸入式水口，含锆材质的部位大致为从底部往上20～200 mm段（特钢公司三个作业区略有不同），也就是说有180 mm的部分是含锆的（这一段内壁有5 mm左右的厚度是本体材料），底部由于考虑到成本的因素以及实际使用时钢水液面高度，留有20 mm的一段是一般的本体材料，见图1。

图1 浸入式水口底部图

2．2 浸入式水口使用情况

正常情况下（即不产生结瘤，正常侵蚀的情况下），浸入式水口正常侵蚀时剥落的细小颗粒，会随着钢水均匀地散布在钢坯中。一支浸入式水口（平均寿命）正常使用时，会被侵蚀消耗掉700 g左右，这700 g材料会散布在（设中间包为6流，7连浇，平均每炉钢水100 t，则7×100/6=116．67吨坯）110多吨钢坯中，造成夹杂的影响非常小，尤其是聚集在一起形成夹杂的几率是微乎其微的。实际使用过程中发现，在浇钢结束后可以看到在浸入式水口底部外壁，附着着一圈白色黄色相间的瘤状物其主要成分为Al2O3和CaO，见图2。由于浸入式水口外壁附着的瘤状物会因钢水流动、冲刷后剥落，进入钢水中，形成氧化物夹杂，影响钢坯质量，进而影响钢管质量。

图2 浸入式水口底部的瘤状物

2．3 浸入式水口底部瘤状物光谱分析及结果

对浸入式水口外部附着物进行光谱分析，化学分析结果为：

Al2O3：48．06%；CaO：7．34%；MgO：2．56%；SiO2：4．44%；其余成分为Fe。

由上可以认为，对于附着物的形成，主要是由于钢水中Al2O3和CaO等氧化物夹杂较多，或在整个精炼和浇钢过程中钢水二次氧化，使钢水中的[Al]氧化生成Al2O3，与渣或钢水中的CaO和MgO形成高熔点氧化物附着于水口外壁上。

3 改进方法

改进的最终目标是减少浸入式水口外壁的附着物产生，即在浸入式水口使用后底部外壁的附着物明显减少甚至消失，减少此类氧化物附着造成的钢水夹杂。

3．1 改进渣线部位以及底部的材质[3]

由于浸入式水口的本体材料为铝碳质，单从浸入式水口这方面来考虑，夹杂产生的原因是本体材料被侵蚀剥落，在钢水中遇到游离的氧或者在液面接触空气，生成Al2O3后附着在浸入式水口底部外壁。这就需要做以下两方面的改进：

（1）改进渣线部位的材质，使其耐侵蚀程度更高，减少本体材料被侵蚀剥落，或者将渣线部位全部采用不含铝的锆质材料，杜绝渣线部位为产生夹杂氧化物“提供”氧化铝组分。

（2）由于原来的浸入式水口底部有约20 mm为非锆质材料，生成的氧化物夹杂因“同性相吸”而吸附在此处。将底部改为含锆材质，可减少吸附，进而减少大块结瘤现象的出现，即便产生细小夹杂，也能使其均匀分布在钢水中（可接受范围内），不至于夹杂集中出现影响产品质量。

鉴于以上两个原因，将浸入式水口底部全部改为含锆材料，具体改动见图3。

图3 改进前后的浸入式水口底部图纸

3．2 优化浸入式水口底部外形尺寸

从流畅力学的角度考虑，设计能带动浸入式水口底部外侧钢水流动的外形、尺寸。但在具体实施过程中考虑到结晶器处的流体要求，因此未作改动。

3．3 严格执行操作规程

严格执行中包连铸的工艺流程和相关操作规程，在中包浇筑过程中，尤其是在添加中包覆盖剂等操作中，避免碰撞整体塞棒，避免搅动中包钢水进而影响流入浸入式水口的流场。

4 实施效果

4．1 现场使用情况

由图4可明显看出，上述的具体措施实施后，使用后的浸入式水口底部附着物明显减少，仅有细小的颗粒附着在外壁上，效果明显。

图4措施实施前后浸入式水口底部的对比图

4．2 数据统计

特钢公司技术科对于B类夹杂（即氧化铝类夹杂）的统计对比如表1所示。

由表1中可以看出，B粗、B细类夹杂分别由2012年2月份的4．06%、6．33%下降到2013年2月份的1．69%和3．94%，说明具体措施实施后夹杂情况有改善。

5 结论

通过对天津天管特殊钢有限公司使用的浸入式水口底部结瘤情况的分析，主要采取了改变浸入式水口底部材质（底部全部采用含锆材料）等措施来减少该情况的发生，最终结瘤情况得到了明显改善，夹杂减少，对于其他钢厂具有借鉴作用。针对此类情况，要继续跟踪浸入式水口的使用情况，避免出现质量波动，出现结瘤情况，还要建立浸入式水口使用档案，出现问题及时解决、记录，为以后提供经验。在措施实施过程中，浸入式水口的尺寸改进没有完成，还需要进一步探讨，夹杂的形成机理也还需要进一步研究，从各个方面控制夹杂的产生。

表1 特钢公司B类夹杂物统计情况

[1]吴苏州，张炯明．连铸浸入式水口结瘤现象的研究现状及发展[J]．钢铁研究学报，2007，19（12）：1-4．

[2]王睿之，杨健，职建军，等．连铸中间包上水口及浸入式水口结瘤物分析[J]．宝钢技术，2012，13（5）：13-16．

[3]潘秀兰，王艳红，梁慧智，等．防止浸入式水口结瘤和堵塞的新技术[J]．重型机械，2010（S1）：172．

Practice of Reducing Inclusion Caused by Submerged Nozzle Bottom Clogging

BAI Ya-dong
(Supply Division of Tianjin Pipe Manufacturing Company Limited,Tianjin,China 300301)

The paper analyzes the clogging at the bottom of submerged nozzle after service at the casting operation area of Tianjin Tianguan Special Steel Company Limited and the main composition of the clogging is found to be oxide．After the material at the bottom of submerged nozzle was changed,the clogging problem was alleviated and steel inclusion caused by it prevented．

submerged nozzle;oxide;inclusion

10．3969/j．issn．1006-110X．2014．02．020

2013-09-18

2013-10-18

白亚东（1987—），男，主要从事采购方面的研究工作。