连铸保护浇铸工艺改进
2019-02-10吴礼旺
吴礼旺
(南京钢铁联合有限公司第二炼钢厂,江苏 南京 210000)
在连铸保护浇铸过程中,钢水和空气中氧气接触会发生,增加铸坯产品氧化物含量,不利于产品质量的提升。在连铸保护浇铸工艺中,防止钢水被二次氧化是缓减环节。但就目前发展现状而言,仍然存在一系列问题亟待解决,严重限制了钢产品合格率对提升。基于此,本文结合实际案例,对连铸保护浇铸改进做了如下分析。
1 案例分析
某金属加工厂现有100t在顶底复吹转炉4座,LF精炼设备3套,158mm×158mm五机五流方坯连铸机3台,主要生产低合金钢和普碳系列钢。连铸保护浇铸中主要采用了固体保护的方式,其主要目的是隔绝空气,避免空气中的氧气和高温钢水发现氧化反应,降低钢产品的杂志,提升合格率。具体连铸保护浇铸工艺为:在钢包到中间包、中间包到结晶器等裸露部分,用保护渣覆盖,降低空气中的氧气和高温钢水接触的几率,防止发生二次氧化。
2 连铸保护浇铸中工序中存在的问题
就该连铸保护浇铸工艺而言,在正常浇筑时熔池的深度为1200mm,铸坯厚度可达250mm,宽度在800mm~1000mm之间。在具体生产过程中,存在的问题包括以下几个方面:
(1)钢水二次氧化仍然严重。在中间包开浇是整个连铸保护浇铸工艺的核心环节,但受到吹氩系统不完善因素的影响,各个班组吹氩操作规范存在较大的差异性,比如:中间包覆盖剂加入量不均匀,在进行中间包快换操作时,并没有覆盖剂保护,高温钢水氧化问题一直存在,二次氧化和增N量仍然比较严重,连铸增N的质量分出甚至大于10×10-6,铸坯的合格率不足30%。
(2)长水口机械手不够先进。就该厂连铸保护浇铸工艺发展现状而言,长水口机械手使用年限比较长,在生产中存在很多缺陷,难以有效控制二次氧化和增N现象。此外,压力不足导致长水口和钢包下水口难以实现密切接触,在连铸保护浇铸过程中频繁发生长水口晃动现象,而在钢水注流的作用下,在长水口和钢包下水口之间会形成负压,空气进入,导致钢水发生二次氧化和增N。
(3)长水口结构设计不合理。长水口结构设计不合理,也是连铸保护浇铸工艺中引发二次氧化和增N的主要原因。目前该钢材长水口为直筒型结构,只能在中间包钢液面以上进行浇筑,当钢包开浇以后,再下降到钢包插入钢液面以下,容易在中间包中形成钢水卷渣,进而增加钢水和空气接触的面积,致使高温钢水二次氧化和增N的问题发生[1]。此外,原有放水口密封不严,或者密封垫圈在使用过程中,发生变形、松弛、破损等,导致接触面存在间隙,使得空气进入引发二次氧化和增N。
(4)中间包钢液面翻腾比较严重。在连铸保护浇铸过程中,当钢水进入中间包到包底以后,再反弹回流到钢水液面,会在冲击区域发生钢水沸腾现象,和空气接触后,会发生二次氧化,从而降低产品品质。目前连铸保护浇铸工艺中,使用了分体式浸入式水口,在生产过程中,受到上下水口板件吹氩管路堵塞和漏气的影响,在浇筑时密封效果降低,水口板间吸气或者水口破损,都会导致空气进入,进而引发二次氧化。
3 连铸保护浇铸工艺改进措施
(1)增加中间包包盖吹氩装置。在中间包烘烤结束到开浇前,如果缺乏完善的保护措施,则会导致大量空气进入中间包,进而发生氧现象。因此,为解决此类问题。连铸保护浇铸时,在中间包覆盖剂加入之前,为防止二次氧化现象的发生,重新增设了中间包包盖吹氩装置。但中间包烘烤结束后先打开再吃吹氩管路,并增加氩气压力,以高速吹氩气的方法,对中间包进行全面吹扫,将中间包中的空气全部排出,以便在中间包中形成一个氩气保护层,直到中间包吨位上升到55t以后,再用覆盖剂进行全面覆盖,此后关闭吹氩装置,以免在连铸保护浇铸过程中,高温钢水和空气直接接触,进而达到降低首开浇钢水二次氧化和增N现象,提升钢产品生产质量。
(2)全面改造长水口机械手。在连铸保护浇铸过程中,钢水对长水口会造成一个较强的冲击力,发生了多起长水口脱落现象,严重影响了连铸保护浇铸生产效率和质量。此外,由于长水口机械手顶升压力比较小,在浇铸过程中,经常发生长水口和钢包下水口接触不严的问题,导致大量空气进入,进而引发钢水二次氧化和增N现象。针对此类问题,机械工程设计方提出改造长水口机械手的目的。
(3)对长水口进行全面改进。在该钢材连铸保护浇铸过程中,长水口有2种结构形式,一种是直筒型长水口,另一种是浸入式开浇长水口,二者各有特性。此外,长水口溶剂的增加,可降低空气被注流压缩后反作用力,此种作用力不足以将长水口和钢包下水口分离开来,钢水也就无法形成逆向运动,进而避免了长水口脱落或者溢钢现象的发生。
在长水口的上端也要加装吹氩装置,以便在浇铸过程中,形成氩气保护罩,避免空气进入引发二次氧化,提升钢产品浇铸保护效果。此外,还要对长水口密封垫层进行改进,将垫层形状改变为平状加厚密封垫片,确保钢包下水口和长水口碗口地面接触的紧密性,避免存在漏气现象,提升氩气保护效果,保证密封件的稳定性。
(4)合理设置稳流器。在连铸保护浇铸过程中,合理设置稳流器,可有效避免中间包冲击区域钢液面翻滚现象的发生,降低反弹注流对中间包钢液面的冲击,此外,浸入式开浇长水口下部增加,也可以起到缓减钢流冲击速度的作用,避免钢流直接冲击包液面,控制中间包钢液面翻滚程度,降低钢水二次氧化和增N现象的发生。
4 连铸保护浇铸工艺改进效果分析
通过采用上述改进措施后,连铸保护浇铸过程中,二次氧化和增N现象得到了明显改善,铸坯合格率大幅度提升,不但提升了生产效率,保证了经济效益,而且减轻了工作人员劳动强度。低碳钢中Al的质量分数在300×10-6~500×10-6之间,满足低碳钢生产相关工艺和标准的要求。品种钢中N的质量分数从改进前的36.42×10-6降低到改进后的30.64×10-6,连铸过程增N的质量分数,从改进前的8.6×10-6降低到改进后的5×10-6,超低碳汽车用钢成品N质量分数控制在18×10-6以内,有效满足了不同钢种生产的需求。
5 结语
综上所述,本文结合实际案例,分析了连铸保护浇铸工艺改进,分析结果表明,为最大限度上提升连铸保护浇铸工艺水平,需要从钢包注流、中间包冲击区域、开浇期钢水、中间包注入流等能和空气接触的区域采取一系列保护措施,避免在连铸保护浇铸过程中,高温钢水和空气,而发生二次氧化现象,减少成品钢中N的质量分数,提升铸坯合格率,降低安全事故发生的概率,为进一步提升产品质量和生产的安全性奠定坚实基础。通过改进效果分析可以看出,采用上述改进措施,符合目前钢材连铸保护浇铸工艺落后,质量不高的要求,值得大范围推广应用。