氬氣在連鑄生產(chǎn)中的應用

氬氣在連鑄生產(chǎn)中的應用前言寶鋼二期、三期連鑄共四臺連鑄機是目前國內(nèi)比較先進的大型板坯連鑄設備，它們的一些技術(shù)及生產(chǎn)指標也達到、接近了國際先進水平。這四臺連鑄機都采用了一項現(xiàn)代連鑄技術(shù)中應用普遍的基本技術(shù)一一吹氯保護澆注。吹氯保護大致包括兩個方面的內(nèi)容：既對大包長水口與大包之間、中間包浸入式水口與中間包之間的連接部位進行吹氯密封以防止空氣的吸入和即將投入使用的中間包注入前吹氯以防鋼水裸露在空氣中造成鋼水的二次氧化。除了密封之外，氧氣在澆注過程中還有另外一個重要的作用一一防止結(jié)瘤。在有關(guān)的一些文章中，我們還可以讀到關(guān)于吹氯防止結(jié)瘤的大致內(nèi)容，如果說氯封是硬性的、是一個對澆注操作本身影響不大的過程，那么用于防結(jié)瘤的吹氯則是彈性的，但由于多方面的原因，它在通用的技術(shù)標準里僅僅是幾個參考值，具體使用的流量、壓力及各點的配比需要操作工根據(jù)具體情況來調(diào)整，所以如何使用、控制氧氣達到如下三個目的：仍然是一個值得探討與研究的問題。（1）保障澆注的安全（2）實現(xiàn)多爐連澆（3）控制液面，提高鑄坯質(zhì)量隨著國際鋼材市場的飽和以及中國加入叩丁。后鋼材市場的逐步開放，競爭也變得日趨激烈。對鋼材產(chǎn)品質(zhì)量、成本的要求也逐步提高。連鑄在減少投入、降低成本，增加產(chǎn)出的大政方針下，通過提高操作工的操作水平達到以上三個目的來迎合市場的需求不失為一種最經(jīng)濟、有效的方法。說入式水J吹氬的作用鑒于以上三個目的，我們在實際應用過程中可以把這部分的吹氯作用分成兩個方面：（1）填補整個澆注通道的空隙，防止三氧化二鋁和其他氧化物在相對靜止的條件下吸附、沉淀在澆注通道內(nèi)形成結(jié)瘤，同時，干擾滑板上部渦流以促進大型夾雜物的上??；（2）氧氣在結(jié)晶器內(nèi)部及鑄坯液相穴中的上浮過程中促進熱交換，提高鋼液面的溫度，促成保護渣熔融層的形成和流動；并進一步促進夾雜物的上??；同時減緩彎月面坯殼鍵鞘（小鉤）的成長速度，這個小鉤在結(jié)晶器振動過程中被不斷地拉斷、焊合著，但過長的小鉤的表面張力阻礙了保護渣熔融層順利地流入彎月面與結(jié)晶器銅板之間，極易形成斷渣。如右圖所示：說入式水J現(xiàn)狀與存在的問題在實際的操作過程中，影響這種彈性吹氯的因素很多，如澆注不同的鋼種（不同鋼種具有特定的液相線和鋼水流動特性及不同的過熱度要求），不同的斷面尺寸、不同的澆注速度（滑板開度的大小影響氬氣的吹出率），甚至使用不同的保護渣都有不同的吹氬要求（保護渣的熔渣速度，流動性、吸附夾雜物的能力不盡相同）。當然除了上面提到的這些固然性因素外還由一系列其它因素組成的，如下表：表序號項目內(nèi)容現(xiàn)象1連續(xù)澆鑄時間每個中間包連澆時間最長可達7小時，澆注后期水口、滑板易結(jié)瘤結(jié)瘤后結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生不同程度的偏流2恒速率由于熔鋼溫度，工序匹配，在線調(diào)寬，異鋼種，澆注異常等引起的升降速不同的通鋼量要有相應的氬氣匹配3中間包安裝精度浸入式水口安裝偏斜，吐出孔不對中，滑板安裝間隙超標空氣吸入產(chǎn)生液面嚴重不對稱翻動和偏流4吹氬設備表具不準，軟管漏氣、堵塞，氬氣供給壓力不穩(wěn)等吹氬不通暢、不均勻且操作缺乏參考依據(jù)5鋼水情況鋼水成分偏差，主要是［S］偏高；夾雜物多，主要是酸熔鋁偏高改變了保護渣的熔點、粘度和流動性6保護渣保護渣在國產(chǎn)化過程中的不穩(wěn)定性以及每種保護渣的適用范圍偏廣保護渣熔融層不穩(wěn)定偏薄或偏厚現(xiàn)象較多7中間包熔鋼量為調(diào)節(jié)中間包熔鋼溫度和大包長水口渣線以及大包更換而產(chǎn)生的變化熔鋼量變化引起靜壓力和滑板開度的變化上述因素單一地或綜合地造成了這種彈性吹氬的不確定性，并在實際澆注過程中出現(xiàn)了種種異常情況和相應的異常處理，如：因偏流、嚴重結(jié)堵、斷流等現(xiàn)象和相應的捅水口、大流量吹氬沖刷、燒氧等作業(yè)，更有一些不明就里的操作工會實施“排隊調(diào)氬氣”等等盲目舉動，所有這些異常作業(yè)對生產(chǎn)的安全和質(zhì)量的危害性可想而知。所以，準確地判斷液面及澆注狀況，及時調(diào)整好氬氣是一件相當重要而系統(tǒng)性的工作。以下，讓我們首先來了解一下鋼流從中間包到結(jié)晶器的流程和吹氬的大致結(jié)構(gòu)。吹氬結(jié)構(gòu)與特性上水口吹氬的作用域是全程的而且是最重要的，它在鋼水靜壓力下對整個通道起到防結(jié)堵的作用，并促進結(jié)晶器內(nèi)的上下鋼液的熱交換和夾雜物的上浮，一連鑄采用塞棒、滑板雙保險控流而二連鑄為節(jié)約成本取消了塞棒的使用，部分上行的氬氣不再受塞棒的阻擋和干擾而折反，故二連鑄的上滑板氬氣量應比一連鑄要大一些；滑板的吹氬主要用于填補滑板在非全開狀態(tài)下產(chǎn)生的月芽型“真空”，使其內(nèi)部不結(jié)瘤和結(jié)冷鋼，由于滑板的開度在不同的澆注速度和澆注時期是各不相同的，所以應及時作相應的調(diào)整。另外，在表一中我們曾經(jīng)提到過中間包安裝精度的問題，特別是滑板間隙超標導致鋼水在下行過程中吸入空氣造成鋼水的二次氧化和結(jié)晶器內(nèi)鋼流嚴重偏流，在這種情況下適當加大滑板氬氣的壓力、流量是很有必要的，因為此時的該部分吹氬其實起到了氬封和填補空隙、防止結(jié)瘤兩個作用；浸入式水口的吹氬主要用于水口本身的防結(jié)瘤，由于其材質(zhì)比較致密，透氣性能相對較差，它

只在水口內(nèi)壁形成一層薄薄的氬氣膜以減輕因附壁效應導致的結(jié)瘤，隨著材料科學的發(fā)展和對板坯質(zhì)量要求的提高，現(xiàn)在大部分的浸入式水口已采用不吹氬的了。從吹氬管的安裝結(jié)構(gòu)、各部分的作用以及材料特性可以看出除防結(jié)瘤外，它們對鋼流還具有一定的擾動作用，這種擾動作用在流量恒定時隨其壓力的變化而變化，壓力越大其擾動的特性表現(xiàn)也越明顯。（如右圖）所以，在澆注斷面較小時，上水口氬氣的壓力應大一些；在澆注大斷面時，上水口氬氣的壓力應小一些，流量大一些，這樣吹出的氬氣更會向兩側(cè)發(fā)散，并且水口旁邊不會過量翻動；如果澆注的斷面小、拉速慢，滑板的開口度很小，上水口的氬氣被擋在滑板上方，結(jié)晶器液面過于平靜，則應加大滑板或浸入式水口的氬氣流量，以保證結(jié)晶器鋼液面氬氣的正常吹出，但此時滑板或浸入式水口氬氣的壓力不宜過大而造成不必要的偏流。（注：此時的偏流方向與滑板氬氣的硬管接入方向相反、與浸入式水口氬氣的硬管接入方向相同）II——II尋、式:|：_嚀誑穌部口上滑板吹覽鑄流方向上滑板吹覽鑄流方向氬氣與澆注安全、質(zhì)量不可分漏鋼是連鑄澆鋼的大忌，也是讓澆鋼工最頭痛的事故。寶鋼的這四臺連鑄機雖然都采用了漏鋼預報系統(tǒng)，對粘結(jié)性漏鋼的防止起到了極大的作用，然而，粘結(jié)性漏鋼，特別是大面積粘結(jié)性漏鋼還是不能杜絕；而漏鋼預報黃、紅牌發(fā)生時的急降速和緊接著的處理對板坯質(zhì)量的影響也是不言而喻的。從某種程度上講如何減少這種漏鋼的危險和對質(zhì)量的影響是衡量一個澆鋼工澆注水平的最好標準，因為這需要綜合表一中所列的多方面的因素來判斷結(jié)晶器液面狀態(tài)的好壞，并進行最有效的控制與改善。目前，控制和改善這種潛在危險狀態(tài)的方法主要有（1）大流量氧氣沖刷、沖塞棒一一減輕整個鋼水通道特別是滑板部位的結(jié)瘤狀況，但這種做法更容易引起保護渣的進一步惡化和液面的大幅波動，也更易造成鑄坯的皮下夾雜；（2）捅水口一一減輕浸入式水口吐出孔的結(jié)瘤狀況，減輕偏流程度，但這種方法在拉速較快時容易使初生坯殼咬入塊狀夾雜物而產(chǎn)生漏鋼；（3）適時調(diào)整氬氣一一根據(jù)液面狀況及時調(diào)整氧氣以減輕水口、滑板的結(jié)瘤程度和結(jié)瘤的不對稱性，（注：吹氯并不能完全防止結(jié)瘤，但能有效地控制結(jié)瘤的不對稱性，一旦這種不對稱性結(jié)瘤發(fā)生而不采取有效措施，結(jié)瘤就會加速）減輕結(jié)晶器內(nèi)的偏流，控制保護渣熔融層的狀況和流動性。從以上三種方法我們很容易看到“適時調(diào)整氧氣”的意義。我們通過大量的實踐證明采用這種方法完全可以減少、避免第一、第二種“冒險”操作，并在板坯質(zhì)量方面有很大的提高。在實際澆注過程中，許多現(xiàn)象都表現(xiàn)在液面上，諸如液面有無翻動、偏流，熔融層厚薄、黏度、流動性狀況，氧氣的穿透性、均衡性加上由計算機算出的銅板拔熱量參數(shù)作為參考，我們就可以大致得出一個流的澆注概況。那么，什么樣的液面狀況是比較好的狀況呢？下圖給出了兩種最常見的吹氯狀況草圖，圖的右側(cè)是比較理想的狀況：氧氣從短邊銅板和水口中間部位竄出促進了上下的熱交換和夾雜物的正常上浮，基本形成了一個中間高兩側(cè)低的有利于熔渣流入彎月面的液面環(huán)境。在保護渣熔融層黏度大，流動性不好的情況下，這種氧氣的擾動給熔渣層增加了一個助推力，這種助推力在澆注后期顯得尤為重要，那些在澆注后期保護渣狀況惡化又由于種種原因無法換渣的情況下發(fā)生的粘結(jié)性漏鋼就是缺乏這種助推力造成的。同時又由于這種危害的隱蔽性，故很少能引起澆鋼工的重視。這種隱蔽性表現(xiàn)在（1）此時的液面往往很平靜、無波動；（2）沒有任何預兆，（由于相鄰的熱電偶的溫度同時提高，不形成峰值溫差，故漏鋼預報系統(tǒng)對大面積粘結(jié)不起作用），此時的保護渣熔融層的狀態(tài)黏度高、流動性差，就象平時我們看到的一個倒?jié)M醇酒的酒杯一樣，酒雖然高出杯口但并不溢出。圖的左側(cè)的吹氯情況則存在很多問題，吐出孔的鋼流和氧氣的“揚程”偏遠，造成短邊、角部翻動，這時短邊、角部的熔融層最薄，不利于流入彎月面以起到潤滑和增加傳熱的作用，有部分氧氣直接吹到側(cè)面正不斷成長的鑄坯凝固殼，氧氣的小氣泡和鋼流中夾帶的一些夾雜物被凝固殼捕捉，容易形成皮下針孔和夾雜，邊角部的翻動也容易造成未經(jīng)熔融的保護渣卷入鑄坯表面形成缺陷。偏流：此外，我們還可以注意到在這張草圖的整體吹氬狀況中的不平衡，這種不平衡就是我們所說的偏流，在澆注初期它的形成主要有氬氣調(diào)整不當和表一中所提到的中間包滑板和浸入式水口安裝精度不夠造成空氣吸入兩個方面的原因，彌補和調(diào)整還是比較容易的，但時間長了就會在浸入式水口吐出孔的右側(cè)，甚至在滑板部位形成結(jié)瘤，由于較嚴重的結(jié)瘤封堵或改變了氬氣的部分吹出點，處理起來相對要難的多了。如果仍采用正常的氬氣調(diào)節(jié)就必須對結(jié)瘤狀況有非常精確的判斷，并運用幾個吹氬點的方向特性進行較長時間的、耐心的吹氬調(diào)整，如果你判斷失誤或者缺乏耐心就會出現(xiàn)“排隊調(diào)氬氣”且越調(diào)越不好的現(xiàn)象或干脆直接采用捅水口和大流量氬氣沖刷、沖塞棒的異常作業(yè)。更何況，這些作業(yè)一般只能暫緩偏流的程度而不能從根本上解決問題。對于偏流，有兩點需要特別引起我們的重視：（1） 嚴重偏流造成的結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼的厚薄不均是導致裂紋敏感性鋼種終裂乃至終裂漏鋼的最重要的因素；（2） 長時間的偏流在中間包連澆時間較長的情況下很容易在澆注后期造成滑板全開、拉速跟不上。（這種異常和下文將要提到的液面波動是目前二連鑄生產(chǎn)過程中出現(xiàn)率最高的。）在把中間包連澆完畢后的實物與澆注過程的液面狀況和拔熱量偏差情況進行對比分析后，我們可以得出這樣一個結(jié)論：出現(xiàn)嚴重偏流的（結(jié)晶器兩側(cè)短邊銅板拔熱量相差200KC以上并持續(xù)30分鐘以上的或反復性發(fā)生）其浸入式水口的兩個吐出孔結(jié)瘤程度相差嚴重。氬氣與其它澆注異常前段時間二連鑄在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)一個較為普遍的怪現(xiàn)象：一個中間包在澆注了兩到三爐后，流內(nèi)結(jié)晶器液面經(jīng)常會出現(xiàn)大幅波動，波動值往往超過±10?。藴手挥型?啞），這種波動是造成鑄坯皮下夾渣、橫裂、斷渣黏結(jié)的重要因素，嚴重影響了澆注的安全和順行以及鑄坯的質(zhì)量。而且，這種波動幾乎與控制注流的中間包滑板液壓系統(tǒng)和液面檢測系統(tǒng)無關(guān)，因為我們在低拉速時采用手動控制并將滑板開度固定的情況下，液面也照樣波動。原因：技術(shù)部門根據(jù)板坯實物等依據(jù)，把高氧電工鋼的二次冷卻水修改后，這個鋼種的波動有了較大的改善（板坯鼓肚），但仍無法解釋其它鋼種澆注中的波動的成因。后來通過仔細的觀察和大量的實驗發(fā)現(xiàn)導致這種現(xiàn)象的作祟者竟然也是氬氣。由于前面提到過的二連鑄取消了塞棒而采用滑板單保險式控流方式，使液面控制精度要求和防止結(jié)瘤方面的要求大大提高，而質(zhì)量方面又要求氬氣小一些以減少夾雜，但如果澆鋼工在澆注前面幾爐時上水口吹氬偏小，或者是滑板氬氣偏大，不能有效防止上水口結(jié)瘤，在澆注了兩三爐后，上水口形成結(jié)瘤，致使這個鋼流通道上部內(nèi)腔變形，原本比較小的上行氬氣受到阻擋和壓抑，當這些被阻擋和壓抑的氬氣泡慢慢長大并沖破這種壓抑而上行時干擾了正常的渦流便引發(fā)結(jié)晶器液面的近似規(guī)律性波動。（當然，我前面提到的關(guān)于這種波動的成因分析僅僅是一種推測，因為這個鋼流通道和結(jié)晶器內(nèi)的流場是相當復雜的，它們的成熟模型國內(nèi)大概至今還無法完成）。解決方法：在適當加大上水口吹氬后一段時間后（長則半小時，短則5分鐘），液面就會恢復正常。具體的做法有兩個：（1）如果發(fā)現(xiàn)波動馬上處理，或者當前澆注的溫度偏低，不允許降速時，只須將滑板的氬氣壓力、流量調(diào)小，建議壓力：0.3~0.35Mpa，流量：2~3L/MIN左右，（很多情況都是因為滑板的氬氣流量調(diào)的太大，液面氬氣吹出正常而迷惑了澆鋼工，導致上水口氬氣偏小造成的）然后將上水口氬氣的壓力控制在0.4?0.45Mpa之間，并根據(jù)液面狀況調(diào)大上水口氬氣流量至液面略有翻動為止，并保持一定的時間；（2）如果溫度許可，波動的時間較長，最好采用降速至6~0.8m/min（比較安全，也不會產(chǎn)生夾雜），然后采用上述調(diào)氬氣的步驟，直至澆注口上方有較多氬氣竄出，并保持2分鐘以上。這種方法相當有效，目前，我所在的班已經(jīng)杜絕了這種波動現(xiàn)象，但在其他班組中還不同程度地存在。氧