杨志杰，周晓雷

（1山钢股份莱芜分公司，山东莱芜271104；2昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明650093）

试验研究

异形坯双注流保护浇注工艺应用试验

杨志杰1，周晓雷2

（1山钢股份莱芜分公司，山东莱芜271104；2昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明650093）

结合莱钢生产实际情况，对采用定径水口与浸入式水口相结合方式开发的异形坯双注流保护浇注工艺进行了现场工业应用试验，并采集现场实际数据作为试验结果进行对比分析。结果表明，钢水的洁净度显著提升，对于需要添加合金的钢种，对比敞开浇注工艺，双注流保护浇注工艺降低钢液增氮10×10-6，铸坯中夹杂物总量减少约54%，工艺稳定可靠，满足了现场生产的需求。

异形坯；双注流；保护浇注；增氮；夹杂物

1　前言

2009年，莱钢完成了1#连铸机保护浇注工艺的开发，采用浸入式水口+塞棒控制的单水口浇注工艺。该工艺具有便于操作和维护的特点，同时有利于异形坯连铸的稳定生产，有利于改善产品质量。但随着市场对产量和品种方面的要求日益增多，该工艺的生产问题逐渐增多。主要集中在需要使用保护浇注用的专用中间包、水口通量小、系统复杂等。为此，借鉴前人研究成果［1-5］，对异形坯保护浇注工艺进行二次开发。

国内外在连铸保护浇注工艺技术获得了大量的成果［6-12］。结合莱钢近终型异形坯连铸设备和运行生产工艺特点，决定采用定径水口与浸入式水口相结合的方式实现异形坯双注流保护浇注工艺。通过数学模拟优化结晶器流场等工艺参数，制定保护浇注标准化操作规程。多方案设计水口、滑块等保护浇注设备，并进行工业试验、取样分析检验，选择最优设计方案。

2　工业试验

异形坯连铸机包括第一代半敞开浇注模式和第二代单流保护浇注模式。由于热轧H型钢和近终型异形坯连铸机进入国内时间不长，其应用领域也主要是作为普通结构用钢，再加上异形坯连铸机浇注的复杂性，大多数钢厂都采用半敞开浇注的方式生产，即中间包至结晶器注流敞开浇注。鉴于台阶式水口容易粘附冷钢的缺点，倾斜式水口碗部设计时采用直线型设计，碗口底部锥度与滑块下口锥度相同，接触面高度30 mm，接触面采用密封垫圈密封，水口碗部上口大于滑块下口，挂水口时更加容易找到基准点。同时密封垫圈采用下厚上薄式设计，保证密封垫圈在受到挤压时能够起到更好的密封效果。

由于采用双注流保护浇注工艺进行现场工业试验时，可以采取“2+1模式”即其中任意两流进行保护浇注试验，剩余一流采用敞开浇注工艺正常生产，因此在试验时所采集的参数数据、对比取样可以最大限度地减小工业化生产控制波动对试验结果的影响，可以真实反映取样时两种不同工艺对产品的不同影响。工业试验共进行3次，炉次号分别是H121-01794、H121-01795和H121-01796。现场工业生产钢液成分如表1所示，钢液物性参数如表2所示，工艺参数如表3所示。

表1　试验钢液化学成分（质量分数）%

表2　试验钢液物性参数

表3　试验现场生产工艺参数

3　结果和讨论

3.1气量含量

从精炼出站、连铸结晶器内取样检测试验钢中的气体含量，并对敞开浇注和保护浇注进行对比，结果见表4。

由表4可以看出，对于需要添加合金的钢种，因合金加入量较大，钢水本身N含量较高。在结晶器内钢液N和O两种元素普遍存在一定程度的变化。其中保护浇注含气量的增加幅度明显小于敞开浇注含气量的增加，证明保护浇注的优势明显。保护浇注较敞开浇注增N量下降10×10-6左右。保护浇注较敞开浇注增O量下降（30～40）×10-6。

表4　敞开浇注和保护浇注钢中气体含量对比（×10-6）

3.2夹杂物

敞开浇注与保护浇注连铸坯中夹杂物情况的对比如表5所示。

表5　敞开浇注和保护浇注钢中夹杂物对比

从金相检测结果来看，保护浇注工艺对提高钢水洁净度有非常明显的效果。夹杂物总量明显减少。特别是5 μm以上大型夹杂物含量较敞开浇注工艺生产的产品显著减少，有效改善了铸坯质量。铸坯中夹杂物总量减少约54%，且多为细小呈弥散分布的夹杂物。

4　结语

工业试验证明了保护浇注的可靠性。双注流保护浇注工艺进行过多次试验并改进优化，系统简单长效，运行维护成本低廉，运行稳定安全可靠，结晶器液面稳定，液渣层分布均匀稳定，连铸坯质量良好。该项工艺的开发已经应用于批量工业生产超过1 a，生产钢材力学性能良好，符合国家标准，在钢材市场上获得好评。

采用双注流保护浇注工艺生产的铸坯及轧材洁净度大幅度提升，对于需要添加合金的钢种如，可以降低对比增氮绝对值超过了10×10-6。铸坯中夹杂物总量减少约54%，轧材中夹杂物总量减少约45.5%，证明保护浇注系统密良好，大幅减少了钢水二次氧化。

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Abstrraacctt：According to the practice of Laiwu iron and steel production，the combination approach of the sizing nozzle and the submerged nozzle was developed for the profiled billet double injection protection casting process of industrial field application test. And the actual data of the field was collected as the test results to carry on the comparative analysis.The results showed that the cleanliness of molten steel was significantly improved.For the alloy steels，compared with the open casting process，double jet flow protective casting can reduce 10×10-6of the nitrogen increasing in molten steel，about 54%of the total nitrogen in casting billet was reduced，about 45.5%of total inclusions in rolling materials was reduced than the open casting process.The process is stable and reliable，and meets the needs of the field production.

Key worrddss：special shaped billet；double injection；protective casting；nitrogen increase；inclusion

Double Injection Currents Protection Pouring of Profiled Billet

YANG Zhijie1，ZHOU Xiaolei2
（1 Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271104，China；2 Faculty of Metallurgical and Energy Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）

TF777

A

1004-4620（2016）03-0038-02

2016-01-11

杨志杰，男，1982年生，2005年毕业于东北大学冶金工程专业。现为山钢股份莱芜分公司技术中心工程师，从事炼钢工艺优化及型钢新产品开发工作。