摘要：介绍了湛江炼钢2150mm板坯连铸，从投产到2019年超低碳钢液面波动的改善情况，主要从控流系统的改造、钢水纯净度的提高、不同耐材透气型式的组合和连铸过热度、通钢量等工艺参数的范围制定，到人员操作技能水平的提高五个方面进行了总结。通过采取以上措施，2150mm板坯连铸超低碳钢的液面波动合格率得到显著改善。
关键词：连铸；超低碳；液面波动
湛江炼钢一期共建设两台2150mm连铸机，于2015年9月28日投产；投产后5个月，即开始生产超低碳钢（超低碳钢绝大多数都是汽车板）。超低碳钢由于碳低氧高的特性，且采用铝脱氧，钢水中不可避免残留一些Al2O3，在浇注过程中粘附在水口或塞棒表面，导致结晶器液面波动增大[1]；而湛江2150mm连铸机由于生产超低碳汽车板时需采用结晶器电磁搅拌，更加剧了液面波动[2]。而连铸过程中要求将结晶器液面波动控制在一定范围内( 一般为±5 mm)，液面波动过大将会影响结晶器保护渣的三层结构，破坏其润滑和传热平衡，导致铸坯表面产生缺陷；同时也会增加结晶器钢水的卷渣风险，致使铸坯内夹杂物含量超标，严重影响铸坯和最终产品的质量，甚至会造成铸坯夹渣漏钢的恶性生产事故[3,4]。湛江2150连铸超低碳钢经过长期生产实践统计发现，随着液面波动增大，热轧夹渣临时封锁率随之上升，液面波动10mm时的热轧夹渣临时封锁率比液面波动6mm时高40%，是液面波动3mm时的2倍。超低碳汽车板，由于轧制厚度薄，在用户端冲压时变形量大减薄率高，对表面和内部质量要求较高。为减小夹渣概率，减少用户端发生质量问题次数，对液面波动超过10mm的板坯，一般需要进行机清或手清处理，严重的要进行改钢降级、甚至报废，影响连铸收得率、热装热送率和合同完成率[5,6]。因此不断提高超低碳钢水的纯净度和液面波动合格率，生产出无缺陷板坯，是湛江炼钢厂坚持不懈追求的目标。
一、超低碳钢液面波动改善采取的措施
结晶器液面波动是一个综合性问题，影响因素较多，针对各个钢厂实际，分析了各种影响因素[1~6]，对湛江炼钢来说，影响因素最大的可以分为六个方面：液面计检测精度、控流系统、钢水纯净度、耐材出气形式、工艺控制参数和人员操作。现在新建的板坯连铸机，一般使用的都是电磁涡流式液面检测计，液面计的检测精度，是液面控制的基础，连铸机建成之后，液面检测的方式就定了，一定不会轻易改变，这里不做讨论。下面对其他5个方面在湛江炼钢2150连铸上的改善进行介绍。
1.1 控流系统
投产初期，控流系统使用的是INTERSTOP控流系统，经过调试稳定之后，16~17年全钢种液面波动±5mm合格率是80~85%左右，±3mm合格率35~40%，超低碳钢±5mm合格率大概在70~75%，±3mm合格率为20~25%，液面波动合格率较低，并且在17年中下旬，液面开始出现沿结晶器宽度方向上的左右晃动，如果操作工不及时干涉，左右晃动会越来越大，严重时钢水会溢出结晶器窄边，造成生产事故，到后来晃动出现的频率越来越高，给连铸的正常生产带来很大影响。经了解分析，这是由于液面波动的频率与塞棒控流的频率出现共振，而INTERSTOP控流系统并没有针对这种共振的控制程序。于是17年底开始，开始对2台机控流系统进行改造，改为PT公司的控流系统，18年1月1号首先在2cc开始调试，后陆续改造完毕。PT公司的控流系统，共有5个液面波动过程控制模型，其中包括表面波动模型和结瘤与结瘤脱落补偿模型，表面波动模型就是专门抑制共振造成的液面晃动。改造完毕之后，这种沿结晶器宽度方向上的左右晃动，基本再没有出现过，全钢种的液面波动±5mm、±3mm合格率也提高到90%和50%以上，超低碳钢种液面波动±5mm、±3mm合格率提高到80%~85%和40~45%左右。
1.2 钢水纯净度
对超低碳钢来说，钢水纯净度主要指钢水中Al2O3及含Al2O3的复合夹杂物含量。Al2O3类夹杂物大多呈絮状，浇注过程中容易粘附在耐材表面，如果没有及时掉落，会越粘附越多，俗称结瘤。当粘附到一定程度，被钢流冲掉进入结晶器，就会造成液面波动的瞬时显著增大，俗称涨液面。
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图1 结瘤示意图 图2 结瘤及结瘤掉落造成的塞棒开度和液面波动变化
下图为17年典型的超低碳钢浇注液面曲线（蓝色是液面波动曲线，红色是塞棒开度曲线），从图中可以看出超低碳钢液面波动，主要就是这种结瘤后涨液面造成的液面波动，发生频率很高，说明当时的钢水纯净度确实不高。钢水纯净度是一个概念，它可以用生产过程中一些过程参数进行表征，eg.转炉停吹游离氧、OB、纯脱气时间、镇静时间等。那么哪些过程参数对液面波动影响最大呢？
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图3 17年超低碳钢浇注典型液面曲线
经过大量的数据分析及过程跟踪，发现主要有以下过程参数与液面波动存在相关性，对液面波动有较大影响：转炉停吹OXP、RH处理前OXP、铝损、镇静时间、冷材。确定这些关键参数后，对每一个参数采取了一些针对性措施，对一些改进存在较大困难的过程参数，组建了由相关领导组成的攻关团队，如转炉停吹OXP。经过一段时间的努力之后，这些关键过程参数都取得了不同程度的进步，转炉停吹OXP由17年平均633ppm，18年降低到555ppm，19年进一步降低到535ppm；RH处理前OXP由17年的610ppm，降低到19年的515ppm；中间包氧由17年的22ppm降低到19年的17ppm。这些关键过程参数的进步，表明钢水纯净度有了一定提高，从实际结果来看，结瘤、涨液面发生的次数明显减少，液面波动合格率有了一定程度的提高，一些过程参数良好的中间包，±5mm合格率达到90%以上，±3mm合格率也能达到60%以上。
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1.3 耐材出气型式
湛江2150mm连铸，使用塞棒控流，浸入式水口可以快换，可以吹氩的是塞棒和上水口。一开始使用是直通型塞棒+定向型上水口，超低碳钢的液面波动±5mm合格率一般在60~70%，其他钢种均是使用这种吹氩型式。后来使用环缝型塞棒+弥散型上水口，±5mm合格率一般能达到80%~85%。经过长期跟踪观察发现，随着中间包浇注炉数的增加，塞棒的背压越来越高，开度也逐渐增大，此时更换浸入式水口，往往发现浸入式水口内壁及吐出孔结瘤并不严重，说明结瘤主要发生在塞棒头部和上水口，因此提出在上水口碗部进行吹氩。经过试验后发现，对抑制塞棒头部和上水口结瘤有明显效果，涨液面次数显著减少。后经过匹配不同的塞棒吹氩型式，最终环缝型塞棒+碗部吹氩上水口效果最明显，热轧夹渣临时封锁率也有一定程度降低，现已成为超低碳钢专用中间包使用的耐材。
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1.4 工艺控制参数
工艺控制参数，主要指和连铸相关的参数，主要包括四个：过热度、通钢量、拉速波动和镇静时间。过热度越高，钢水流动性越好，越不容易结瘤。当过热度较低时，容易在中间包开浇初期（中间包烘烤温度在1100~1200℃，浇注时温降较大）在耐材表面结冷钢，而冷钢又会加速Al2O3的粘附，如果发生此种情况，液面波动一般都会很差，且结瘤很难被冲刷掉，往往需要更换浸入式水口甚至是提前更换中间包，对质量和生产顺行带来影响。断面一定的情况下，通钢量越大，钢水流速越快，也越不容易结瘤。镇静时间主要与Al2O3聚集上浮有关，镇静时间短，Al2O3来不及聚集上浮，大部分留在钢水中，增加了结瘤的概率，因此保证合适的镇静时间，促进Al2O3上浮去除，对减少粘附有利。拉速波动时，结晶器内的稳定流场被打破，往往会造成液面波动增大。因此，这几个工艺控制参数，都与液面波动±5mm合格率强相关，制定了与湛钢目前水平相适应的最佳范围。
1.5 人员操作
人员操作主要是指连铸浇钢工吹氩量的大小，各班组由于技能水平的差异，在吹氩量大小、上水口和塞棒氩气配比上存在一些差异。有的钢厂对氩气有严格的规定，开浇第1炉开多少，第2炉开多少，或者固定一个数值，这样连铸人员操作对液面波动几乎没有影响，但湛钢2150mm连铸，并没有做出这样的规定。从个别月份看，四个班组之间可能存在一些差异，但是从全年平均水平来看，四班之间差异很小，液面波动合格率最低的班组与最好的班组之间，相差不超过5%，可以认为，人员操作对液面波动的影响，不是主要因素，但还是要提高薄弱班组的技能水平，以便四班达到同一水平。湛江钢铁作为一个新兴的钢铁厂，在人员培训上投入了大量的精力，年轻员工通过培训，技能水平也达到迅速提高。
二、结束语
湛钢2150mm连铸超低碳钢液面波动合格率，通过近3年多的努力，得到显著提高，主要采取了以下措施：
1.对控流系统进行改造，采用了更先进的PT公司控流系统，能够对共振造成的液面晃动进行有效抑制；
2.识别出了转炉停吹OXP、RH处理前OXP、镇静时间、冷材等关键参数与液面波动强相关，通过控制相关参数，钢水纯净度得到提高，涨液面次数减少，液面波动合格率得到提高；
3.通过对比不同的耐材出气型式，找到最优的耐材组合：环缝型塞棒+碗部吹氩上水口；
4.通过制定最佳的过热度、通钢量、镇静时间控制范围，并且尽可能减少拉速波动，减少对液面波动的干扰；
5.人员操作对液面波动的影响有限，不是主要因素。
参考文献
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