胸针设计
修建军1,2刘敬军2阎丽珍2李立刚1,2
冷却塔平衡管（1. 北京科技大学冶金与生态学院，北京 100083;
2. 邢台钢铁有限责任公司炼钢厂, 邢台 054027）
摘 要 水口结瘤和液面不稳是目前制约邢钢铝脱氧钢生产顺行的主要问题，对后续产品质量均有很大影响，邢钢在小方坯生产铝脱氧钢种时，时有发生水口结瘤严重和液面波动情况，结瘤以水口下端口居多，液面波动的发生具有随机性。本文结合现场生产实际和理论研究，出减轻水口结瘤症状的方向。 关键词 铝脱氧钢 水口结瘤 液面不稳 影响分析
The Analyse of Casting Problem on Al-Killed Steel in
Xingtai Steelmaking Plant
Xiu Jianjun1,2 Liu Jingjun2 Yan Lizhen2 Li Ligang1,2
(1. Metallurgical and Ecological School, University of Science and Technology Beijing, Beijing, 100083;
2. Xingtai Iron & Steel Corp. Ltd. Steelmaking Plant, Xingtai, 054027)
Abstract The nozzle clogging and liquid level wave are the most importmant problem in Al-killed steel making process,has large effect on steelmaking process and product quality. Sometimes,the process of Al-killed steel produce in Xingtai steelmaking plant,the state of nozzle clogging is very seriously，and it often under the nozzle.This article combine the making process and theory research, find the method to ease the nozzle clogging.
Key words Al-killed steel, nozzle clogging,liquid level wave, impact analysis
1前言
邢钢使用小方坯工艺路线生产部分中低碳冷镦钢，代表钢种有ML08Al、SWRCH22A、SWRCH35K等，此类钢种均以铝元素作为主要和最终的脱氧剂，铝元素与钢中的氧或者钢水、耐材等其他与钢水接触机构中的氧化物发生复杂的物理化学反应，生成Al2O3和复杂氧化物，如镁铝尖晶石等。同时，
此类钢种往往会在精炼终了采用钙处理工艺，以期获得低熔点物质来保证浇注顺行。邢钢在生产实践中遇到的主要问题有两个方面：一是水口下端口结瘤物严重，二是浇注过程随机出现的液面波动问题。这两方面问题均是偶有发生，但对整体后续质量稳定和过程质量损失降低均带来不利影响。
2工艺路线
部分中低碳冷镦钢采用小方坯工艺路线生产，工艺路线如图1所示。
图1 炼钢工艺路线
3 现状调查
根据现场问题整理，目前存在如上所述的两个方面问题：一是在160mm×160mm断面铸机生产线（定义为工艺路线①），主要问题是时有出现的水口下端口结瘤严重，二是在150mm×150mm断面铸机生产线（定义为工艺路线②），主要问题是浇注过程中发生的突然液面波动情况。
3.1水口结瘤
生产过程会对每浇次停浇后的水口结瘤情况进行观察汇总，图2给出了典型的结瘤对比照片情况。数显角度尺
相位调制器
(a) (b)
图2 水口结瘤
通过对比（a）、（b）两个典型浇次水口结瘤照片，同时结合大量粘接物尺寸数据，可以得出以下水口结瘤特征：
(1) 水口结瘤物偏大情况的发生无规律，绝大部分结瘤物在可控范围之内；
(2) 整体上低硅铝镇静钢结瘤物多于硅铝镇静钢；
(3) 水口粘结物尺寸大小存在波动，粘结物尺寸超大（12cm）和没有粘结物（0cm）均有发生，粘结物长度极差达到12cm，此类大尺寸的粘结物对浇注过程液面稳定、线材轧制堆钢、用户使用冷镦开裂均有隐患影响，为了提升产品质量稳定性，需要加以解决。
3.2液面不稳
工艺路线②生产铝脱氧钢在浇注过程中会偶然发生如图3所示的液面波动，生产其他不含铝钢种浇注过程正常。此类问题的发生有时伴随着拉速调整、塞棒侵蚀过快等，具体原因需要进一步分析。
现场调查过程发现，工艺路线②中精炼工序受底吹氩气设备影响，精炼过程化渣困难，实际生产过程中渣料加入偏晚且总渣量偏低，这对整体夹杂物控制不利。 图3 液面不稳浇注曲线立云购物商城
3.3夹杂成分调查
上面两部分给出了现有结瘤及浇注问题的直接表观，同时，在后续线材轧制过程中发生了因夹杂导致的堆钢，对夹杂物质成分进行了能谱分析，分析情况如图4和表1所示。
表1盘条堆钢内夹杂物能谱成分
元素O Al Ca Mg Fe Mo 质量百分数/% 29.95 39.53 18.69 6.65 4.6 0.58
图4 盘条堆钢内夹杂物及成分能谱分析
4理论研究及原因分析
针对邢钢小方坯目前存在的两方面问题，结合生产实际和理论研究，出问题解决方向，从水口结瘤产生机理以及影响浇注稳定性方面入手进行分析。
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4.1水口结瘤产生机理及浇注稳定性分析
目前理论上对水口结瘤机理有很多研究，主要有以下几个原因[1~3]：
(1) 高熔点脱氧产物造成的结瘤。由于采用铝元素作为脱氧剂，脱氧产生的高熔点固态Al2O3夹杂物或者含Al2O3的高熔点复合夹杂物会由于边界层的存在依附在水口内壁形成致密的一层粘结物，之后钢液的高熔点夹杂物会以此为依附层，逐步形成一层松散的絮状结瘤；
(2) 由于水口温度与钢液温度相比很低，钢液进入水口后温度急剧下降，发生新的氧、铝平衡反应，致使Al2O3析出，新析出的固态夹杂物来不及上浮，直接依附在水口内壁导致结瘤；
(3) 耐火材料与钢液反应产生结瘤。这里有两部分原因，一是水口耐材与钢水接触的内壁发生脱碳反应，生产的不稳定氧化性气体或者其他非金属氧化物与钢液中的单质铝元素发生反应，生成Al2O3，
直接停留在水口内壁材质中，这也是广义二次氧化的一个方面；二是由于大部分水口均为铝碳材质，钢水经过钙处理后钢液中残余的钙元素与水口耐材中的Al2O3发生反应，生成高熔点复合化合物依附在水口内壁。
同时，由于小方坯连铸采用直通式水口，受到结晶器内钢液流动的动力学影响，钢液在流出水口时，钢液流动方向突然改变，会有向弯月面方向的分流，在水口出口处的钢液流场促使钢液中的固态夹杂物在出口外壁出粘结；另一方面，在塞棒与水口碗接触的地方，由于过钢通道很窄小，过钢速度很快，若钙处理力度不合适、装配不对中的因素影响，会导致塞棒头或者水口碗侵蚀不均匀，对夹杂物的依附有促进作用，这个部分依附夹杂物后对塞棒控制液面带来很大的负面影响，往往会导致液面出现波动，严重者发生塞棒上扬严重发生跳棒。
4.2原因分析
由于水口结瘤物或者塞棒出现浇注问题的发生有随机性，整体上发生的频率较低，因此提高钢水洁净度，降低钢水中固态夹杂物的数量是解决此类问题的根本原因。结合水口结瘤产生的机理和生产现场的实际情况，特分析出以下影响因素：
(1) 精炼过程采用铝进行脱氧，铝的加入时间尽量前移，防止后期加入单质铝与钢液中的氧化物发生反应，生成固态夹杂物上浮时间不充分，影响钢水洁净度；
(2) 合适的钙处理力度，钙处理对夹杂物有变性改制效果，钙处理过度或者不足均会起到适得其反的效果，而实际的钙处理效果受喂丝速度、喂丝深度、喂丝位置、顶渣情况等多方面影响，需要根据实际情况逐步摸索；
(3) 工艺路线②中的精炼炉受加料口位置影响，渣料加入后难以融化，成渣时间晚且总渣料偏小，对夹杂物的吸附去除不利；
(4) 保证白渣质量，白渣质量的优劣可以体现在很多方面，炉渣还原性、碱度、黏稠度、渣中Al2O3组分百分比等，保证以上多方面的稳定和合适，是体现精炼水平的标准之一。
5结语
水口结瘤是铝脱氧钢种生产和质量稳定的重要影响因素，目前很难在根本上解决，只能采取合适的控制措施减缓结瘤的发生，以满足不同质量等级产品总量含量需求的标准来控制过程。通过对邢钢小方坯生产铝脱氧钢结瘤及浇注问题的现状调查和原因分析，基本上到的改进方向，需要在今后的工作中加以改进。另一方面，夹杂物的控制提高钢水洁净度是永恒的主题，近些年，尤其在一些质量要求较高的钢种上，对耐材、原料、机构装配等方面的要求越来越严格，本文所面临的两大方面问题也均有所涉及，优质的耐材机构和浇注环境会对钢水洁净度的长远进步起着重要作用。
参考文献
[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. 钢铁研究学报, 2007, 19(12).
[2] 张一夫, 刘增勋. 钢包和中间包水口结瘤机理浅析.
[3] 王宝明, 潘贻芳, 等. 含铝钢连铸时中间包水口结瘤物的成因分析. 炼钢, 2008, 24(6).
