提高中间包钢水温度合格率的7大主要因素
连铸要求中间包钢水的温度合格、稳定、均匀，且波动范围小，中间包钢水温度的波动将导致连铸坯质量的波动，温度过低将会出现钢水冷凝、中间包水口冻结堵塞，导致连铸停浇，且恶化铸坯表面质量;温度过高会使铸坯柱状晶发达，促进中心偏析、疏松和裂纹等缺陷发生，同时会加剧钢水自身的二次氧化及对钢包包衬、水口耐火材料的熔损，从而污染钢水口。此外，钢水温度过高，只能采用低拉速浇铸，降低连铸生产率。因此，提高连铸中间包钢水温度合格率，减少中间包钢水温度波动，对提高铸坯质量、减少事故、稳定生产操作有重要意义。
提高中间包温度合格率的主要因素包括以下7种关系：
在生产中发现LF炉单联工艺的炉次与LF一RH双联工艺的炉次钢水温降变化规律不同，且LF—RH双联工艺的炉次中间包温度合格率明显好于LF炉单联工艺的炉次。因此，对精炼按LF炉单联上连铸机、LF—RH双联上连铸机两种处理工艺，整理精炼周期与钢水温降的影响关系，见表2。
表2 精炼周期与钢水温降的关系
从表2看，随着LF炉处理周期的延长，钢水温降逐步减少，而随着RH处理周期的延长，钢水温降逐步增加。主要是LF炉处理过程可以进行温度补偿，随着处理时间的增加，钢包也有较多的时间吸收热量达到热饱和;而RH处理过程没有温度补偿，钢包散热量随着处理时间的延长而增加，从而钢水温降逐步增大。但由于RH工艺处理的炉次进站温度为1600℃，钢水温度较高，钢包吸热更充分，因此，在周期小于60min时，LF—RH双联工艺炉次的钢水温降相比同周期的LF单联炉次要低。
根据首秦现有工装设备条件以及品种工艺生产路线，LF单联工艺的炉次处理周期为40rain(低硫品种周期为50min);LF-RH双联工艺的炉次处理周期为45~50min，RH处理周期为40min(部分高端品种周期为50min)。针对大部分普通品种钢来看，LF与RH处理周期基本都在40min左右，从表2看出，LF-RH双联工艺的炉次，RH处理后钢水温降较小。
在数据统计中发现，连铸机断面不同，浇铸时间长度、中间包温度波动也不同，钢水在钢包中的温降也不同。因此，整理正常周转包，生产周期稳定(吊包到开机时间在7～15min)且中间包温度控制较好(合格率大于90%)的炉次的数据，总结钢水温降变化趋势。
分别整理LF单联工艺、LF—RH双联工艺产量较多的不同断面的钢水温降，统计LF炉结束吊包温度与连铸中间包平均温度之差，做分布图并计算出其正态分布的均值，如图1和图2所示。图中横坐标为概率值，抛物线为正态分布曲线，峰值为均值。
图1 BOF-LF-CCM单联工艺不同断面的钢水温降分布
图2 BOF-LF-RH-CCM双联工艺不同断面的钢水温降分布
从图1和图2钢水温降分布的情况看，随着浇铸断面的增大，钢水温降(正态分布曲线的均值)呈逐步降低的趋势。整理其钢水温降正态分布的均值，并按浇铸断面面积由小到大排列，见表3.
表3 LF单联、LF-RH双联工艺不同断面钢水温降
从表3看，随着浇铸断面面积的增加，钢水从精炼吊包至中间包平均温降逐步降低，主要原因是随着断面面积增加，浇铸时间缩短，同时大断面铸坯使用的中间包也增大，因此钢水温降也较小。浇铸断面2050mm×400mm、2250mm×400m、2400mm×400mm三个断面的浇铸时间基本在21～25min，相差不大，因此，从LF—RH工艺的温降看没有明显下降。此外，钢水的温降除与断面大小有关外，也与所对应的3台连铸机的工装设备情况有关。
表3中相同的断面，LRH双联工艺的温降要比LF单联工艺的低1～4℃，主要是LF-RH双联工艺的炉次LF炉处理周期长，钢水温度高，且钢水在钢包时间长，钢包包衬充分吸热，温降较小。
因钢包的周转状态不同，包衬的温度及吸热量不同，对钢水温降有很大影响。同时，单联、双联工艺路线不同，钢水在钢包内的时间长度不同，连铸机浇铸过程钢水温降也有差别]。首秦钢包全部采用全程加盖，有效减少钢包热损失。钢包状况按温度由高到低分为A、B、C、D四类，其中A类主要为正常周转包，钢包温度较高，占钢包比例76;B类为短时间内没有周转的钢包，占钢包比例15;C类为新包、中修包经过烘烤的钢包，占钢包比例7;D类为长时间没有周转也没有烘烤，只进行保温并具有一定温度的钢包，占钢包比例22%。
根据4类包况，按LF单联、LF—RH双联两种工艺，选取产量较多的不同断面数据进行分别对比并整理。按第2.2节的统计方式得到4类包况钢水温降差值的正态分布均值，并以A类包为参考包，其他3类包与A类包对比温降差值，整理后见表4。
表4 4类不同包况钢水温降对比
从表4可以看出，以A类包为对比参考包，B、C、D三类包况相对应的钢水温降变化规律。根据表3与表4中的参数，结合浇铸坯型、工艺路线以及钢种的液相线和过热度，即可得到精炼吊包时的温度控制范围。在生产中按此参数控制钢水温度，连铸机浇铸过程过热度控制在12～22℃左右，高过热度的数量减少，中间包温度合格率明显提高。
连铸机中间包温度除受钢包状况、钢水温度等自身影响因素外，在连铸机连浇过程中还受上一包钢水温度的影响。连铸浇铸过程每炉次测6枪中间包温度，并统计每炉次的中间包温度合格率，统计出上一炉的温度合格率的高低对下一炉次温度合格率的影响，见表5。
表5 连浇炉次上炉对下炉中间包温度合格率的影响
从表5看，上一炉次中间包温度控制较好时，下一炉次中间包温度合格率就越高。其中一炉中间包温度控制较差，就会影响下一炉次的温度合格率，因此，减少中间包温度不合格的炉数，对整个浇次中间包温度控制都有好处。
首秦3台连铸机因浇铸断面设计不同，其中间包大小各异。1号连铸机中间包较小，容量为28t，2号连铸机中间包容量为32t，3号连铸机中间包容量最大，为46t。中间包烘烤的质量对连铸能否顺利开浇以及开浇炉次铸坯质量有重要影响]。首秦目前3台连铸机全部采用转炉煤气烘烤，测量3种中间包烘烤时间与中间包包衬温度，其中1号连铸机中间包烘烤测量了8组数据，2号连铸机中间包烘烤测量了5组数据，3号连铸机中间包烘烤测量了12组数据。统计3种中间包烘烤数据的平均值，如图3所示。
图3 中间包烘烤温度曲线
从图3看，中间包烘烤2h后温度达到980℃以上，烘烤2.5h后温度达到1000℃以上，烘烤3～4h后温度稳定在10001200oC，没有明显增加。
为保证中间包烘烤质量，中间包耐火材料吸热充分，烘烤时间要求3～4h，最低不低于3h。
因浇铸钢水温度明显高于烘烤后的中间包耐火材料温度，在开浇时钢水温降较大。整理2次开浇时的钢水温度变化曲线，如图4所示。
图4 开浇过程中间包钢水温度变化
在钢包开浇时，钢水从钢包不断进入中间包，因中间包温度远低于钢水温度，钢水温度不断下降。中间包开浇时间在4～5min左右，因此这段时间前中间包内，钢包钢水不断进入中间包补充热量，同时中间包内钢水热量不断被中间包耐火材料吸收，但由于中间包还没开浇，温度低的钢水留在中间包内，导致中间包内钢水温度持续降低。在中间包开浇后，中间包内钢水流人结晶器，带走大部分温度较低的钢水，同时钢包钢水持续补充热量，当中间包耐火材料吸热充分后，且温度较低的钢水不断流出，温度高的钢包钢水不断流入，中间包钢水温度开始增加。从图4看，在开浇10rain左右出现中间包钢水温度的转变。因此，在开浇1～10min时，中间包钢水温度逐步降低，温降速度为2.0℃/min;10min后，中间包温度趋于平衡，中间包钢水温度逐步增加，升温速度为1.3℃/min;到钢包开浇的后期，随着钢包内钢水温度逐步降低，打破中间包内热平衡，中间包钢水温度开始下降，40min时第2炉开浇，中间包钢水温度开始回升，并随着第2炉钢水温度变化波动。
连浇过程受浇铸钢水温度的变化，中间包钢水温度主要有3种变化情况，如图5所示。图5中炉次1为与上一炉相比钢水温度偏低，浇铸过程中间包温度逐渐走低;炉次2为与上一炉相比钢水温度偏高，浇铸过程中间包温度逐渐走高;炉次3为与上一炉钢水温度相差不大，浇铸过程中间包温度短暂升温后小幅度波动。
钢水在浇铸过程中，随着流人中间包钢水温度的高低变化，打破原来中间包内的热平衡，钢水温度进行动态变化。钢包钢水开浇后基本在10min左右，中间包内达到相对稳定的热平衡阶段，持续约10～15min。在浇铸后期，钢水温度有小幅下降，待下一包钢水开浇后，重新进入下一个温度循环。
图5 连浇过程中间包钢水温度变化
作者：王星，王国连，杨荣光，王宏宇，赵晶
秦皇岛首秦金属材料有限公司炼钢事业部