​连铸坯夹杂物产生原因分析及改进措施

前言

某炼钢厂1#连铸机为八机八流弧形连铸机，主要生产150mm×150mm断面小方坯，产品以普碳钢和低合金钢为主。该连铸机自2012年2月投产以来，普碳钢内部夹杂问题严重影响铸坯质量。通过系统分析生产工艺，明确了夹杂物产生的主要原因，并采取了一系列针对性改进措施，包括规范人员操作、控制夹杂物来源、提升中间包冶金效果及优化耐材质量，最终实现了对普碳钢夹杂物的有效控制。

连铸坯夹杂物产生原因分析

该连铸机为R10m弧形半径八流机型，振动频率范围为75–240次/min，工作拉速为2.0–3.2m/min。针对铸坯内部夹杂缺陷，系统跟踪了生产工艺流程及轧制表现。根据来源不同，将夹杂物分为内生夹杂与外来夹杂：内生夹杂主要为钢水脱氧及凝固过程中形成的非金属化合物；外来夹杂则包括耐火材料侵蚀物、卷入的熔渣及保护渣等。

一、人员操作问题

中间包与结晶器液面波动导致卷渣：投产初期因操作熟练度不足，液面控制不稳定。结晶器液面波动引起坯壳生长不均，促使夹杂物卷入；中间包镁质干式料受钢流冲刷严重，剥落物污染钢水，导致铸坯缺陷频发。

中间包排渣不及时：普碳钢自带渣量较大，为提高金属收得率，常在钢包下渣严重时停浇，致使中间包渣层过厚，最高达250mm。渣层过厚导致覆盖剂吸收夹杂能力下降；换包或等待钢水时液位降至550mm以下，上水口区域形成涡流，夹杂物被带入结晶器并嵌于坯壳。

结晶器油与保护渣混用：二者混合后形成高硬度夹杂物，难以捞除，对铸坯纯净度造成严重影响。

二、保护浇注不规范

保护浇注系统密封不良、浸入式水口对中差、插入深度不合理等问题，加剧钢水二次氧化。

水口安装与使用不当：长水口与浸入式水口安装偏斜，加剧耐火材料冲刷，并导致接口漏气，破坏保护气氛。直筒型浸入式水口（长660mm）无中包车升降调节功能，液面波动时插入深度变化显著：过深冲刷坯壳易引发漏钢，并阻碍夹杂上浮；过浅则搅动液面，引起卷渣。

保护渣加入不规范：加入方式粗放，一次加入量过大导致液面频繁裸露，增加卷渣风险；捞渣操作不规范，搅动液面破坏液渣层均匀性。

长水口密封效果差：长水口与滑动水口对接不严，吸入空气造成钢水二次氧化。因长水口孔径大于滑动水口，钢流未能充满通道，顶部形成负压区进一步吸入空气。初期保护浇注效果差，非金属夹杂物严重，铸坯低倍检验显示中心疏松0.5级、角部裂纹0.5级、夹杂物高达2.0级，成为影响产品质量的主要缺陷。

三、钢水过热度过高

以下生产情况导致钢水温度偏高：

浇注过程中断流次数多、拉速低、周期长；

中间包容量大、流间距宽，为避免后期低温结流及形成死区，过热度控制偏高（普遍处于30–50℃）。

过高温度带来如下问题：

加剧钢包、中间包耐材及水口侵蚀，污染钢水；

增大铸坯内外温差，裂纹敏感性提高。

四、挡渣墙寿命不足影响夹杂物上浮

中间包内设2块1m高挡渣墙以促进夹杂物上浮。但中间包寿命为33小时，挡渣墙仅15小时，浇注后期挡渣功能失效，夹杂物上浮效果显著下降。

五、水口渣线设计不合理及断裂问题

原采用660mm长直筒型浸入式水口，渣线位于下端100mm处。中间包无升降功能，结晶器液面手动控制波动大，液面上涨时侵蚀铝碳质水口本体，导致水口断裂。

连铸坯夹杂物控制措施

一、规范操作

优化吹氩工艺：延长吹氩时间至8–9分钟，规范氩气压力与流量，以钢液不裸露、不翻腾为原则，促进夹杂物和气体上浮。

稳定中间包与结晶器液面：结晶器液面波动控制在±5mm以内；正常浇注时中间包液位保持800mm，换包时不低于600mm。

控制中间包渣层厚度：每6小时定期排渣，渣层超过100mm提前处理，增强覆盖剂吸附能力，避免水口卷渣。

二、防止钢水二次氧化

规范保护渣使用：

开浇稳定后再加入保护渣，10秒内完成浸入式水口安装；

遵循“少加、勤加、均匀加”原则；

在液面上升过程中加渣；

避免保护渣加入结晶器角部。

提高水口密封效果：

长水口与滑动水口间加装耐火纤维垫或金属环，通入氩气密封，形成正压隔绝空气；

安装前清理碗部粘钢，保证对中严密，杜绝二次氧化。

三、控制中间包过热度

实施以下温度控制措施：

钢包加砌绝热层；

推行红包出钢，加快钢包周转；

钢包液面添加碳化稻壳或保温材料；

钢包加盖，实现长效保温；

优化吹氩，均匀钢水温度。

上述措施使中间包过热度由30–50℃降至20–35℃。

四、促进夹杂物上浮

将镁质挡渣墙改为铝质材质，实现与中间包同步寿命，消除包底死区，优化钢水流场，延长夹杂物上浮路径，提高保护渣吸附效率。挡渣墙还可抑制钢包注流冲击引起的涡流扩展，避免液面紊流卷渣。

五、优化水口渣线位置

根据实际侵蚀位置（水口下端100–130mm），将氧化锆质渣线上移50mm，显著减少水口断裂问题。

结语

通过规范吹氩操作、加强液面控制、及时排渣、科学使用保护渣、控制中间包过热度、优化挡渣墙设计与水口结构等一系列措施，普碳钢内部夹杂发生率由万吨钢5.2次降至0.3次，有效提升了铸坯质量，为炼钢厂实现达产达效提供了坚实保障。