摘要：氮在钢中通常是一种有害元素，在连铸环节 ，保护浇铸不当会导致钢水增氮。基于连铸生产的实绩，介绍了宁钢连铸生产中对钢水增氮的控制，通过分析钢水连铸过程中的增氮机理，调查宁钢IF钢连铸当前生产的增氮现状 ，查找出了连铸增氮的主要影响因素，并对连铸工序的生产工艺、操作、设备、耐材等方面实施了改进，有效减少了连铸的增氮量，为IF钢的生产创造了条件 。
关键词：IF钢；连铸；增氮；工艺控制
1.绪论
IF钢(InterstitialFreeSteel)也称无间隙原子钢,是在钢中加入足够的钛或铌,使钢中的间隙原子碳和氮完全固定,形成碳氮化物,致使钢中无间隙原子存在。其具有优良的深冲、塑形应变比、高应变硬化指数、 无时效性等性能，而且具有非常高的钢板表面质量，可以满足汽车工业对材料的轻量、耐蚀抗凹和成型等综合性能的要求，还能满足各种形状复杂的冷冲压成型制品与零件的性能要求，是附加值较高的钢材之一，宁钢近几年也在着重开发。在实际生产中由于IF钢超低碳、低氮、杂质元素含量低的要求,在连铸过程容易产生增氮，而氮原子的存在，破坏了铁原子之间的连续性，直接导致产品性能恶化，甚至有些产品只能作降级处理。
2.连铸增氮的关键影响因素分析
由于宁钢以连铸中间包取样结果作为钢水成品样，钢水从大包到中间包过程是连铸增氮的主要控制环节。
2.1大包敞开浇铸
钢水在浇铸过程中，由于大包不自流、大包滑板异常关闭、长水口异常损坏等原因，当大包开浇时不能使用长水口，需要进行烧氧引流操作，这时钢水进入中间包过程完全没有保护，与空气直接接触，导致钢水增氮严重。统计2018年生产IF1钢时发生的13次大包敞开浇铸炉次，连铸平均增氮量为13.3PPm,增氮十分明显。
2.2长水口密封保护不良
钢水从大包进人中间包过程采取了长水口保护浇铸。宁钢现用的长水口外形为圆柱形，碗口的形式为台阶状，大包下水口与长水口接触部位采用环形密封垫圈；大包长水口由长水口机械手，上托至于钢包下水口配合处，将该密封垫压实，保证密封效果。在生产过程中，长水口与大包下水口要经常动作来确保中包吨位的稳定，即使开始时长水口与下水口结合紧密，但随着不断的动作，两者的结合部位随时都会产生气隙而吸入空气。为此，长水口又采用了吹氩保护技术来防止空气进入。但在实际生产过程中，受操作人员操作技能水平的影响，经常发生长水口密封不良而增氮。统计2018年IF1钢正常生产炉次中，因操作不当导致长水口密封不良而增氮的炉次有21个，平均增氮量为7.2PPm。
2.3中间包密封不良
中间包有储存钢水和均匀成分和温度的作用，钢水存留时间较长。宁钢的中间包包盖上设有塞棒孔、烘烤孔和浇铸孔，密封不良的中间包使包内钢水与空气的接触面扩大，尤其是中间包首炉开浇前期，中间包钢水未添加覆盖剂的一段时间内，钢水与空气全接触，此时增氮非常明显，平均增氮量可达16-18PPm。
2.4中间包覆盖剂覆盖不良
中间包覆盖剂对中包内钢水有着良好的保温和隔绝空气的作用，若覆盖剂加入不足，覆盖效果不够，就会导致钢水裸露，与空气直接接触，使钢中氮含量增加。统计了2018年6-12月份30个IF1钢生产浇次中包覆盖剂覆盖情况，按照覆盖剂覆盖效果对钢水增氮情况进行对比，覆盖效果差的浇次平均增氮量为6.2PPm,覆盖效果较好的浇次平均增氮量为2.8PPm,差异明显。
3.IF钢增氮控制措施
3.1控制敞开浇铸频次
钢水敞开浇铸，会导致连铸增氮异常高，经过长时间跟踪分析，宁钢从以下几个方面来控制敞开浇铸。
（1）严格控制钢包引流砂的质量，杜绝引流砂受潮、结团的现象；生产IF1钢种的钢包必须在专用的加砂平台加砂；加强钢包热修质量管控，杜绝钢包下水口清理不净的现象发生。
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（2）加强大包下渣检测设备和中包自动控流设备的检查和维护，避免设备原因导致的大包滑板异常关闭；增加中包吨位异常报警功能，当中包吨位低于30吨时报警器声光报警，提醒操作人员滑板动作异常。
（3）明确IF1生产过程，长水口使用炉次不得超过3炉，避免长水口使用异常导致的敞开浇铸；工艺制度明确规定，严禁为了保证中包吨位而采取不套装长水口的方式的开浇方式。
3.2改善长水口密封效果
宁钢的采用的台阶型长水口+密封圈+吹氩保护的方式，从工艺技术角度满足了控制增氮的基本的要求，但在实际生产操作过程中由于密封垫圈经常在套长水口过程中被挤压破坏，导致长水口碗部吸气，或是受吹入的氩气量大小波动的影响，中包冲击区钢水裸露现象频发。如果吹氩量过小，空气仍会有被吸入的可能而产生增氮；吹氩量过大则会导致中间包冲击区域钢水翻腾裸露与空气接触而增氮。针对此种现象，宁钢连铸在日常生产操作过程中采取了以下几项措施进行控制：
（1）增加了长水口吹氩流量计，并经过长期摸索总结，明确了IF1钢种的长水口吹氩流量范围标准，并根据中包冲击区液面活跃程度在流量标准范围内微调氩气流量，保证碗部不吸气，冲击区钢液面不翻滚。
（2）明确规定IF1钢生产用钢包下水口只允许使用一次，不得重复使用，防止下水口有残钢渣导致密封圈破损 。
（3）改善长水口氧气清洗操作，采用一人清洗，另一人负责确认的操作模式，防止长水口碗部有残钢渣导致密封圈破损。
（4）改善长水口套装操作，采用大包包预压式套长水口，防止长水口套不正过度调整致使密封垫圈破损 ；工艺标准中明确规定，长水口一次套装不到位，必须更换新密封圈后再次套装。
（5）宁钢中间包标准容量为50吨钢水，在IF1生产时，明确规定中包吨位不得小于45吨，确保长水口插入钢液内的深度，避免大包铸流过大引起冲击区钢液翻腾裸露。
3.3 改善中间包的密封性
中间包密封对增氮有显著的影响，尤其是对中间包首炉影响最大大。宁钢连铸采取了包盖封堵和包盖吹氩密封的方式，对包盖与中间包缝隙用耐火纤维毡填补密封，对中间包包盖进行改造，增加了包盖吹氩装置，当中包烘烤结束后，立即开启包盖吹氩，排除中间包内的空气，确保开浇前中间包内是惰性气体氛围。对比检测10个密封中包和10个非密封中包的增氮效果，在中包首炉开浇后，大包浇铸50吨时取中包样化验分析氮含量，实验结果表明，当中包未采取密封保护时，10个中包的平均增氮量为16.7PPm，而采用密封保护的10个中包平均增氮量为5.6PPm,效果非常明显。
3.4优化中间包覆盖剂的加入方式
覆盖剂的加入量太少、加入太迟，会导致中间包内钢水裸露，增氮量大；加入量太大、加入太早，也会导致开浇卷渣等问题。经过大量的试验对比，宁钢采用以下方式来确保覆盖剂覆盖效果：
（1）中包首炉覆盖剂在中包30吨时加入，本着先两边塞棒孔位置后中间冲击区位置的原则分别加入；第一次加入覆盖剂，两边加入量不得少于200千克，中间冲击区加入量不得少于250千克。
（2）中间过程炉次，覆盖剂加入过程要特别注意塞棒位置的使用量，第二炉每流不少于6包，第三炉每流不少于6包，第四炉开始每流不少于3包。操作过程以覆盖效果酌情增加使用量，但不得低于要求用量。
4.研究的结论
宁钢通过一系列的攻关和试验，查找了导致连铸增氮的几个要因，并从控制敞开浇铸频次、改善长水口密封效果、改善中间包的密封性、优化中间包覆盖剂的加入方式等几个主要方面分别改进控制，使得连铸增氮得以明显降低。以IF1种钢为例，氮含量均值由平均 23PPm降低至 16.8PPm，连铸平均增氮量由原来的6.2PPm降低至4.1PPm，增氮导致的改钢频次明显降低，生产效益显著提升。
参考文献
[1]王恩龙 ，江中块。梅钢连铸生产中的增氮控制[J]。宝钢技术，2015年第6期，53页-56页；
[2]李伟。连铸钢水增氮原因分析与改进[J]。天津冶金，2013年第3期，4-6页；
论文作者:张大伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/17
标签：水口论文; 钢水论文; 连铸论文; 大包论文; 钢包论文; 效果论文; 空气论文; 《基层建设》2019年第31期论文;