摘要：微正壓水口采用水口碗部和水口中間同時吹氬的方式，水口碗部吹進的氬氣可以在水口接縫處進行填充，可以彌補一部分的負壓吸氣影響；水口中間吹進的氬氣直接填充在水口內部，可直接消除水口內部的負壓形成，同時一部分氬氣跟隨鋼水進入中間包，在注點區(qū)域上浮，對夾雜物的去除十分有利。通過試驗表明，采用微正壓水口能更好的提高保護澆注的效果，澆注過程增氮和鋁損情況均可得到進一步的降低。
關鍵詞： 吹氬 保護澆注 增氮 鋁損
1.前言
在連鑄過程中，鋼水從鋼包流出后，還要經(jīng)過中間包流入結晶器，在這個過程中，鋼水與空氣接觸的機會和面積都很大，都會造成鋼水的二次氧化。其中，鋼液由鋼包注人中間包過程中注流的二次氧化在大顆粒夾雜物生成方面作用突出，Ohno等發(fā)現(xiàn)鋼包與中間包之間因鋼液注流二次氧化所增加的大型夾雜物數(shù)量需要乘上一個2.5的因子，而且二次氧化產(chǎn)物尺寸大于100μm^【1】。因此做好鋼包到中間包的保護澆注是影響鋼水內部質量的關鍵環(huán)節(jié)，目前應用最廣的是采用耐火材料制成的長水口，加上氬氣密封的雙重保護形式，除此還有充氣罩保護、全密封保護等多種形式，各企業(yè)根據(jù)自己的設計和工裝情況選取不同的保護方式，但其目的都是保證鋼液從鋼包到中間包不發(fā)生二次氧化，最大程度的降低澆注過程中的增氮和鋁損。
2.長水口保護澆注原理及存在的問題
長水口保護澆注其保護效果的關鍵在于鋼包下水口與長水口接縫處的密封保護。長水口是一個直徑有限的圓筒，當鋼水由于靜壓力和重力向下流動時，在長水口入口端形成一定的負壓，這就使接縫處的空氣不斷吸入到長水口內，然后被鋼水帶走形成氣液乳濁相，為鋼水吸氧提供了動力學條件，從而造成鋼水嚴重的二次氧化^【2】。

防止負壓吸氣主要采用的三種方法：
①.被抽走的氣體是惰性氣體（充氣罩、全密封中包）；
②.向長水口內通入保護性氣體，使長水口內的壓力與外界壓力保持平衡，消除負壓（長水口吹氬）；
③.采用高溫密封劑將水口接縫處密封，使外部空氣不能進入水口，保持水口內部較高的負壓（理論上可行）。
目前第2種方式采取尤為普遍，這種保護方式受長水口的嚙合情況、氬氣密封方式、氬氣流量大小等多種因素影響，受到一定的局限性，該方式控制鋼包澆注過程增N一般在3-5ppm左右，很難進一步的降低。以某廠保護澆注為例，該廠鋼包到中間包的保護采取的是長水口+密封圈+氬氣密封的方式，其相關工藝參數(shù)見表1.
表1 某廠相關工藝參數(shù)

弧形半徑/m	機流	鑄坯端面/mm	中間包液面深度/mm	鋼包保護澆注方式	增N程度/ppm
12	4機4流	325╳280	900-1000	長水口+密封圈+吹氬	≤5

    統(tǒng)計該廠隨機選取的30爐鋼包到中間包過程增N數(shù)據(jù)，增N最小值為1ppm，最大值為6ppm，均值在4ppm，目前使用的長水口+密封圈+氬氣密封的方式從理論上來說可以通過吹氬方式彌補負壓帶來的影響，但從實際應用效果來看仍存在較大的改進空間。對照現(xiàn)場實際操作檢查原因，主要還是長水口和鋼包下水口配合不緊、密封墊破損、水口套裝不正、機械手壓力波動等因素，造成水口密封存在問題，造成局部吸氧。

3.改進方案設計及試驗
3.1 改進方案的設計
設計思路是采取兩個吹氬位置進行吹氬，如下圖所示，在吹氬孔1和吹氬孔2位置同時吹氬，吹氬孔1吹進的氬氣可以在水口接縫處進行填充，可以彌補一部分的負壓吸氣影響；吹氬孔2吹進的氬氣直接填充在水口內部，可直接消除水口內部的負壓形成，同時一部分氬氣跟隨鋼水進入中間包，在注點區(qū)域上浮，對夾雜物的去除十分有利。

3.2 現(xiàn)場試驗方案
    試驗過程在吹氬管路連接流量計和負壓檢測裝置，對氬氣流量的調節(jié)根據(jù)現(xiàn)場負壓檢測值進行，目標是在澆注過程維持在微正壓0.2Bar的水平。下圖為試驗現(xiàn)場的設備安裝布置示意圖：

試驗水口共計10支，在試驗前連接氬氣管路，提前吹氬氣，經(jīng)過負壓檢測實測將吹氬孔1位置的氬氣流量控制在7-8Nm3/h，吹氬孔2位置的氬氣流量控制在4-5Nm3/h，保證正壓檢測在0.2Bar以上。
試驗對比方案如表所示：
表2 試驗過程相關工藝參數(shù)

水口類型	吹氬孔1（Nm3/h）	吹氬孔2（Nm3/h）	正壓值（Bar）
普通水口	≥12	無	≥0.2
微正壓試驗水口	7~8	4~5	≥0.2

試驗選取試驗鋼種為QSWRCH10A-B、XGSWRCH10A、XGSWRCH18A三個鋼種，試驗期間對使用不同大包水口的爐次，分別在精煉離站時和中包澆鑄20分鐘時取針狀樣，做氧氮含量分析，通過對比兩種水口使用過程的中包增氮情況，來進行評價保護澆鑄效果；同時利用離站成分和中間包取的成品成分計算澆注過程鋁損情況，對保護澆注從另一方面進行驗證。下圖為試驗現(xiàn)場和同時吹氬后的負壓檢測結果：

3.3 試驗結果分析
⑴過程增氮情況：
對試驗過程所取試樣進行了O\N分析，對過程增N情況進行了對比，從所有增N數(shù)據(jù)對比可以看出，普通水口增N在3-8ppm，均值在5.67ppm；微正壓試驗水口增N水平在4ppm以下，均值在2.9ppm。試驗水口增N水平要比普通水口降低2.77ppm。

對比不同鋼種的實驗情況，QSWRCH10A-B鋼種微正壓試驗水口增N水平要比普通水口降低3.5ppm；XGSWRCH10A鋼種微正壓試驗水口增N水平要比普通水口降低2.14ppm；XGSWRCH18A鋼種微正壓試驗水口增N水平要比普通水口降低2.5ppm。
    ⑵澆注過程鋁損情況
    對試驗過程進行了鋁損統(tǒng)計，并進行了綜合對比和分鋼種對比，結果如圖所示。

從整體鋁損控制上看，普通水口鋁損控制在0.0036%的水平，微正壓試驗水口控制在0.0028%的水平，相比之下，微正壓試驗水口降低了0.0008%。從鋼種上對比，QSWRCH10A-B鋼種試驗水口鋁損水平要比普通水口降低0.00145%; XGSWRCH10A鋼種試驗水口鋁損水平要比普通水口降低0.0007%; XGSWRCH18A鋼種試驗水口鋁損水平要比普通水口降低0.0008%。
4.結論
 ⑴采用微正壓水口，在鋼包長水口內部和碗部同時吹入氬氣，可以更好的消除澆鋼過程中的負壓，保證水口的正壓澆注。
⑵采用微正壓水口，與傳統(tǒng)僅水口碗部進行吹氬方式相比，澆注過程增氮情況和鋁損情況有效降低，達到了更好的保護澆注效果。
 
參考文獻：
［1］Yogeshwar SaHai,Toshihiko Emi.潔凈鋼生產(chǎn)的中間包技術［M］.朱苗勇，譯.北京：冶金工業(yè)出版社，2009:114-115.
［2］文光華，任寶富，何俊范，李剛.連鑄水口接縫吸氣及保護研究［J］.煉鋼，1993（8）.42-46