摘要：介绍了连铸过程中钢水增氮的主要因素，长水口是控制增氮的最薄弱环节，对长水口端部形式及吹氩密封方式进行综合论述，同时列举出其他控氮措施。在工艺设计及操作上不断改善，有效减少增氮引起的保留及改钢，铸造出更多的精品钢。
关键词：连铸增氮；长水口；密封结构；吹氩
Analysis and Control measures of the Nitrogen Content Increasing in continue casting
（Niu Tian-gang）
（Continuous casting unit of Steel-making Plant，Baosteel Zhanjiang iron and Steel Co.，Ltd.）
ABSTRACT：The main factors of nitrogen increase in molten steel during continuous casting of steel are discussed.The long nozzle is the weakest link for the control of nitrogen increase.This paper discusses on the shape of the top of long nozzle and the seal structures for argon injection.At the same time，the other control measures are listed.Continuous improvement in process design and operation，reduce the retention and change of steel cause of increasing of nitrogen effectively，cast more refined steel.
KEY WORDS：nitrogen increasing in continue casting；long nozzle；seal structure；argon-blowing
1 前言
连铸浇注过程中，增氮主要是钢水裸露从空气中吸入氮，钢水中氮含量的增加带来很多质量问题，主要表现在：Fe4N的析出导致钢的时效性和兰脆，降低钢的韧性和塑性；与钢中钛、铝等元素形成带棱角而性脆的夹杂物，不利于钢的冷热变形加工；当钢中残留氮较高，会导致钢宏观组织疏松甚至形成气泡；氮降低钢的焊接性能、电导率、导磁率等；钢中氮含量偏高也会使铸坯开裂[1，2]。
连铸过程中，钢水增氮主要发生在钢包和中间包之间，其次在中间包到结晶器之间，中间包及结晶器内钢水的裸露也会带来增氮。
2 长水口端部形式
钢水通过长水口由钢包浇注到中间包时，长水口内形成负压，如果钢包下水口与长水口接触面密封不良，将会吸入空气，进而增氮。因此，有必要改进钢包下水口与长水口接触面形式。
2.1 “锥式”端部
钢包下水口与长水口均为锥形结构，锥形长水口碗口结构如图2.1所示。其连接密封方式依靠密封垫圈的填充作用，钢包下水口与长水口接触方式为“锥式”面接触。
图2.1 “锥形”长水口端部示意图
“锥形”长水口虽然对保护浇注有一定改善，但极易造成长水口不垂直，接触面产生缝隙，造成空气的吸入并引起钢水增氮。同时，液压机械手增加了钢包下水口与长水口的接触压力，使长水口不易脱离下水口。所以操作过程中要注意脱离速度不可过快，否则容易将长水口与机械手脱离。
2.2 “台式”端部及其改进
“台式”端部钢包长水口的长水口与下水口之间的压力集中在钢包下水口底部与套管台阶上，不仅解决了长水口难以脱离钢包下水口的问题，还改善了密封效果。“台式”长水口与钢包下水口密封方式为双密封，即侧面的锥形面密封和底部的压力密封。“台式”钢包长水口头部如图2.2所示。
图2.2 “台式”长水口端部结构示意图
但是目前采用的密封垫片为圆环状垫片，仅对底部圆台接触面起到密封作用，对侧面的锥形面几乎起不到密封作用。
对这种“台式”长水口碗口可进行改进，减小圆台的直径，碗口加深。同时，将圆环密封垫片设计为锥式且底部带有台面的密封垫圈。这种改进后的接触密封方式对圆台和锥面都起到了良好的密封效果。但目前使用的垫圈较薄，易损坏，将垫圈放置在长水口碗口时，长水口氩气将垫圈吹起，不方便放置，需要将氩气暂时关闭或调小流量[3，4]。
3 长水口吹氩密封结构
钢包下水口与长水口主要采用吹氩密封，其结构有透气环式、环槽式和环狭缝式等，并与耐火纤维垫圈配合使用[5-7]。
3.1 透气环式吹氩结构
图3.1示出了整体组装的吹氩透气环式密封结构。在长水口本体的碗部上方，有一个透气环，氩气通过入口进入，透气环本体上部为薄的致密层，下部位为弥散型的透气层，在透气环与铁壳间形成环缝氩气室。
图3.1 透气环式吹氩结构
上述吹氩透气环密封结构的密封原理是氩气由吹气管进入环缝气室，从长水口碗部的透气环透气层整个内表面溢出，在长水口碗部与下水口外表面间隙中形成均匀的碗状气幕，隔绝空气，对钢水起防氧化作用，此类吹氩密封面积较大，密封效果较好。即使长水口装偏不对正，也不妨碍碗状气幕的形成，同时可以通过调节氩气压力和流量，弥补因不对正产生的较大缝隙[8-10]。
缺点：该类密封结构透气量可调节性能差，吹氩气压力稍大；透气环强度较低，换包用氧气清洗时易损坏，所以后期使用效果变差；发生呕钢后，容易堵塞。
3.2 环槽式吹氩密封结构
长水口环槽式吹氩密封结构如图3.2所示，在长水口碗部内表面有一环状槽，与氩气入口相连。长水口与钢包下水口对接后，吹入的氩气形成环状气幕，以隔绝空气。
图3.2 透气环式吹氩结构
缺点：当密封垫圈损坏或下水口与长水口不对正时，缝隙较大出会有大量氩气外溢，造成漏气，影响密封效果。密封结构沟槽易被残钢堵塞，再重复使用时，需要用氧气吹扫。
将透气环和环槽组合使用，密封效果显著提高。
4 其他控制措施
4.1 防止中间包内钢水增氮
1）投入覆盖剂
中间包开浇首炉投入适量覆盖剂，防止钢水和空气接触，浇注过程中时刻注意钢水是否裸露，适当投入覆盖剂。
2）中间包首炉吹氩
对于有要求的钢种，采用中间包首炉吹氩，或者全程吹氩[11]。
4.2 中间包到结晶器的密封
1）上水口与浸入式水口之间氩封的作用
吹氩上水口与浸入式水口接触面存在氩封沟槽，浇注过程中通过吹氩形成保护膜，阻碍空气与钢水接触，防止钢水的二次氧化，从而减少夹杂物的产生[12]。
2）浸入式水口的完整性
① 准备中间包时要确认浸入式水口无明显碰撞痕迹或裂纹，有缺陷要及时更换。
② 浇注过程中浸入式水口损坏要立即更换，防止钢水增氮。
4.3 结晶器内钢水保护
1）开浇使用开浇渣，浇注过程中使用保护渣，防止钢水裸露。
2）更换浸入式水口、保护渣不良等需要捞渣的情况下，要及时推入新的保护渣，防止钢水与空气接触。
5 结论
连铸钢中氮含量对微合金化钢种铸坯横裂纹产生有明显影响，通过控制钢中氮含量可有效减少铸坯横裂纹，提高铸坯质量。必须在每个环节严格设计，对于不合理的设计积极寻求改进建议，同时，在操作过程中注意可能引起增氮的细节，精益求精。
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，（06）：53-56．
[2]杨之俊，杨海滨，王彦杰．氮在炼钢及连铸过程中的变化及影响因素分析[J]．中国冶金，2011，（04）：12-16+20．
[3]于守巍．IF钢碳、氮含量控制研究[D]，辽宁科技大学，2012．
[4]刘启龙，王志政，臧红臣．IF钢板坯连铸工艺优化[J]．钢铁，2011，（08）：36-39．
[5]费鹏．IF钢氮含量控制技术研究[A]．中国金属学会炼钢分会.第十六届全国炼钢学术会议论文集[C]．中国金属学会炼钢分会，2010：8.
[6]姜碧涛，闫卫兵张玉海．连铸保护浇铸对钢水纯净度的影响[J]．河北冶金，2015，（05）：4-8．
[7]周吉诚，晏成峰，王小明，等．优化工艺防止连铸二次氧化[J]．连铸，2014，（06）：20-22+27．
[8]叶途明．连铸浸入式水口侵蚀的机理分析及改善措施[A]．中国金属学会.第四届发展中国家连铸国际会议论文集[C]．中国金属学会，2008：4．
[9]C.H.YIIIaKOB，马芳．连铸中间包吹氩保护工艺的研究[J]．本钢技术，2013，（06）：42-43．
[10]张须果．钢包长水口密封方法的改进[J]．科技风，2014，（22）：118．
[11]胡明谦．提高本钢铸坯质量的生产实践与研究[D]．东北大学，2010．
[12]李洪建，李庭寿，张佩，等．连铸机全保护浇注工艺的创新与优化[J]．中国钢铁业，2014，（06）：27-28．
作者简介
牛田刚，男，出生于1989年2月，2014年7月毕业于辽宁科技大学材料专业，硕士研究生学历。2014年7月至今，就职于宝钢湛江钢铁有限公司炼钢厂。
论文作者:牛田刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/9
标签：水口论文; 钢水论文; 钢包论文; 结构论文; 连铸论文; 过程中论文; 垫圈论文; 《基层建设》2019年第18期论文;