一种塞棒及预防连铸开浇低温事故的方法

摘要

本发明公开了一种塞棒及预防连铸开浇低温事故的方法，属于连铸开浇技术领域。塞棒包括塞棒本体以及贯穿塞棒本体的氩气通道，塞棒本体底端为塞棒头，所述塞棒本体侧面开设若干个成螺旋式分布的扁平式气体通道，所述扁平式气体通道连通氩气通道。方法为在中间包开浇前，采用上述的塞棒向中间包吹入惰性气体，根据扁平式气体通道的数量选择性控制吹入惰性气体的流量，达到预防连铸开浇低温事故的效果。无需改造现有设备，只需要的塞棒氩气通道进行重新设计，因此制作容易，成本低廉，操作方便；通过氩气搅拌均匀钢水温度，把中间包碗口低温钢水和上部高温钢水进行热交换。

说明书

技术领域

本发明属于连铸中间包控流技术领域，更具体地说，具体涉及一种预防中间包单开低温事故的方法，属于连铸开浇技术领域。

背景技术

连铸开浇前，会对中间包进行烘烤，烘烤结束，塞棒碗口区温度一般控制在1150～1250℃，如果烘烤效果差，温度有可能在1100℃以下，中间包温度远低于钢水凝固温度。

大包开浇后，高温钢水流入中间包，中间包内衬会吸走一部分热量，致使中间包内钢水温度比正常浇注的钢水温度降低较多，钢水温度降低会使钢水的流动性变差，中间包水口处易发生钢凝结，引起水口堵塞甚至造成停浇事故。为防止浸入式水口由于钢水温度降低造成水口堵塞，一般要求中间包开浇第一炉钢包内钢水温度比目标温度高5～10℃，这样不仅会造成大量的能源消耗，还会加剧前后工序耐材的侵蚀，进而污染钢水。

另外，如果开浇温度较低，会造成保护渣化渣不好，引起频繁粘结包晶，造成大量的降级改判，甚至产生漏钢。如何防止开浇低温事故一直是困扰现场生产的一个共性难题。

目前，为确保浇注过程顺行，提高中间包开浇第一炉钢包钢水温度，主要采用两类方法。一类是上述讲的提高单开出站温度5～10℃。另一类则是在中间包内加设加热设备，例如利用等离子或者感应加热等方法，提高中间包开浇第一炉钢包钢水温度。但此法对中间包改造较大，设备改造成本高。

经检索，中国专利申请号201810565951.1，申请公开日2018年10月12日，公开了一种降低中间包开浇第一炉钢包钢水温度的方法。其技术方案是在中间包开浇前，开浇第一炉钢水浇注到中间包时，通过中间包底部透气水口座砖向中间包内钢水持续吹入惰性气体，使中间包透气水口座砖正上方6cm内的钢水温度提高5～8℃，吹气以钢水液面微微波动为宜，中间包内钢水液面到达规定高度，开始正常开浇后，停止吹入惰性气体。但需要对中间包进行改造，工程量大，成本高。

中国专利申请号202010457340.2，申请公开日2020年8月7日，公开了防连铸开浇粘结漏钢的方法。其方法是在开浇前在结晶器铜板表面涂覆具有不易粘结钢水特点的防粘涂料，形成一定厚度的防粘涂层，开浇后所述防粘涂层接触坯壳熔化，在坯壳与结晶器之间起到润滑作用。但需要人工涂抹，不但操作繁琐，还增加操作人员的高温喷溅风险。

中国专利申请号201510013574.7，申请公开日2015年4月8日，公开了一种矩形坯连铸用发热型开浇渣，其由粒径≤45μm的硅灰石、粒径≤50μm的焦炭、碳酸钠、碳酸锂、粒径≤75μm的铝粉和粒径≤300μm的膨胀石墨制成。该专利是使用发热型开浇渣快速成渣，因为具有较好的保温性能和较高的发热率，能够有效防止头坯出现凹陷、结疤等缺陷，避免结晶器钢液面结冷钢，为矩形坯连铸开浇时提供稳定、连续的良好润滑效果。但是一段时间需要换渣操作，操作不当易引起卷渣风险。

综上，现有技术为了预防连铸开浇各类低温事故，均在中间包上进行结构改进，成本较高，故发明人另辟蹊径，想到针对塞棒结构进行改进，以解决开浇低温事故的问题。现有技术中，中国专利申请号202111497945.5，申请公开日2022年03月11日，公开了一种多气道塞棒。其包括塞棒本体以及塞棒头，塞棒本体底部与塞棒头相连，所述的塞棒本体包括塞棒外壳和棒芯，塞棒外壳内层嵌套棒芯；棒芯内设有主通道和支通道，主通道的两端分别与氩气进气孔和塞棒头相连；所述的塞棒外壳内设有侧边通道，支通道的一端与氩气进气孔相连接，并连通侧边通道。该塞棒改进的目的是对水口处产生的汇流漩涡起到抑制作用，防止卷渣，保证铸坯的质量。然而，该塞棒没有提到可以预防低温事故，并且在棒头和棒身连接处开槽，会造成强度不够，而且开槽过高，会造成卷渣风险。

因此，为了预防连铸开浇各类低温事故，保证连铸的顺行，有必要开发出一种新的工艺装置。

发明内容

1、要解决的问题

本发明提供了一种塞棒，通过优化设计塞棒的结构，实现搅拌均匀钢水温度，把中间包碗口低温钢水和上部高温钢水进行热交换。

本发明还提供了一种预防连铸开浇低温事故的方法，通过本发明设计的塞棒，以及优化参数控制，有效解决了预防连铸开浇时，中间包内衬吸收高温钢水的热量，造成钢水温度过低，流动性变差，引起的开浇水口堵塞以及结晶器化渣不良造成的铸坯频繁粘结等一系列低温事故。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种塞棒，包括塞棒本体以及贯穿塞棒本体的氩气通道，塞棒本体底端为塞棒头，塞棒本体的直径与实际使用的连铸中间包塞棒本体直径相同，所述塞棒本体侧面开设若干个成螺旋式分布的扁平式气体通道，所述扁平式气体通道连通氩气通道，工作时，从塞棒头底端以及侧面螺旋式分布的扁平式气体通道向中间包吹入氩气，通过氩气搅拌均匀钢水温度，把中间包碗口低温钢水和上部高温钢水进行热交换，可以预防连铸开浇的低温事故。

进一步地，所述氩气通道由上至下依次相接的第一通道、分流气室和第二通道，所述扁平式气体通道连通分流气室，其中，分流气室的直径大于第一通道的直径，第二通道的直径小于第一通道的直径；氩气从分流气室引出螺旋上升的扁平式气体通道，每个扁平式气体通道在塞棒长度方向有一定距离，塞棒周向均匀分布。

进一步地，所述第一通道的直径为33～35mm，所述分流气室的直径为40～50mm，分流气室的高度为40～80mm，所述第二通道的直径为1.5～2.7mm，第二通道的长度为160～180mm。

进一步地，所述扁平式气体通道的厚度为0.2～0.5mm、宽为2～4mm，相邻两个扁平式气体通道在塞棒长度方向上相距10～20mm，优选，塞棒周向均匀分布3～8个扁平式气体通道。扁平式气体通道结构具有很好的气幕去夹杂功能，螺旋式上升结构增加棒身强度；扁平式气体通道的布局，通过开浇吹氩搅拌，促使塞棒周围钢液形成回旋搅动，使中间包底部低温钢水和上部高温钢水形成对流，提高浸入式碗口处钢水温度，有效防止中间包底部钢水降温结冷钢导致水口堵塞和结晶器化渣不良造成的铸坯频繁粘结等开浇低温事故。

进一步地，所述扁平式气体通道与水平面夹角为15～25°，由于塞棒本体周围布置环向的扁平式气体通道，氩气上浮过程可以净化钢水，开浇前，从测孔吹入的氩气，有利于对碗口周围的异物进行清扫；正常浇注时，从测孔吹入的氩气有利于夹杂物上浮，提高钢水洁净度。

进一步地，所述塞棒本体由铝碳质材料制成，所述铝碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉44％～52％、石墨18～23％、碳化硅4～10％、二氧化硅12～18％、活性氧化铝2％～5％、酚醛树脂2％～4％、氧化锆1％～2％。

进一步地，所述塞棒头由镁碳质材料制成，占塞棒总长度的1/(10～15)所述镁碳质材料的原料按重量组分包括：氧化镁69.5％～80.5％、石墨10～23％、碳化硅4～10％、电熔刚玉3％～5％、电熔尖晶石1％～3％、二氧化硅3～6％。其中，MgO耐侵蚀，石墨增强热振稳定性，发明人根据实验得出：在上述镁碳质材料原料配方下，产品熔点高。但镁碳质材料成本高，在不计较成本的情况下，优选塞棒本体也采用镁碳质材料。

一种预防连铸开浇低温事故的方法，步骤为：在中间包开浇前，采用上述的塞棒向中间包吹入惰性气体，根据现场实际，随扁平式气体通道数量的增加，为保证第二通道出口流量，氩气总管流量随扁平式气体通道数量增加成倍增加；另外拉速是随着中间包液面高度的增加而增加，拉速高，说明钢液深度增加了，对气体的扰动的容忍度增加，此时增加氩气流量利于温度的均匀和夹杂物的去除，因此，发明人得出吹入惰性气体的流量Q(L/min)与扁平式气体通道的数量n之间满足：

Q＝k×(n+1)×v^t

式中：k是吹惰性气体比例系数，可取4≤k≤8，3≤n≤10，v是铸坯拉速(m/min)，t是拉速影响因子，取1.1≤t≤1.4。

进一步地，所述惰性气体为氩气。

进一步地，吹入氩气的流量为5～50L/min，吹入氩气的压力为0.7～2.0MPa。

具体地，一种预防连铸开浇低温事故的方法，步骤为：

步骤1：首先检查氩气柜内进气压力：1#/2#机进气压力≥78Mpa；

步骤2：烘烤前检测，塞棒前管路氩气比例阀开口度开至100％时，塞棒氩气压力须达到0.25～1.5MPa以上；如塞棒压力＜0.25MPa，用手感触吹氩管道各接头是否漏气，如漏气及时处理；当压力＞1.5MPa时，塞棒可能堵塞，须更换塞棒；

步骤3：吹氩管路连接后，需要人工对硬管(软管)接头等重点部位使用喷壶进行检查，发现漏气及时处理；

步骤4：在中间包开浇前，通过上述塞棒向中间包吹入惰性气体(吹入惰性气体为氩气)；其中，吹入惰性气体的流量Q(L/min)与扁平式气体通道的数量n之间满足：

Q＝k×(n+1)×v^t

式中：k是吹惰性气体比例系数，可取4≤k≤8，3≤n≤10，v是铸坯拉速(m/min)，t是拉速影响因子，取1.1≤t≤1.4。

步骤5：持续吹入惰性气体，使中间包浸入式水口正上方8cm内的钢水温度提高5～10℃，且钢水温度均匀；吹气过程中在步骤4中规定的压力和流量范围内，随中间包内液面高度调整吹气压力和流量，以中间包钢水液面微微波动为宜；例如，吹氩比例系数k＝4，n＝3，拉速影响度t＝1.2，开浇拉速v＝0.4m/min，流量可以控制4～12L/min，压力0.3～1.0Mpa；正常拉速v为1.0m/min时，流量可以控制5～20L/min，压力0.7～2.0Mpa。

步骤6：中间包内钢水液面到达规定高度，开始正常开浇后，调整吹入惰性气体的压力为：0.3～1.0MPa，流量为4～12L/min，以保证结晶器液面不翻腾为宜。

另外，浇注过程中调节电磁阀阀门开口度时，如减小，每次开口度减小值不得超过5％；防止倒吸堵死塞棒吹氩孔；如增大，每次开口度增大值不得超过5％并保持2～5分钟。

本发明基于生产成本考虑，充分结合现场生产实际，提供一种能够预防连铸开浇低温事故的中间包塞棒，开浇时，由于中间包温度1100～1250℃，钢水温度一般在1510～1560℃之间，中间包耐材温度远低于钢水温度，中间包开浇前耐材吸热会造成水口周围钢水温度偏低。由于该塞棒内部设有扁平式的下倾斜通道，通过开浇吹氩搅拌，促使塞棒周围钢液形成回旋搅动，使中间包底部低温钢水和上部高温钢水形成对流，提高浸入式水口4碗口处钢水温度，达5～10℃，有效防止中间包底部钢水降温结冷钢导致水口堵塞和结晶器化渣不良造成的铸坯频繁粘结等开浇低温事故。

3、有益效果

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：

(1)本发明技术方案中，无需改造现有设备，只需要的塞棒氩气通道进行重新设计，因此制作容易，成本低廉，操作方便；通过氩气搅拌均匀钢水温度，把中间包碗口低温钢水和上部高温钢水进行热交换。

(2)扁平式气体通道的布局，通过开浇吹氩搅拌，促使塞棒周围钢液形成回旋搅动，使中间包底部低温钢水和上部高温钢水形成对流，提高浸入式碗口处钢水温度，有效防止中间包底部钢水降温结冷钢导致水口堵塞和结晶器化渣不良造成的铸坯频繁粘结等开浇低温事故。

(3)由于塞棒本体周围布置环向的扁平式气体通道，氩气上浮过程可以净化钢水，开浇前，从测孔吹入的氩气，有利于对碗口周围的异物进行清扫；正常浇注时，从测孔吹入的氩气有利于夹杂物上浮，提高钢水洁净度。

因此，本发明具有制作容易，成本低廉，操作方便，且能有效抑制中间包开浇低温事故、净化钢水的特点。

附图说明

图1为本发明塞棒的主视图；

图2为图1中A-A处的截面图；

图3为本发明塞棒的结构示意图；

图4为图3中B区域的局部放大图；

图中：

1、塞棒本体；2、扁平式气体通道；3、塞棒头；4、浸入式水口；51、第一通道；52、分流气室；53、第二通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的塞棒包括塞棒本体1以及贯穿塞棒本体1的氩气通道，塞棒本体1底端为塞棒头3，，塞棒头3长度占塞棒本体1总长度1/13，塞棒本体的直径与实际使用的连铸中间包塞棒本体直径相同，塞棒本体1侧面开设若干个成螺旋式分布的扁平式气体通道2，扁平式气体通道2连通氩气通道。

其中，氩气通道由上至下依次相接的第一通道51、分流气室52和第二通道53，扁平式气体通道2连通分流气室52，便于保证扁平式气体通道2的气体流量，其中，分流气室52的直径大于第一通道51的直径，第二通道53的直径小于第一通道51的直径，即第一通道51的直径为34mm，分流气室52的直径为40～50mm，分流气室52的高度为40～80mm，第二通道53的直径为2mm，第二通道53的长度为160～180mm。本实施例选择分流气室52的直径40mm，高度40mm，第二通道53的长度为160mm。

扁平式气体通道2的厚度为0.2～0.5mm、宽为2～4mm，相邻两个扁平式气体通道2在塞棒长度方向上相距10～20mm，优选，塞棒周向均匀分布4～8个扁平式气体通道2，每个扁平式气体通道2与水平面夹角为15～25°。如图2所示，本实施例开设三个扁平式气体通道2。本实施例选择每个扁平式气体通道2在塞棒长度方向相距10mm，扁平式气体通道要求厚度0.2mm，宽、4mm，扁平式气体通道2与水平面夹角控制在15°。

塞棒本体1由铝碳质材料制成，铝碳质材料的原料按重量组分包括：电熔刚玉45％、石墨+碳化硅31％(石墨21％、碳化硅10％)、二氧化硅14.5％、活性氧化铝3.5％、酚醛树脂2.5％、氧化锆1.5％、其它2％；

塞棒头3由镁碳质材料制成，镁碳质材料的原料按重量组分包括：氧化镁73.5％、石墨+碳化硅15.5％(石墨10％、碳化硅5.5％)、电熔刚玉4％、电熔尖晶石1.5％、二氧化硅4％、其它1.5％。

实施例2

以铝含量为0.035％的低碳钢为例，具体说明一下采用上述塞棒对低碳钢进行连铸吹氩的方法以及产生的效果。连铸吹氩的方法包括以下步骤：

步骤1：首先检查氩气柜内进气压力：1#/2#机进气压力≥78Mpa；

步骤2：烘烤前检测，塞棒前管路氩气比例阀开口度开至100％时，塞棒氩气压力须达到0.25MPa以上；如塞棒压力＜0.25MPa，用手感触吹氩管道各接头是否漏气，如漏气及时处理；当压力＞1.5MPa时，塞棒可能堵塞，须更换塞棒；

步骤3：吹氩管路连接后，需要人工对硬管(软管)接头等重点部位使用喷壶进行检查，发现漏气及时处理；

步骤4：在中间包开浇前，通过该塞棒向中间包吹入惰性气体；其中：吹入惰性气体为氩气，吹入惰性气体的压力为：1.0MPa，流量为5～20L/min；

步骤5：持续吹入惰性气体，使中间包浸入式水口正上方8cm内的钢水温度提高5～10℃，且钢水温度均匀；吹气过程中在步骤4中规定的压力和流量范围内，随中间包内液面高度调整吹气压力和流量，以中间包钢水液面微微波动为宜；

步骤6：中间包内钢水液面到达规定高度，开始正常开浇后，调整吹入惰性气体惰性气体的压力为：0.6MPa，流量为4～12L/min，以保证结晶器液面不翻腾为宜。

另外，浇注过程中调节电磁阀阀门开口度时，如减小，每次开口度减小值4％；防止倒吸堵死塞棒吹氩孔；如增大，每次开口度增大值4％，并保持2.5分钟。

本发明提供的本发明基于生产成本考虑，充分结合现场生产实际，提供一种能够预防连铸开浇低温事故的中间包塞棒，开浇时，中间包耐材吸热会造成水口周围钢水温度偏低。由于该塞棒1内部设有环向的扁平式的下倾斜通道2，通过开浇吹氩搅拌，促使塞棒周围钢液形成回旋搅动，使中间包底部低温钢水和上部高温钢水形成对流，提高浸入式水口4碗口处钢水温度，达5～10℃，结晶器液渣层平均厚度由8.2mm增加到10.5mm，单开第一炉报警坯坯降低67％，有效防止中间包底部钢水降温结冷钢导致浸入式水口4堵塞和结晶器化渣不良造成的铸坯频繁粘结等开浇低温事故。

实施例3

一种具有预防连铸开浇低温事故的控制方法。除下述技术参数外，其余同实施例1。

以铝含量为0.035％的低碳钢为例，具体说明一下采用上述吹氩系统对低碳钢进行连铸吹氩的方法以及产生的效果。连铸吹氩的方法包括以下步骤：

步骤1：首先检查氩气柜内进气压力：1#/2#机进气压力≥78Mpa；

步骤2：烘烤前检测，塞棒前管路氩气比例阀开口度开至100％时，塞棒氩气压力须达到0.25MPa以上；如塞棒压力＜0.25MPa，用手感触吹氩管道各接头是否漏气，如漏气及时处理；当压力＞1.5MPa时，塞棒可能堵塞，须更换塞棒；

步骤3：吹氩管路连接后，需要人工对硬管(软管)接头等重点部位使用喷壶进行检查，发现漏气及时处理；

步骤4：在中间包开浇前，通过该塞棒向中间包吹入惰性气体；其中：吹入惰性气体为氩气，吹入惰性气体的压力为：1.5MPa，流量为5～20L/min；

步骤5：持续吹入惰性气体，使中间包浸入式水口正上方8cm内的钢水温度提高5～10℃，且钢水温度均匀；吹气过程中在步骤4中规定的压力和流量范围内，随中间包内液面高度调整吹气压力和流量，以中间包钢水液面微微波动为宜；

步骤6：中间包内钢水液面到达规定高度，开始正常开浇后，调整吹入惰性气体惰性气体的压力为：0.8MPa，流量为4～12L/min，以保证结晶器液面不翻腾为宜。

另外，浇注过程中调节电磁阀阀门开口度时，如减小，每次开口度减小值3％；防止倒吸堵死塞棒吹氩孔；如增大，每次开口度增大值3％，并保持2分钟。

本实施例钢水温度提高5～10℃，单开第一炉结晶器液渣层平均厚度由7.9mm增加到11.3mm，单开第一炉报警坯坯降低约63％。

因此，本发明具有制作容易，成本低廉，操作方便，且能有效抑制中间包开浇低温事故、净化钢水的特点。

表1所示为发明人调控扁平式气体通道2的数目，以及控制吹氩流量值，达到均匀钢水温度以及提高钢水洁净度的目的。

表1实施例4～11参数控制

实施例4～11的参数控制，提高浸入式水口4碗口处钢水温度，达5～10℃，结晶器液渣层厚度由7～9mm增加到10～12mm，单开第一炉报警坯坯降低65～75％，有效防止中间包底部钢水降温结冷钢导致浸入式水口4堵塞和结晶器化渣不良造成的铸坯频繁粘结等开浇低温事故。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。