水口堵塞

连铸水口的堵塞机理
水口堵塞严重地影响连铸的生产率和质量。

本文对连铸水口堵塞的原因、影响及解决办法进行评论。

讨论了钢流通过水口时产生的热损失的一维稳态分析的结果。

1前言
连铸水口的堵塞是物质聚集在中间包与结晶器之间的钢流通道中(见图1)
堵塞会造成以下后果:
1)降低生产率。

为了补偿堵塞，必须将中包液面提高。

如果堵塞很严重，提高中包液面将不再能够进行补偿，那么就必须减小浇铸速度或者更换水口。

这些情况会减少浇铸产量，因而会降低生产率。

2)增加成本。

浇铸拉速很小时，只能通过更换中间包时来达到生产要求。

这就限制了中间包的有效寿命。

而且堵塞还减少连浇炉数。

所以水口堵塞会造成附加的中间包修复费用以及水口更换的费
用。

3)降低质量。

非金属颗粒会从堵塞聚集处分离开而使产品出现不合格的纯度缺陷。

而且流股通道缩小还在结晶器中产生不希望的流场而造成质量问题(如结晶器保护剂吸入、坯壳变薄等)。

而且，由于中间包水口堵塞而更换中间包时出现的结晶器液面波动现象还会引起质量降低。

2堵塞
通常有四种类型的堵塞，每一种的起因都不相同。

实际中，一个水口内的堵塞会由于两种或更多种类型的原因所致。

本文按脱氧产物、凝固的钢、复合氧化物和反应产物四种类型的堵塞将形成堵塞的原因区别开。

2. 1堵塞的原因
对于由凝固的钢或反应产物形成的那些堵塞，传送及附着机理都很直观，因为堵塞现象发生在水口壁处。

但对于由脱氧产物构成的堵塞，其传送及附着过程就很复杂。

2. 2避免堵塞的办法
2. 2. 1提高钢洁净度
减少堵塞最明显的措施是降低脱氧产物的聚集及减少二次氧化产物的形成。

对于为达到提高钢洁净度所采取的措施已进行了评论。

重要的洁净炼钢方面包括:
1)钢包精炼法真空脱气处理得到的洁净度比底吹氮的效果好;
2)防止二次氧化。

钢包到中间包的浸入式浇注、中间包表面保护、密闭的耐火材料接缝等会减少钢水与氧气的接触，因而可改进洁净度;
3)去除脱氧产物最佳的中间包流场钢液中去除脱氧产物;
4)防止保护渣夹带钢包到中间包的浸入式浇注及避免钢包中的渣带入可减少钢液中外来夹杂的量。

2. 2. 2减少脱氧产物的沉积
钢的洁净度改进还不可能完全消除水口堵塞。

根据道森的计算，对于典型的浇注条件，如果每1 50个非金属夹杂中有一个沉积在水口上，水口就可能堵塞.为了减少夹带的脱氧产物的沉积，已经采用了以下几种技术:
1）烧氧，通过水口氧气吹入钢水流股已在我厂广泛用于减少水口堵塞.但由于氧化物多时（即钢水过氧时），烧氧作用不大。

2）喷氢。

有资料介绍，喷氢是国外减少水口堵塞应用最广的方法。

典型的氢气喷入速率是5升/分(标准温度压力)。

改进抗堵塞性有以下几个理由:
<1)在水口壁上形成氢气膜，可防止脱氧产物与水口壁接触;
(2)氢气泡将脱氧产物从水口壁上吹洗掉;
(3)氢气泡促使脱氧产物的上浮;
(4)喷氢可增强紊流，可使沉积物被冲洗掉;
(5)水口内的压力增大，因而可减少通过水口的空气吸入。

不采用喷氢时，在水模型中的滑动水口附近以及在塞棒端座表面附近已测得负表压;
(6)氢气可防止钢水与耐火材料之间的化学反应。

氢气喷吹可通过耐火材料上的小孔或通过耐火材料上机械加工的或激光切割的孔。

在高附着区域将氨气流量调大并且局部均匀已证明可减少堵塞。

喷吹氮气的缺点包括:由于增大了结晶器液面波动、气泡被带进坯壳以及由于高的回压或水口热冲击抵抗性减小而造成水口开裂等而加剧了质量缺陷及水口渣线侵蚀。

从以上各点可知，喷氢是较好的对付水口堵塞的办法，但我厂现在没有上喷氢，这可能是成本太高，而我厂现在水口堵塞还远没到必须上喷氢这套设备的必要。

2. 2. 3水口材料改进。

对各种水口成分进行了调查。

将氧化钙加进水口通过使夹杂液化可减少堵塞。

但这种方法的有效性被氧化钙扩散到耐火材料表面所限制。

2. 2. 4水口几何形状改进为了减小堵塞影响，广泛采用大尺寸的水口内径.为了减小堵塞程度，进行了以下调查工作;
1)改进接缝密封（在中包水口与套管间加密封垫）加强将水口固定到位的钢结构可减少空气吸入因而可减少堵塞.
2)改变水口内径。

增大水口内径可减少堵塞.
3)在水口周围保温在堵塞部位周围保温、预热以及加热可减少堵塞.
3小结
连铸水口的堵塞会导致生产率降低、维修费用增加以及产品质量下降。

堵塞是由于脱氧产物的沉积、水口壁上的凝固、复合氧化物的形成或水口壁处的化学反应等原因造成的。

这些机理在实际中会共同起作用。

有效的堵塞克服措施包括改进钢水洁净度、烧氧、喷吹氢气以及及改进水口等。

对水口进行的简单稳态热传递分析表明:在堵塞积聚内的钢水会在浇注过程中凝结，因而加剧了堵塞积聚。

证明钢的洁净度会通过改变脱氧产物沉积率而影响凝固行为。

在浇注开始时出现结瘤的程度会很大，因为水口及周围的设施会起散热片的作用。

由于水口内的结瘤通过减小堵塞再带入量而增大堵塞积聚率，因此应进一步调查减少结瘤的措施。

论文材料
连铸水口堵塞的机理
甄春艳
二○○七年三月三十日。