提升連鑄功能耐材使用壽命的實(shí)踐

王洪永

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

隨著連鑄技術(shù)的不斷發(fā)展，連鑄用功能耐火材料產(chǎn)品與應(yīng)用正逐步走向成熟，但如何進(jìn)一步提升耐材使用壽命仍是連鑄技術(shù)人員的不懈追求的目標(biāo)，提升連鑄功能耐材使用壽命對提高鑄機(jī)作業(yè)率、降低噸鋼成本有著重要的作用。為此,在發(fā)展連鑄技術(shù)的同時，相應(yīng)發(fā)展連鑄用功能材料，連鑄用功能材料是連鑄機(jī)組中的重要部位，除具有一般的功能性外，還要求有凈化鋼水、改善鋼的質(zhì)量、穩(wěn)定鋼水的溫度和成分、控制和調(diào)節(jié)鋼水流量等功能。特點(diǎn)是高性能、高精度和高技術(shù)，由于使用條件苛刻,要求安全可靠。連鑄用功能耐材主要包括：大包套管、中間包塞棒、方坯快換水口、浸入式水口等，本文將從技術(shù)及生產(chǎn)實(shí)踐角度介紹提升連鑄功能耐材使用壽命的一些具體方法。

1 大包套管

大包套管主要用于鋼包與中間包之間，用于防止鋼水被二次氧化和鋼水飛濺。目前應(yīng)用的大包套管多為免烘烤鋁碳質(zhì)套管。

其損毀部位有以下幾點(diǎn)：一是渣線侵蝕重，主要為隨著使用壽命的延長中包渣、中包覆蓋劑、稻殼等對渣線部位的侵蝕造成；二是中部竄鋼，主要原因?yàn)殇撘浩鳑_刷和吹氧清掃導(dǎo)致套管內(nèi)壁損壞；三是內(nèi)部擴(kuò)孔嚴(yán)重，主要原因?yàn)樘坠苌峡诿芊獠粐?yán)、吸氣嚴(yán)重使套管內(nèi)壁氧化脫碳不耐鋼水沖刷侵蝕導(dǎo)致。提高大包套管壽命的措施如下。

1.1 渣線侵蝕重

一方面可改進(jìn)渣線材質(zhì)，在渣線部位加入ZrO2提高套管在渣線抗侵蝕性；一方面可對渣線部位進(jìn)行加厚，提高使用壽命；另外在操作中，在保障套管插入鋼水深度150mm以上的情況下，通過不同爐次大包回轉(zhuǎn)臺升降調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)變渣線操作，提升套管使用壽命。

1.2 大包套管中部竄鋼

屬于操作問題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作，必須保障大包套管與鋼液流動方向一致，特別注意在待澆位座鋼包或吊離鋼包時大包套管的位置變化，出現(xiàn)套管偏問題及時予以調(diào)正。吹掃套管冷鋼注意觀察，氧氣流量、壓力不得過大，避免燒氧管集中于一個部位吹掃。

1.3 大包套管內(nèi)部擴(kuò)孔

由于套管碗部密封不嚴(yán)吸氧造成，應(yīng)選擇合適厚度及形狀的套管密封墊，保障套管吹氬保護(hù)流量和壓力，燒套管冷鋼避免損壞套管碗部，清完冷鋼后仔細(xì)觀察，如碗部有殘留冷鋼渣及時清理干凈。

通過以上措施的采取，大包套管使用壽命得以提升，套管通鋼量達(dá)到1000t以上。

2 中包塞棒

中包塞棒安裝于中間包內(nèi)，起開閉作用，通過控制塞棒頭部至中間包水口的位置來調(diào)節(jié)進(jìn)入MD的鋼水流量，保證結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面穩(wěn)定。中包塞棒是中包系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的耐火材料，以保證使用安全為第一要素，一旦塞棒失控，由于其不可更換將導(dǎo)致連鑄中斷澆注。

中包塞棒材質(zhì)多為鋁碳質(zhì)，其損毀原因主要有：一是塞棒渣線部位侵蝕嚴(yán)重，主要為渣線部位受中包渣及覆蓋劑侵蝕，渣線部位變細(xì)，嚴(yán)重時可導(dǎo)致塞棒斷中斷澆注。二是棒頭部位受沖刷侵蝕出現(xiàn)溝槽，導(dǎo)致中包塞棒關(guān)不住。三是無明顯侵蝕的塞棒斷，在塞棒任何部位無明顯侵蝕出現(xiàn)的塞棒斷現(xiàn)象，主要原因有塞棒本身存在細(xì)微缺陷未被發(fā)現(xiàn)；塞棒在運(yùn)輸、吊裝過程中出現(xiàn)磕碰導(dǎo)致?lián)p傷；在塞棒棒頭、渣線部位添加抗侵蝕材料后，棒頭、渣線與棒身部位的過渡區(qū)在制作中出現(xiàn)明顯分層，導(dǎo)致在使用過程中在過渡區(qū)直接斷棒。提高中包塞棒壽命的措施如下。

2.1 改進(jìn)提高材質(zhì)

在性能上除具有一定的冶金功能外，還要求有優(yōu)異的抗熱震性、高溫強(qiáng)度和抗侵蝕性等。隨著薄板(帶)坯連鑄、近終形連鑄等技術(shù)的發(fā)展以及對鑄坯質(zhì)量要求的提高，連鑄用材料無論在原料選用、制作工藝或產(chǎn)品的功能等方面均已進(jìn)入高技術(shù)陶瓷或高溫陶瓷領(lǐng)域。該材料由于受到鋼水、熔渣等高溫下的物理化學(xué)作用，使用條件更加苛刻。

渣線及棒頭改進(jìn)材質(zhì)增加抗侵蝕、抗沖刷性能，塞棒渣線、棒頭部位可使用ZrO2-C材質(zhì)進(jìn)行復(fù)合。塞棒渣線部位可適當(dāng)加粗提高其使用壽命，對于棒頭與棒身過渡部位在制作過程中保障過渡部位填充效果。

圖1 連鑄功能耐材圖

2.2 塞棒檢測與包裝

塞棒要求出廠前全面探傷檢測，塞棒內(nèi)部有裂紋的嚴(yán)禁出廠，塞棒采用木箱包裝，單個塞棒做好防護(hù)，防止相互碰撞產(chǎn)生損傷。

2.3 塞棒的吊運(yùn)與安裝

在單個塞棒吊運(yùn)過程中，使用專用吊具，兩人配合，小心輕放，防止任何碰撞，如過程出現(xiàn)碰撞情況，此支塞棒嚴(yán)禁使用。在安裝塞棒過程中，保障塞棒對中良好，出現(xiàn)不對中情況不得使用工具觸碰塞棒調(diào)整。

2.4 塞棒使用過程中的操作控制

嚴(yán)格控制鋼水中的氧含量；嚴(yán)格控制鋼包澆注后期的下渣量；在塞棒使用過程中通過降低鋼水液面或用鋼棒觸碰的方式觀察測量渣線侵蝕狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)侵蝕嚴(yán)重及時組織換包；在使用過程中在保障大包套管插入深度的前提下，通過變化中間包液面高度實(shí)施變渣線操作，提高塞棒使用壽命。

通過以上措施的采取，中包塞棒壽命得到提高，能夠保持與中包壽命一致，中包塞棒損壞原因造成的鑄機(jī)事故得到大幅度降低。

3 浸入式水口

浸入式水口用于中間包與結(jié)晶器之間，用于防止鋼水二次氧化、穩(wěn)定結(jié)晶器液面，目前浸入式水口的材質(zhì)多為復(fù)合鋯碳層的鋁碳質(zhì)浸入式水口，還有復(fù)合鋯質(zhì)的熔融石英質(zhì)浸入式水口。

浸入式水口損壞部位主要有：一是渣線侵蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致水口在渣線除穿孔；二是板坯浸入式水口快換時，在水口頸部斷裂；三是因鋼水粘造成水口內(nèi)部結(jié)瘤堵塞水口，拉速提不起來被迫更換水口。提高浸入式水口使用壽命的措施有以下幾點(diǎn)。

3.1 渣線侵蝕重

首先應(yīng)提高渣線復(fù)合層材質(zhì)質(zhì)量，提高抗熔渣侵蝕性，其次在滿足浸入式水口插入深度的前提下實(shí)施變渣線操作，每道渣線使用2小時，每隔20mm變一道渣線，可變3～4道渣線，提升浸入式水口使用壽命。

3.2 水口頸部斷裂

對于板坯浸入式水口打水口頸部斷裂主要是材質(zhì)問題，應(yīng)提升浸入式水口機(jī)械強(qiáng)度，另外需調(diào)整好浸入式水口快換機(jī)構(gòu)壓緊力，避免過緊。

3.3 鋼水粘換水口

鋼水粘堵塞水口問題一直是困擾連鑄工作者的重要問題，尤其是在薄板坯澆注低碳鋼、超低碳鋼種時容易發(fā)生，鋼水粘導(dǎo)致拉速提不起來，嚴(yán)重時造成停機(jī)，影響鑄機(jī)正常生產(chǎn)，頻繁更換浸入式水口，嚴(yán)重影響浸入式水口壽命的提高，為此對鋼水粘產(chǎn)生原因進(jìn)行系統(tǒng)分析。

取三次鋼水絮流后水口結(jié)瘤產(chǎn)物進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果如下。

表1 三次鋼水絮流水口結(jié)瘤產(chǎn)物化學(xué)成分分析

從化驗(yàn)結(jié)果看，下水口結(jié)瘤主要是高熔點(diǎn)的氧化物,以Al2O3為主，并混有MgO·Al2O3尖晶石、Cao、Al2O3系礦物以及少量的硅酸鹽。在鋼鐵生產(chǎn)中，使用鋁進(jìn)行脫氧，在含鋁鋼生產(chǎn)中，鋁使用量較大，為避免水口堵塞在鋼水精煉過程中要對鋼水進(jìn)行鈣處理，鈣含量主要根據(jù)鋼中鋁含量確定,一般按Ca/Als ≥0.1 控制，鈣在鋼中起到夾雜物變性作用。采取Ca處理及底吹氬工藝,特別在Ca 處理后保證足夠的軟吹氬時間，可使夾雜物充分聚合上浮。準(zhǔn)確測定鋼中Als含量，并根據(jù)Als含量確定喂入鈣線量，有效控制夾雜物性質(zhì)，能夠大幅緩解水口堵塞問題。

另外，在實(shí)際操作中中包第一爐也易出現(xiàn)鋼水粘問題，可采取烘烤中包前清理干凈中包內(nèi)雜物，在開澆前向中包內(nèi)注入氬氣，在鋼水高度達(dá)到大包套管底端后及時添加覆蓋劑減少鋼水氧化等措施防止鋼水粘現(xiàn)象發(fā)生。

通過采取以上措施，板坯鑄機(jī)的浸入式水口壽命得到較大幅度的提升，鑄機(jī)鋼水粘現(xiàn)象得以有效緩解。

4 方坯鑄機(jī)快換水口

方坯定徑快換水口是方坯連鑄機(jī)重要的功能耐材，對提高中間包使用壽命、降低耐材成本起著關(guān)鍵作用，其包含中間包上水口、下水口及快換機(jī)構(gòu)，通過使用不同孔徑的快換定徑下水口控制方坯鑄機(jī)拉坯速度，定徑下水口使用壽命為4～5小時，到壽命后更換中包下水口，整體中間包使用壽命可達(dá)50小時以上。

方坯快換水口損壞原因主要有：一是上水口內(nèi)孔擴(kuò)徑嚴(yán)重導(dǎo)致中間包低壽命換包；二是上水口與下水口之間夾鋼片，嚴(yán)重時將導(dǎo)致水口間竄鋼。提高方坯鑄機(jī)快換水口使用壽命的措施。

4.1 上水口擴(kuò)徑重

對于此問題，一方面要求廠家提高上水口鋯芯質(zhì)量、增加鋯芯厚度提高使用壽命；一方面在使用過程中出現(xiàn)低溫、鋼水粘燒眼情況，提高操作精準(zhǔn)度豎直插入燒氧管，避免燒氧燒損上水口鋯芯。

4.2 上下水口間夾鋼片

主要從快換機(jī)構(gòu)安裝使用入手予以解決，應(yīng)規(guī)定機(jī)構(gòu)總使用次數(shù)，超出的予以報廢，嚴(yán)格執(zhí)行好機(jī)構(gòu)裝配標(biāo)準(zhǔn)，對同一機(jī)構(gòu)的氣體彈簧必須使用相同壓力的，低于規(guī)定壓力的氣體彈簧予以報廢。另外下水口鋯芯薄導(dǎo)致上水口擴(kuò)孔后侵蝕至下水口外圍料，外圍料不耐侵蝕導(dǎo)致夾鋼片嚴(yán)重問題，可采取加下水口上口鋯芯外徑的措施予以防止。

通過以上措施的采取，方坯鑄機(jī)快換上、下水口壽命得到提高，方坯鑄機(jī)中間包平均保齡穩(wěn)定在55小時以上的水平。

5 結(jié)語

通過對影響連鑄機(jī)用各項(xiàng)功能耐材使用壽命因素進(jìn)行系統(tǒng)分析，并結(jié)合鑄機(jī)生產(chǎn)工藝實(shí)際，提出了大包套管、浸入式水口、中包塞棒、方坯浸入式水口提升使用壽命的實(shí)踐控制措施，實(shí)施后使連鑄機(jī)功能耐材使用壽命得到較大幅度的提升，降低了鑄機(jī)耐材成本。