長壽命板坯中間包的生產(chǎn)實踐

楊全海 王重君 白曉衛(wèi) 楊曉樂 丁 寧 羅 誠

唐山中厚板材有限公司 河北唐山 063000

唐山中厚板材有限公司煉鋼連鑄車間有3臺板坯連鑄機，澆鑄斷面為（200～280）mm×（1 600～2 100）mm，都為一機一流連鑄機，主要生產(chǎn)低合金高強度鋼，中間包容量30 t。

連鑄中間包不僅具有穩(wěn)流、分流的作用，而且對于鋼液的潔凈度、溫度分布以及穩(wěn)定操作也很重要［1］。由于公司產(chǎn)能大，生產(chǎn)節(jié)奏緊，因此，經(jīng)常存在快換中間包現(xiàn)象?？鞊Q中間包不僅增加頭尾坯量，增加煉鋼成本，更嚴(yán)重影響生產(chǎn)穩(wěn)定［2－3］。為增產(chǎn)、增效，公司對中間包壽命較低情況進行了攻關(guān)，對影響壽命的因素進行了多方面改進，使單個中間包壽命超過60 h，明顯提高了金屬收得率和連鑄機生產(chǎn)穩(wěn)定性。

1 塞棒的改進措施

中間包內(nèi)塞棒侵蝕主要分兩個方面：一是碳的氧化引起的棒頭變??；二是鋼液中夾雜物與氧化鋁形成低熔點的物質(zhì)被鋼液沖刷［4－5］。之前，中間包內(nèi)控流方式簡單，內(nèi)部僅設(shè)置一個擋壩來改變流場，不能有效發(fā)揮中間包去除夾雜的作用，棒頭侵蝕明顯。實踐過程中發(fā)現(xiàn)，由于液面渣層在塞棒周圍結(jié)殼，塞棒容易發(fā)生控流困難現(xiàn)象；同時，鋼液面夾雜物的聚集導(dǎo)致塞棒渣線部位侵蝕嚴(yán)重，部分侵蝕率甚至達(dá)到50%，嚴(yán)重影響中間包壽命和生產(chǎn)穩(wěn)定。為此，進行了如下改進。

1．1 搭建潔凈鋼生產(chǎn)平臺

通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐自動煉鋼模型，開發(fā)了出鋼即開始精煉脫氧新工藝，同時研究了LF底吹氣量和RH浸漬管提升氣量等對鋼中氧含量的影響，使鋼液最終氧含量（w）由4．5×10－4降低到3．5×10－4。

1．2 改進中間包流場

為了更有效去除鋼中夾雜物，減少塞棒部位渣層結(jié)殼，提高中間包壽命，采用擋墻、擋壩相結(jié)合的方式。按照此方式修砌的中間包，能很好地促進夾雜物上浮，減少棒頭侵蝕；同時，擋墻的設(shè)置還可以減少塞棒區(qū)鋼渣的聚集，從而降低鋼液對塞棒的沖刷力度以及鋼渣對塞棒的侵蝕力度，整體提高了塞棒的使用壽命［6］。

1．3 改進塞棒

（1）降低塞棒長度：將塞棒長度由1 740 mm改為1 650 mm，有效提高了塞棒整體強度。

（2）對塞棒棒頭進行改進：以前塞棒棒頭為半球形，使用過程中發(fā)現(xiàn)鋼流偶爾出現(xiàn)失控現(xiàn)象。分析原因認(rèn)為半球形棒頭與上水口接觸面積小，當(dāng)某部位發(fā)生侵蝕或塞棒水口未對中時，容易導(dǎo)致此類問題的發(fā)生。將半球形棒頭改進為錐形棒頭后，增大了上水口與塞棒的接觸面積，減少了鋼水的直接沖刷作用。這樣，當(dāng)棒頭某區(qū)域發(fā)生侵蝕時，其他位置還能正常和上水口結(jié)合，從而起到控流作用。示意圖如圖1所示。

圖1 塞棒棒頭改進前后示意圖

（3）對塞棒和上水口材質(zhì)進行改進：在塞棒棒頭和中間包上水口碗部加入復(fù)合金屬微粉。復(fù)合金屬微粉的引入，提高了材料的常溫和高溫強度。通過強化基質(zhì)，棒頭的抗侵蝕性和抗沖刷性大大提高。同時，提高塞棒渣線部位材質(zhì)的氧化鋁含量，并加入氧化鋁超微粉，顯著提高了塞棒的抗侵蝕性。

（4）加粗塞棒渣線：現(xiàn)行塞棒穩(wěn)定性能好，為了提高塞棒渣線抗侵蝕性，僅在塞棒渣線外層增加厚度20 mm。這樣在整體外形不變的基礎(chǔ)上，使得渣線位置抗侵蝕性能明顯提高。

2 穩(wěn)流器的改進措施

由于長時間受鋼液沖刷，中間包使用后期，穩(wěn)流器偶爾出現(xiàn)穿透現(xiàn)象。為減少此現(xiàn)象的發(fā)生，對穩(wěn)流器和大包長水口進行了改進。

（1）改變穩(wěn)流器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)。原來穩(wěn)流器是由澆注料整體澆注而成，綜合性能良好，但穩(wěn)流器底部抗沖擊能力較差。因此，對穩(wěn)流器生產(chǎn)方式進行了改進。預(yù)先在穩(wěn)流器底部鋪設(shè)高性能沖擊板，然后進行澆注，這極大提高了穩(wěn)流器底部抗沖擊能力。同時，穩(wěn)流器所用澆注料中引入特種添加劑，提高其高溫抗折強度。

（2）改進大包長水口。原先，大包長水口為直筒型，鋼水流速快，對穩(wěn)流器沖擊力度大，影響穩(wěn)流器壽命。因此，對大包長水口下部進行了擴徑處理，示意圖如圖2所示。出口直徑擴大后，有效降低了鋼流的沖擊速度，提高了穩(wěn)流器壽命。同時，擴徑后減少了大包上水口碗部溢鋼的可能性，降低了事故發(fā)生率。

圖2 大包長水口結(jié)構(gòu)改進前后示意圖

3 中間包工作層的改進措施

中間包內(nèi)高速流動的鋼液與工作層壁面之間由于相對運動而產(chǎn)生剪切應(yīng)力，工作層頻繁氧化，同時受到鋼液的劇烈沖刷。另外，渣蝕損毀也是工作層破壞的主要原因。渣向工作層內(nèi)部滲透并與其反應(yīng)生成低熔點物而溶入鋼渣中，從而導(dǎo)致工作層結(jié)構(gòu)剝落［7］。為此，采取如下措施：

（1）將工作層胎模振動時間由5 min提高到8 min。提高干式料致密度，進而提高了工作層的抗沖刷性能，降低了渣對工作層的滲透速度。

（2）改進中間包覆蓋劑。根據(jù)MgO－CaO－SiO2三元相圖可知，當(dāng)堿度在0～0．93時，覆蓋劑侵蝕工作層后相組成為CaO·MgO·SiO2（CMS）、方鎂石和MgO·2SiO2，其中CMS在1 490℃時會產(chǎn)生液相，加劇了鎂質(zhì)工作層的侵蝕［8］。因此，為了避免CMS相的產(chǎn)生，改進了覆蓋劑化學(xué)組成，改進前后覆蓋劑主要組成如表1所示。此法顯著提高了中間包工作層和塞棒的抗侵蝕性。

表1 改進前后覆蓋劑的主要化學(xué)組成

（3）改進中間包工作層。首先，采用高純大結(jié)晶電熔鎂砂為工作層主要原料，減少SiO2、CaO等雜質(zhì)，大幅提高干式料的耐火度；其次，引入少量納米粉，利用工作層服役環(huán)境原位生成尖晶石晶須，進而達(dá)到自致密與自修復(fù)的增強效果，從而提高材料高溫力學(xué)性能，抑制熔渣向內(nèi)部滲透，提高干式料抗侵蝕性能；再次，工作層干式料中引入特種添加劑，使其在服役過程中通過自燒結(jié)引起的固溶－脫溶反應(yīng)具有緩沖應(yīng)力的作用，減少耐火材料的結(jié)構(gòu)剝落和熔損。其中，添加劑中w（MgO＋Al2O3＋SiO2）≥80%，w（C）≤15%。

4 浸入式水口的改進措施

初期，浸入式水口壽命短，隨著中間包壽命的提高，快換水口次數(shù)逐漸增多。而快換水口是一種非穩(wěn)定澆鑄態(tài)，期間容易發(fā)生黏結(jié)漏鋼事故。同時，快換水口導(dǎo)致上下水口板間發(fā)生摩擦劃傷。因此，從兩方面進行了改進。

一方面，提高單支浸入式水口壽命。首先，結(jié)合耐材廠家對浸入式水口原材料進行改進，提高水口抗侵蝕性。其次，通過抬升中包車的方式將浸入式水口由一道渣線改為多道渣線，從而提高水口壽命。再次，在不影響結(jié)晶器流場的情況下，對浸入式水口渣線部位進行加粗。通過這三方面措施，單支浸入式水口壽命達(dá)到了32 h。

另一方面，開發(fā)免烘烤水口。浸入式水口在生產(chǎn)過程中偶爾會發(fā)生質(zhì)量異常現(xiàn)象，為保證生產(chǎn)，開發(fā)了免烘烤水口。當(dāng)普通浸入式水口突發(fā)質(zhì)量問題時，免烘烤水口可以不經(jīng)烘烤直接使用，極大地提高了應(yīng)對突發(fā)事故的處理能力。

5 上水口與座磚的改進措施

對中間包進行拆解后發(fā)現(xiàn)，上下水口板間劃傷是導(dǎo)致吸氣的主要原因；而中間包無法翻包是因為中間包上水口與座磚縫隙之間存在冷鋼，冷鋼下部與包殼黏結(jié)，導(dǎo)致無法翻包。對此，進行了以下改進。

（1）在中間包上水口碗部引入復(fù)合金屬微粉，同時內(nèi)部使用復(fù)合雙層鋯質(zhì)結(jié)構(gòu)，這大大提高了上水口的使用性能。

（2）將上水口成型壓力由100 MPa提高到140 MPa，提高了水口板間的強度和致密度，減輕表面劃傷程度。

（3）針對水口座磚之間存在冷鋼現(xiàn)象，結(jié)合廠家對火泥進行改進，減小座磚熱膨脹系數(shù)，一定程度上降低了鋼液擠出量。同時，在平滑形的上水口外部增加兩道深度為3 mm的凹槽（示意圖如圖3所示），用火泥對縫隙進行填充，杜絕了無法翻包的現(xiàn)象，促進了中間包的正常周轉(zhuǎn)。

圖3 改進前后水口形狀示意圖

6 結(jié)論

（1）通過搭建潔凈鋼生產(chǎn)平臺和改進中間包流場和塞棒的方式減少了鋼液對耐火材料的侵蝕；

（2）通過改進穩(wěn)流器和大包長水口的方式提高了穩(wěn)流器使用壽命；

（3）通過開發(fā)新型覆蓋劑和抗侵蝕工作層的方式提高了中間包工作層的使用壽命；

（4）通過開發(fā)免烘烤水口和改進浸入式水口的方式減少了換水口次數(shù)；

（5）通過改進上水口材質(zhì)、外形以及生產(chǎn)工藝提高了上水口的抗侵蝕性。