連鑄機(jī)浸入式水口長壽命攻關(guān)

摘要：文章通過分析制約浸入式水口使用壽命的因素，提出了提高烘烤質(zhì)量、防止吸氣、渣線操作等相應(yīng)措施，使浸入式水口的使用壽命有原來的6爐鋼提高到了現(xiàn)在的11爐鋼。為提高鑄坯質(zhì)量，保證生產(chǎn)穩(wěn)定性進(jìn)一步提高產(chǎn)能創(chuàng)作條件。

關(guān)鍵詞：連鑄機(jī)；浸入式水口；烘烤質(zhì)量；端面防氧化

中圖分類號：TF777 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0049-03

浸入式水口在全連鑄生產(chǎn)工藝中起到了重要的作用，尤其是對鑄坯的表面及質(zhì)量控制方面，如防止鋼水二次氧、防止鋼水吸氣、改善結(jié)晶器流場進(jìn)而改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量及表面質(zhì)量等；同時(shí)，在保證連鑄機(jī)生產(chǎn)順行、提高連澆爐數(shù)、提高作業(yè)率、提高鋼水收得率、提高職工工作環(huán)境、降低生產(chǎn)成本等方面也起了很大作用。

一、問題的提出

連鑄生產(chǎn)過程中，導(dǎo)致浸入式水口使用壽命降低的原因有很多，如因烘烤工藝或材質(zhì)問題導(dǎo)致水口炸裂，因水口材質(zhì)問題導(dǎo)致沖刷侵蝕過快，因密封效果差造成板間竄鋼等，浸入式水口一旦出現(xiàn)問題，輕則被迫更換，帶來一系列問題及安全隱患，如降低鋼水收得率及影響鑄坯的表面質(zhì)量，重則被迫停機(jī)，甚至?xí)l(fā)生諸如漏鋼等惡性生產(chǎn)事故。如何提高浸入式水口的使用壽命是我們目前需要攻關(guān)的一項(xiàng)重大課題。

二、問題及解決措施

（一）提高烘烤質(zhì)量，避免炸裂

如果浸入式水口烘烤溫度過低，在結(jié)晶器開澆或在線快速更換浸入式水口時(shí)，溫度相對過低的“冷”水口遇到高溫鋼水（一般＞1530℃）后急劇膨脹，水口由內(nèi)壁向外產(chǎn)生較大的溫度梯度及熱應(yīng)力，導(dǎo)致浸入式水口炸裂。因水口腕部最先接觸鋼水，此處炸裂的幾率也最大，常見的水口炸裂部位如圖1所示。因此，浸入式水口使用前的烘烤對于防止其炸裂非常重要。

浸入式水口材質(zhì)一般為鋁碳質(zhì)，從提高其性能角度考慮，烘烤時(shí)最好采用大火快速烘烤。同時(shí)，為避免水口因長時(shí)間烘烤而導(dǎo)致脫碳，盡量控制烘烤時(shí)間，總烘烤時(shí)間控制在1.5～2.5h為宜。根據(jù)長時(shí)間積累的烘烤經(jīng)驗(yàn)，浸入式水口烘烤需要快速（45min以內(nèi)）烘烤至1000℃～1100℃，同時(shí)要控制使用前的?；饡r(shí)間，保證使用前的水口溫度≥900℃。

（二）杜絕吸氣，防止端面被氧化

為保證鋁碳質(zhì)浸入式水口的耐熱沖擊性，一般在骨料內(nèi)添加少量的熔融石英及碳化硅材料。如果浸入式水口板間（即中包上水口與浸入式水口的結(jié)合面處）密封不好，空氣將在高溫鋼流的影響下被吸入，吸入的空氣中的氧與水口材料發(fā)生下列反映而揮發(fā)，導(dǎo)致浸入式水口表面產(chǎn)生空洞，致使組織脆化。浸入式水口端面被氧化后會出現(xiàn)凹坑，凹坑的出現(xiàn)會改變鋼水在浸入式水口內(nèi)的流動形態(tài)，進(jìn)而惡化結(jié)晶器流場，導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)鋼流偏流，被氧化的浸入式水口端面如圖2所示。

2C(固)+→2CO（氣）（1）

SiC(固)+2CO（氣）→SiO2(固)+3C(固) （2）

SiC(固)+ O2（氣）→SiO2(氣)+CO(氣)（3）

板間吸氣的原因及預(yù)防分以下幾個(gè)方面：

1．滑板問題或浸入式水口尺寸問題造成的板間配合間隙大（各處配合關(guān)系圖見圖3）。浸入式水口靠快換滑板內(nèi)置彈簧通過壓塊向上壓緊浸入式水口，使之與上水口緊密配合。如果彈簧的彈性系數(shù)及預(yù)緊力無法滿足正常的壓力需求，則浸入式水口與上水口間的間隙將增大，所以要定期檢查彈簧的彈性系數(shù)及預(yù)緊力，并定期更換彈簧；如果浸入式水口頭部厚度（圖3中“E”所標(biāo)示范圍）設(shè)計(jì)不合理，同樣也無法達(dá)到良好密封的效果，要求浸入式水口設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格以滑板的物理尺寸為基準(zhǔn)。結(jié)合以上兩個(gè)影響因素，要確保板間間隙小于0.5mm為宜。

圖中：A——浸入式水口與中包上水口結(jié)合處（即板間間隙處）

B——中包上水口

C——滑板板簧壓塊

D——浸入式水口

E——浸入式水口頭部厚度

2．快速更換水口時(shí)操作不當(dāng)造成板間夾鋼?？焖俑鼡Q浸入式水口是提高連鑄機(jī)作業(yè)率的一項(xiàng)重要措施，快換時(shí)需要將塞棒瞬間關(guān)閉，然后打入新水口。如果塞棒未關(guān)閉或塞棒關(guān)不嚴(yán)將導(dǎo)致上水口與浸入式水口間隙處夾鋼（水口夾鋼見圖4中箭頭所示），夾鋼將增大板間間隙，同樣增大吸氣量。因此，在快換水口過程中，操作配合度要求較高，一般要求在關(guān)閉塞棒后3秒方能打入新水口。

圖4板間夾鋼

3．氬氣密封不良導(dǎo)致板間間隙吸氣。板間氬氣密封的主要作用是使用氬氣在板間行程一個(gè)氬氣環(huán)境，以阻止空氣的吸入。中間包上水口端面處設(shè)置了環(huán)形氬氣槽，通過氬氣孔吹入氬氣，氬氣通路圖見圖5。氬氣密封不良的原因主要有三點(diǎn)，一是氬氣流量及壓力達(dá)不到工藝要求；二是吹氬管線有漏氣現(xiàn)象，無法保證上水口吹氬通路的壓力及流量；第三，在開澆前及快換水口過程中，如果上水口端面或浸入式水口端面有硬物，浸入式水口在打入過程中將兩個(gè)端面或其中之一劃傷，也會造成密封不良。對此，采取幾個(gè)相應(yīng)措施，確保密封良好，避免吸氣。第一，保證吹氬系統(tǒng)的氬氣流量及壓力，壓力取決于氬氣供氣系統(tǒng)壓力，操作人員要時(shí)刻關(guān)注壓力的穩(wěn)定性。流量控制以保證結(jié)晶器內(nèi)不翻動為原則，愈大愈好，流量控制一般在7～9L/min為宜；第二，吹氬管線要定期檢查，如發(fā)現(xiàn)破損及漏氣現(xiàn)象必須更換；第三，浸入式水口裝入前檢查上水口及浸入式水口端面是否有硬物，如有必須清理干凈。

（三）改進(jìn)配方及變渣線操作，提高浸入式水口的使用壽命

結(jié)晶器保護(hù)渣中添加了含有劇烈侵蝕耐火材料的堿性成分及氟化物，其堿度低、熔點(diǎn)低、粘性低，造成了在保護(hù)渣與鋼水的界面處增強(qiáng)了對浸入式水口的侵蝕性。浸入式水口渣線部位ZrO2-C復(fù)合材料受到保護(hù)渣的侵蝕為：碳在高溫下與鋼水中的氧發(fā)生氧化而損失，ZrO2顆粒露出，并同保護(hù)渣低粘性化成分發(fā)生反應(yīng)等，立方晶ZrO2轉(zhuǎn)化為單斜晶ZrO2顆粒而發(fā)生細(xì)碎化，受到磨損而流失。愈是粘性低的保護(hù)渣愈會促進(jìn)ZrO2顆粒的細(xì)碎化，也愈容易流入保護(hù)渣中，侵蝕速度比高粘性保護(hù)渣高。因此，需要提高浸入式水口配料中的ZrO2含量，因ZrO2熔點(diǎn)高達(dá)2680℃，抗侵蝕性優(yōu)良，隨著ZrO2含量的提高，熔損指數(shù)也將降低。為此，應(yīng)將ZrO2含量提高到80%以上。同時(shí)，也要調(diào)整粒度級別，提高致密度，對提高浸入式水口的耐侵蝕性起到了一定作用。

浸入式水口的單個(gè)渣線使用時(shí)間是有限的，根據(jù)濟(jì)鋼寬厚板廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，單個(gè)渣線的使用時(shí)間正常為2.5～3小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足多爐連澆的工藝需求。因此，采用了變渣線工藝，根據(jù)ZrO2-C復(fù)合材料的寬度，通過中間包位置的升降，充分利用浸入式水口ZrO2-C復(fù)合材料，渣線使用以3條為宜。

三、應(yīng)用效果

濟(jì)鋼寬厚板廠通過對浸入式水口的烘烤控制、氬氣密封效果及變渣線操作等措施的實(shí)施，有效地提高了浸入式水口的使用壽命，水口壽命由2009年的6爐鋼（純過鋼55分鐘/爐）提高到了現(xiàn)在的11爐鋼，達(dá)到了提高連澆爐數(shù)、提高作業(yè)率、提高鋼水收得率、提高職工工作環(huán)境、降低生產(chǎn)成本等預(yù)期目的。

四、結(jié)語

浸入式水口作為連鑄工序功能耐材的一部分，對鑄坯質(zhì)量、生產(chǎn)順行等方面起到了很大作用，需要認(rèn)真對待它的使用。盡管我們現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了11爐連澆的使用壽命預(yù)期目的，目前寬厚板廠使用的干式料中間包，在不更換水口情況下，浸入式水口壽命還是制約包齡提升的關(guān)鍵性因素，需要對它的使用進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步挖潛浸入式水口的使用壽命，為連鑄生產(chǎn)提供更可靠的保障。

作者簡介：張立標(biāo)（1981-），男，供職于濟(jì)南鋼鐵股份有限公司寬厚板廠生產(chǎn)科。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）