長壽命板坯中間包的生產實踐

楊全海 王重君 白曉衛 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，主要生產低合金高強度鋼，中間包容量30 t。

連鑄中間包不僅具有穩流、分流的作用，而且對于鋼液的潔凈度、溫度分布以及穩定操作也很重要［1］。由于公司產能大，生產節奏緊，因此，經常存在快換中間包現象。快換中間包不僅增加頭尾坯量，增加煉鋼成本，更嚴重影響生產穩定［2－3］。為增產、增效，公司對中間包壽命較低情況進行了攻關，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穩定性。

1 塞棒的改進措施

中間包內塞棒侵蝕主要分兩個方面：一是碳的氧化引起的棒頭變?。欢卿撘褐袏A雜物與氧化鋁形成低熔點的物質被鋼液沖刷［4－5］。之前，中間包內控流方式簡單，內部僅設置一個擋壩來改變流場，不能有效發揮中間包去除夾雜的作用，棒頭侵蝕明顯。實踐過程中發現，由于液面渣層在塞棒周圍結殼，塞棒容易發生控流困難現象；同時，鋼液面夾雜物的聚集導致塞棒渣線部位侵蝕嚴重，部分侵蝕率甚至達到50%，嚴重影響中間包壽命和生產穩定。為此，進行了如下改進。

1．1 搭建潔凈鋼生產平臺

通過優化轉爐自動煉鋼模型，開發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殼，提高中間包壽命，采用擋墻、擋壩相結合的方式。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，擋墻的設置還可以減少塞棒區鋼渣的聚集，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，使用過程中發現鋼流偶爾出現失控現象。分析原因認為半球形棒頭與上水口接觸面積小，當某部位發生侵蝕或塞棒水口未對中時，容易導致此類問題的發生。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，當棒頭某區域發生侵蝕時，其他位置還能正常和上水口結合，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進行改進：在塞棒棒頭和中間包上水口碗部加入復合金屬微粉。復合金屬微粉的引入，提高了材料的常溫和高溫強度。通過強化基質，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：現行塞棒穩定性能好，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上，使得渣線位置抗侵蝕性能明顯提高。

2 穩流器的改進措施

由于長時間受鋼液沖刷，中間包使用后期，穩流器偶爾出現穿透現象。為減少此現象的發生，對穩流器和大包長水口進行了改進。

（1）改變穩流器結構和材質。原來穩流器是由澆注料整體澆注而成，綜合性能良好，但穩流器底部抗沖擊能力較差。因此，對穩流器生產方式進行了改進。預先在穩流器底部鋪設高性能沖擊板，然后進行澆注，這極大提高了穩流器底部抗沖擊能力。同時，穩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，對穩流器沖擊力度大，影響穩流器壽命。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，降低了事故發生率。

圖2 大包長水口結構改進前后示意圖

3 中間包工作層的改進措施

中間包內高速流動的鋼液與工作層壁面之間由于相對運動而產生剪切應力，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。渣向工作層內部滲透并與其反應生成低熔點物而溶入鋼渣中，從而導致工作層結構剝落［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MgO－CaO－SiO2三元相圖可知，當堿度在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℃時會產生液相，加劇了鎂質工作層的侵蝕［8］。因此，為了避免CMS相的產生，改進了覆蓋劑化學組成，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組成

（3）改進中間包工作層。首先，采用高純大結晶電熔鎂砂為工作層主要原料，減少SiO2、CaO等雜質，大幅提高干式料的耐火度；其次，引入少量納米粉，利用工作層服役環境原位生成尖晶石晶須，進而達到自致密與自修復的增強效果，從而提高材料高溫力學性能，抑制熔渣向內部滲透，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引起的固溶－脫溶反應具有緩沖應力的作用，減少耐火材料的結構剝落和熔損。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，快換水口次數逐漸增多。而快換水口是一種非穩定澆鑄態，期間容易發生黏結漏鋼事故。同時，快換水口導致上下水口板間發生摩擦劃傷。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到了32 h。

另一方面，開發免烘烤水口。浸入式水口在生產過程中偶爾會發生質量異常現象，為保證生產，開發了免烘烤水口。當普通浸入式水口突發質量問題時，免烘烤水口可以不經烘烤直接使用，極大地提高了應對突發事故的處理能力。

5 上水口與座磚的改進措施

對中間包進行拆解后發現，上下水口板間劃傷是導致吸氣的主要原因；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，導致無法翻包。對此，進行了以下改進。

（1）在中間包上水口碗部引入復合金屬微粉，同時內部使用復合雙層鋯質結構，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象，結合廠家對火泥進行改進，減小座磚熱膨脹系數，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象，促進了中間包的正常周轉。

圖3 改進前后水口形狀示意圖

6 結論

（1）通過搭建潔凈鋼生產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）通過改進穩流器和大包長水口的方式提高了穩流器使用壽命；

（3）通過開發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）通過開發免烘烤水口和改進浸入式水口的方式減少了換水口次數；

（5）通過改進上水口材質、外形以及生產工藝提高了上水口的抗侵蝕性。