小方坯高拉速中間包上水口侵蝕機理研究

摘要本文簡述了連鑄中間包上水口侵蝕機理，針對小方坯高拉速鑄機拉速快、流量大且澆注時間長等特點，易發生上水口無流量堵塞、碗部破損流量大、外套與鋯碗間滲鋼、本體與座磚滲鋼等情況，通過采取改進上水口外套材質、填充料的材質、上水口保護措施的優化、中間包預烘烤等方法，使得中間包上水口開裂、破損、堵塞問題基本解決，中間包連澆爐數進一步提升，滿足多爐連澆的生產要求，進一步降低企業生產成本。

關鍵詞連鑄中間包；材質；侵蝕

陽春新鋼鐵有限責任公司煉鋼廠現有120噸轉爐二座，配有二座CAS站與一座LF精煉爐、三臺5機5流連鑄機，其中1#、3#鑄機弧度R9、2#鑄機弧度R8，經過多次提速改造后具備4.51 m/min的工作拉速，最高達到5.73 m/min的最高拉速，而現有中間包控流采用塞棒控流方式，主要由塞棒、中間包上水口、中間包下水口組成。因鑄機拉速快、上水口孔徑大，故鋼流對上水口周圍或上水口本體沖刷嚴重，造成連澆爐數≥30爐后，經常出現上水口流量波動或堵塞及塞棒失控流量大，導致關流影響生產。現對中間包上水口開裂、侵蝕機理開展研究，并制定對應措施，目前中間包連澆爐數達到44爐以上，最高連澆爐數達到50爐，澆注時間達到24 h以上，創小方坯高拉速采用塞棒控流方式國內較高水平。

1研究過程及措施

1.1鋯質水口侵蝕原因及解決流程

中間包鋯質水口以高耐侵蝕耐火材料制成，在整個連續鑄鋼過程中直徑基本保持不變，可保證連鑄過程有穩定的拉速，通常用鋯質（Zr02為60%～95%）的材料制作而成。為保證鋯管進一步起到保護作用，目前外套材料基本采用鎂碳質材料為主，而當前中間包上水口問題主要從以下方面開展工作（見圖1）。

1.2上水口鋯碗的破損原理

鋯質材料上水口作為連鑄工藝中間包耐火材料之一，主要用于小方坯連鑄，可以起到控制鋼水流量的作用，需具備優良的抗熱震穩定性和耐侵蝕性能，以保證鋼水可以通過水口均勻穩定地流入結晶器內，從而保證連鑄工藝的正常進行，提高生產效率。但針對高拉速鑄機因拉速快、注流速度大、上水口周圍易產生鋼流漩渦對上水口鋯碗沖刷，故對上水口碗部采用干式料全面保護（見圖2），以減少鋼水對上水口鋯碗的沖刷。

干式料分為底料與渣線料二種材料，主要區別在于鎂砂含量，因鎂砂具有結晶粒度大、結構致密、抗渣性強、熱震穩定性好等特點，故通過加入不同鎂砂含量的干式料應用在不同位置，以達到成本利用的最大化，針對中間包鋼水渣線部位則采用鎂砂含量高的渣線料，而針對中間包渣線部位以外的部分則使用鎂砂含量低的底料，所以為更好地保護上水口碗部，我們改變原底料填充模式，全部使用渣線料替代，同時使用專用干式料搗緊工具和專用上水口保護裝置（見圖3），以此使渣線料全面對鋯碗進行保護。

1.3上水口外套與鋯管間滲鋼原理

鋯管和外套澆注過程中承受著極高的溫度和熱應力，高溫鋼水長時間沖刷上水口鋯管，導致鋯管和外套之間的連接處產生滲鋼現象（見圖4）。

為了防止連鑄上水口鋯管與外套之間發生滲鋼現象，特對上水口外套材料進行提質（見圖5），以保證外套的抗沖刷與侵蝕能力，現有手段為通過在外套材料中加入剛玉質材料及提高上水口外套材質Al2O3含量來實現。

1.4上水口本體與座磚滲鋼

連鑄中間包發生滲鋼往往出現在上水口與座磚之間，因上水口與座磚是兩種不同材料，同時耐材在冷態與熱態狀態下膨脹系數也存在不同，故通過跟蹤發現剛玉火泥（綠火泥）與石黑火泥（黑火泥）存在不同差異性（見圖6），而黑火泥在低溫狀態下能填補上水口本體與座磚之間的間隙，但在高溫下處于失效狀態，故容易出現滲鋼現象，而綠火泥致密度高，在高溫下收縮性穩定，可有效防止滲鋼現象。

1.5中間包采用預烘烤

為保證中間包壁或耐火材料在烘烤過程中不發生裂紋、垮包或耐材氧化影響使用壽命，故中間包烘烤對溫度有一定的要求，正常情況下中間包烘烤一般采用小火30 min、中火30 min、大火90 min模式，以此使中間包趨于逐步升溫過程和快速避開耐材表面氧化區間。通過將事故切割槍拉至需烘烤中間包烘烤器風箱入口處將其固定，使事故切割槍不會出現擺動，槍嘴正對進風口，距離保持在400～450 mm。再將切割槍固定后將其點火，調整預熱氧將火苗長度控制在150～200 mm左右，火苗距離進風口保護距離必須＞200 mm，以保證預熱烘烤效果（見圖7）。

中間包在點火烘烤前，如果環境溫度過低，導致中間包點火時實際溫差已過大，也會導致烘烤溫差過大，對耐材產生一定的影響，為避免此問題，在中間包烘烤前對中間包先進行預熱烘烤（見表1）。

2效果

2.1解決上水口破損、開裂、滲鋼問題

通過采取上述一系列改進措施，我們有效地減少了上水口碗部、本體的破損及塞棒失控問題。首先，通過改進上水口碗部保護材料和使用專用工具，使得干式料能夠更全面地保護鋯碗及外套上端，減少了鋼水對上水口的沖刷；其次，優化上水口外套材質選擇，增強了外套與鋯管間的抗侵蝕能力；此外，通過改進座磚與上水口填充物材質，進一步減少了外套與鋯管之間間隙，降低了滲鋼現象的發生。這些措施的綜合應用使得上水口的破損、開裂與座磚滲鋼（見圖8）問題基本得到了解決。

2.2提高連澆爐數和澆注時間

在采取改進措施后，我們實現了多爐連澆的生產要求，進一步降低了生產成本。通過減少上水口的破損、開裂和堵塞問題，進一步提高了連澆爐數和澆注時間。中間包連澆爐數達到44爐以上，最高連澆爐數達到50爐（見表2），澆注時間達到24 h以上，這一成果創下了小方坯高拉速采用塞棒控流方式的國內較高水平，為企業的生產效益和成本控制做出了積極貢獻。

3結語

本研究針對小方坯高拉速鑄機中間包上水口侵蝕問題進行了深入研究和實踐探索，通過改進上水口保護措施、優化材質選擇、采用預烘烤技術等一系列措施的綜合應用，有效地減少了上水口的破損、開裂問題，提高了連澆爐數和澆注時間，降低了生產成本。同時，本研究還推動了相關技術的發展和創新，為行業內的類似問題提供了新的解決方案和思路。

參考文獻

[1]尚學軍，陳昌平，宋世鋒.連鑄中間包用干式料的發展概況[J].耐火材料，2012，46（01）：70-73.

[2]田萍，軒宗宇.鎂質干式料中間包在連鑄的應用[J].金屬世界，2007（04）：12-14.

作者簡介：彭燦鋒（1976—），男，湖南湘鄉人，研究生，高級工程師。