莱钢：板坯连铸中间包长寿技术实践
2010-07-21 11:26 来源： 我的钢铁
提高板坯连铸机中间包的寿命，对降低连铸用耐火材料消耗，减少中间包注余及铸坯切头、去尾，提高铸坯合格率等，都具有重要意义。目前，国内板坯连铸中间包的寿命较低，一般为12～16h。为此，莱钢通过技术开发，解决了制约板坯连铸中间包寿命的几个关键技术难题，使中间包单包连浇时间由16h提高到24h以上。
1 影响板坯中间包寿命的主要问题
莱钢银山型钢公司炼钢厂于2004年7月建成投产，其主要工艺装备有：3座120t顶底复吹转炉，3座120t LF精炼炉，1座RH精炼炉，1台大H型钢近终形异型坯连铸机(2005年8月投产，以下简称1机)，3台板坯连铸机(以下简称2机、3机、4机)。3台板坯连铸机的主要工艺参数见表1。
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板坯连铸机投产初期，中间包工作衬采用传统的镁质涂抹料，中间包稳流器为镁质预制件，使用寿命较低(12～l6h)，并时常发生塞棒断棒、水口穿钢、穿包等事故。经分析，影响板坯中间包寿命的主要问题如下：
1)中间包稳流器不抗侵蚀、冲刷。稳流器安装在大包注流冲击区，原设计为单层结构的镁质预制件。在浇注过程中，受大包注流的冲刷、侵蚀，其内弧首先开裂，一是失去“稳流”作用，不利于中包内夹杂物的上浮排除；二是失去“容器”作用，加重注流对稳流器底板的冲刷和侵蚀，浇注10h左右稳流器底板就被击穿。随着包底工作衬的侵蚀、减薄，包底冲击区温度开始升高，若不及时停浇，必然导致包底穿钢事故。
2)中间包工作衬渣线侵蚀严重。中间包工作衬原采用镁质涂抹料。浇注超过16h后，冲击区渣线涂抹料被全部侵蚀、冲刷掉，开始侵蚀永久衬，并导致中间包翻包困难，残余工作衬不易剥离。
3)整体塞棒出现脱丝，渣线、棒头部位断裂以及垫棒失控。原塞棒连接丝杆与棒体的丝扣为石墨质，因石墨氧化导致脱扣；导致渣线、棒头部位断裂的主要原因是棒体中心吹氩孔偏斜，安装过程导致的损伤，低温烘烤氧化等；垫棒失控的主要原因是开浇时包衬和包盖内衬浇注料及粘附的钢渣脱落后直接掉入上水口内，或随开浇时钢流流到上水口内。
4)中间包上水口及座砖部位出现渗钢、穿钢事故。上水口的接钢口设计高于水口座砖20～30mm，由此使上水口的接钢口直接暴露在钢水中，受钢水的侵蚀、冲刷加重，导致上水口的使用寿命大幅降低；氩封保护效果不佳，造成上水口氧化，水口表面抗侵蚀、冲刷能力降低，导致水口穿钢；浇注时间超过16h，随着包底因侵蚀、冲刷而减薄后，上水口与水口座砖直接暴露在钢水中，受钢水的侵蚀、冲刷加重，在上水口与水口座砖之间发生渗钢、穿钢事故。
2 主要技术措施
2.1 开发新型长寿中间包稳流器
原稳流器为镁质预制件，它存在以下缺点：抗热震性较差，内弧易开裂，加剧钢流对稳流器底部的冲击，导致稳流器底板击穿；不能一次加料成型，稳流器上盖需要把模具翻过来后二次加料成型；由于稳流器器壁较厚，在烘烤过程中水分不易排出，容易出现裂纹，成品合格率只有50％左右。
通过对中问包稳流器损毁机理的研究，依据稳流器外壁和内腔对性能的不同要求，采用套装式复合结构：外壁采用热震性良好的低水泥铝镁浇注料，并且外形根据中间包冲击区的形状和尺寸要求设计；内腔壁采用镁质顶制件，烘烤后组装而成。新型中间包稳流器结构示意图见图1。
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本设计的主要优点为：
1)稳流器为罐状缩口形态，延长了钢水在中间包内的停留时间，促进了夹杂物的上浮排除，有利于提高铸坯质量；
2)套装式复合结构，耐侵蚀，抗冲刷，使用寿命高，能够满足30h以上的寿命要求，可在各类连铸中间包上推广应用。
2.2 研制新型镁碳质渣线涂抹料
以精炼钢包渣线废旧镁碳砖为主原料，其临界粒度为5mm，配加总量为70％(质量分数，下同)，其中5～3mm的占22％，3～1mm的占18％，≤1mm的占30％；配加≤0.074mm的电熔镁砂细粉和CrO细粉，并添加适量的抗氧化剂、烧结剂、结合剂、减水剂、防爆剂等，研制了新型镁碳质涂抹料，其w(MgO)≥66.0％，w(C)=6％～8％，w(Cr203)=2％～3％，体积密度≥2.72g·cm-3。使用结果表明，该涂抹料施工性能好，烘烤过程中无开裂、塌料现象，抗侵蚀、冲刷性能好，满足了24h以上的使用寿命要求。
2.3 研制专用包底料
镁碳质涂抹料应用初期，中间包工作衬全部采用渣线用镁碳质涂抹料。随着中间包连拉时间的延长，连浇时间超过20h，包底料出现渗钢现象，导致包底温度升高。观察拆掉的工作衬可以看到，工作层中含有相当量的钢粒，经过多次使用，积累成一层钢片。
分析认为，包底渗钢现象主要和钢水的含氧量有关。通过精炼后，钢水含氧量较低。当钢水注人中间包后，耐火材料气孔中的氧容易被钢水消耗，气孔中不易形成FeO、Si0、Ca0等高温环境中比较粘稠的堵塞气孔的化合物，使包底容易产生渗钢现象。
为此，在渣线用镁碳质涂抹料工艺配方的基础上进行优化改进，将≤1mm的废旧镁碳砖颗粒改为中档烧结镁砂，调整粒级级配，添加一定量的超微粉，适当提高体积密度，并在配料中预先引入部分氧化物，研制了专用包底涂抹料，解决了包底料渗钢问题。
2.4 整体塞棒相关技术的开发
(1)针对中间包塞棒丝扣氧化、脱扣问题，改石墨质丝扣为金属丝扣。同时采取防氧化措施，采用结晶器密封涂料加强丝扣连接处的密封，用高纯甩丝毯保护丝杆，减轻在中包烘烤和浇注过程中的高温氧化。
(2)优化中间包烘烤工艺，严格控制小火烘烤时间，保证大火烘烤时间，严禁烘烤期间的减火、停火操作，减轻塞棒的低温氧化，避免浇注第一炉时因较大温度差产生的热震作用导致的裂纹等问题。
2.5 中间包上水口相关技术的改进
(1)上水口改进与圆台形围堰的开发。原上水口的接钢口高于水口座砖20～30mm，后改为与水口座砖平齐。安装上水口及座砖后，在上水口座砖部位采用镁碳质涂抹料修砌一个圆台形围堰。上台涂抹料厚度50mm，下台定位于中间包上水口座砖的上表面壁厚的1/3～1/2处，内、外涂抹面的斜度为60°～70°，围堰高度为200～250mm。
(2)优化水口更换操作方式。一是更换水口时保证一定的氩气流量，瞬间吹走摩擦造成的粉末，避免氩气堵塞而造成的氧化穿钢；二是先关好塞棒，再打水口，防止钢水从氩封处渗出而造成的穿钢。
(3)在上水口下表面氩气孔对称位置开槽，促进氩气流通，防止氩气进入钢流而造成的翻钢。
(4)保证上、下水口对中良好，避免对中不好造成的耐材冲刷、侵蚀，进而避免穿钢问题。这些改进措施实施后，中包上水口使用寿命大幅提高，满足了24h以上的使用寿命要求。同时，上水口与水口座砖之间渗钢、穿钢问题得到解决。
2.6 操作技术的改进
(1)中间包恒液面操作技术。其要点是，中间包必须保持一定的液面高度，严禁低液面浇注。这不仅有利于延长钢水在中间包的停留时间，促进夹杂物上浮，而且可减轻大包注流对中间包稳流器的冲击。
(2)中间包包壳测温监控。在浇注过程中，单靠人眼的观察较难准确判断中间包内衬的侵蚀情况。采用红外线测温仪对中间包包底冲击区、渣线部位的外壳进行定时测温，发现升温速度异常或局部温度接近规定上限就立即计划安排停用，可预防和控制中间包穿包事故的发生。
3 结语
通过开发新型中间包稳流器、镁碳质涂抹料和专用包底料并改进整体塞棒和上水口相关工艺等，解决了制约板坯连铸中间包使用寿命的几个关键技术难题，使单中间包连浇时间由16h提高到24h以上。
作者 武光君 冯启超（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司炼钢厂）
摘自《耐火材料》2009年12月第43卷第6期
