孫志良

（首鋼長治鋼鐵有限公司）

摘  要：本文通過對煉鋼廠連鑄工序中間包定徑水口在生產(chǎn)中發(fā)生的事故，運用逐項列舉的方法，分析了造成事故的各種原因；在綜合分析各種影響因素的基礎(chǔ)上，通過逐項跟蹤、分析、研究、試驗，最終解決了中間包定徑水口頻繁發(fā)生事故的問題，保證了連鑄工序的生產(chǎn)穩(wěn)順，也希望能為同行的發(fā)展提供有參考價值的理論和實踐指導。

關(guān)鍵詞：連鑄；中間包；水口

1  引言 

連鑄工序是煉鋼生產(chǎn)中的一個重要工序，在轉(zhuǎn)爐和軋鋼工序之間騎著承上啟下的作用，即將轉(zhuǎn)爐煉好的合格鋼水澆注為合格鋼坯，并及時供應(yīng)軋鋼廠。

連鑄用耐火材料對鋼的質(zhì)量和連鑄正常生產(chǎn)及能發(fā)揮起著重要作用。隨著現(xiàn)代高效連鑄技術(shù)的發(fā)展，必須進一步提高連鑄用耐火材料的性能，開發(fā)新型材料。連鑄用耐火材料的優(yōu)化及發(fā)展方向是提高耐材使用壽命，降低對鋼水的污染，滿足更長壽命的連澆和其它特殊功能。中間包定徑水口作為連鑄的一個關(guān)鍵耐火材料，對連鑄生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。

中間包定徑水口廣泛用于連鑄小斷面鑄坯生產(chǎn)的中間包無塞棒控流澆注系統(tǒng)，起著控制鋼水流量，穩(wěn)定拉坯速度的作用。鋼水均勻穩(wěn)定的通過定徑水口流入結(jié)晶器，是保證連鑄正常工作的必要條件。

定徑水口主要原材料為鋯質(zhì)內(nèi)芯。鋯質(zhì)定徑水口采用穩(wěn)定氧化鋯和天然斜鋯石經(jīng)特殊工藝穩(wěn)定后，由高壓成型，高溫燒制而成。定徑水口具有耐火度高，熱震性能好，抗侵蝕、耐沖刷，擴徑變化小、使用壽命長等特點。

定徑水口分為上水口和下水口。定徑水口性能的好壞直接影響著連鑄中間包壽命的提高，對穩(wěn)定連澆爐數(shù)，保證正常的生產(chǎn)組織有著重要的意義。國內(nèi)鋼廠目前定徑水口壽命平均在40小時左右，隨著技術(shù)的不斷進步，國內(nèi)已有鋼廠定徑水口使用壽命達到100小時以上，不僅提高了鑄機生產(chǎn)作業(yè)率，而且對提高產(chǎn)量，降低成本等有著重大的意義。

2  現(xiàn)狀分析

煉鋼廠有3臺小方坯連鑄機，1臺異型坯連鑄機，主要澆鑄HRB400E、HRB400K、Q235B、Q345B、HPB300D、MG500、HRB5000E等鋼種。主要工藝設(shè)備參數(shù)見表1。

表1　連鑄機主要工藝設(shè)備參數(shù)

近年來，降鐵比增產(chǎn)量成為鋼鐵行業(yè)各企業(yè)共同追求的目標，我廠產(chǎn)能得到進一步提高，鑄機平均拉速由2018年的2.2m/min左右提高到2019年的2.6m/mim左右。中間包正常壽命為36小時，上水口壽命與中包壽命同步，下水口壽命為6-8小時。

定徑水口在使用中主要受到化學侵蝕、機械沖刷和應(yīng)力剝落的影響，從2019年5月份開始，連鑄工序開始斷斷續(xù)續(xù)發(fā)生中間包使用中后期上水口出現(xiàn)擴徑、掉塊、上水口發(fā)紅等問題，至7、8月份越來越嚴重。期間還發(fā)生2次供貨下水口過程跑鋼事故，嚴重威脅到正常生產(chǎn)，連鑄機被迫多次提前停機或熱換中包。不僅對連鑄機安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成很大影響，而且打亂了原有的生產(chǎn)組織計劃，中間包耐材成本急劇增加。

通過技術(shù)人員對上水口、下水口及中間包從安裝到使用、下線全過程跟蹤檢查、分析，造成定徑水口發(fā)生問題的原因有以下幾方面；

2.1  上水口鋯芯質(zhì)量下降

定徑水口必須具備良好的耐沖刷、抗侵蝕和熱穩(wěn)定性，一般采用高純度的鋯英石、氧化鋯和CaO制作。

氧化鋯在不同溫度下，以3種不同類型的同質(zhì)異構(gòu)體存在，即：單斜晶系、四方晶系和立方晶系。三種晶系的密度分別為：5.65g/cm³、6.10 g/cm³、6.27 g/cm³。三種晶系密度相差較大，尤其是單斜晶系和四方晶系之間差別最大。

從熱力學分析，溫度低于1170℃時，純氧化鋯單斜相是穩(wěn)定狀態(tài)。當溫度超過1170℃時，ZrO₂由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较啵敎囟瘸^2370℃時，ZrO₂由四方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较啵钡?680-2700℃時熔化。整個相變過程是可逆的。

從單斜相向四方相轉(zhuǎn)變時，伴隨有7%左右的體積收縮，從高溫冷卻過程發(fā)生逆相變時，溫度降低約100℃，體積則膨脹約3-5%。這一體積變化足以導致材料發(fā)生微裂紋或明顯開裂現(xiàn)象。因此，有效的解決辦法就是在氧化鋯中加入穩(wěn)定劑，阻止相變過程體積變化和應(yīng)力的產(chǎn)生。

因此，上水口鋯芯質(zhì)量下降是上水口掉塊的主要原因。

2.2  鋯芯與外皮之間的泥縫穿鋼

我廠使用的中間包上水口為鑲嵌式定徑水口，本體為高鋁質(zhì)，水口內(nèi)芯為鋯英石和氧化鋯復合制成。水口鋯質(zhì)芯和水口本體分開制作，然后使用耐火泥將二者粘和在一塊。該水口成本低，熱穩(wěn)定性好。

跟蹤檢查下線中間包后發(fā)現(xiàn)，上水口發(fā)紅現(xiàn)象還與鋯芯與外皮之間的泥縫穿鋼有直接關(guān)系。泥縫穿鋼導致上下水口工作面本體受到鋼水侵蝕，夾帶冷鋼，極易造成更換下水口過程發(fā)生跑鋼事故；另一方面，泥縫穿鋼導致上水口發(fā)紅，極易發(fā)生崩裂跑鋼事故。

水口鋯質(zhì)芯和水口本體如果粘接不好，長時間使用就會發(fā)生水口芯脫落、泥縫穿鋼等現(xiàn)象。它的使用安全取決于泥料的性能和粘接工藝。

2.3  拉速提高對上水口泥縫侵蝕加大

鋼液對鋯芯的沖刷是非常嚴重的。由于受到地球引力影響，鋼水在中間包上水口內(nèi)呈螺旋渦流向下流出，流速能夠達到14m/s。由于鋼液比重大、溫度高、并且流速快，對上水口產(chǎn)生嚴重的熱沖刷。鑲嵌式上水口由于泥縫是薄弱環(huán)節(jié)，因而很容易被高速旋轉(zhuǎn)的鋼水沖刷掉而導致穿鋼至上下水口工作面。

跟蹤發(fā)現(xiàn)，連鑄拉速低時泥縫穿鋼現(xiàn)象基本不發(fā)生，拉速提高后泥縫穿鋼事故較多。

2.4  上下水口不對中

下水口使用壽命約為6-8小時，快換過程中，由于各種原因?qū)е孪滤诖虿坏轿唬舷滤诓粚χ校瑢е孪禄瑝K鋯芯外側(cè)高鋁質(zhì)耐材受到鋼水侵蝕產(chǎn)生凹坑，凹坑擴大后對上水口鋯芯外側(cè)進行侵蝕，導致上下水口工作面帶鋼嚴重。輕者造成上水口發(fā)紅堵流，重者造成更換下水口過程發(fā)生穿鋼事故。

2.5  上下水口工作面不平整

上下水口工作面不平整會導致生產(chǎn)中上下水口工作面夾冷鋼，更換下水口過程工作面會被劃傷，從而造成工作面跑鋼等事故。

3  采取措施

3.1  提高上水口鋯芯質(zhì)量

為提高上水口鋯芯質(zhì)量，一方面要求廠家調(diào)整配方，改進生產(chǎn)工藝，另一方面找其它廠家進行試驗。經(jīng)過對不同廠家、不同配方的上水口進行試驗，最終確定了新的配方和廠家，上水口鋯芯擴徑、鋯芯掉塊現(xiàn)象從根本上得到控制。

3.2  更改座磚

經(jīng)過技術(shù)人員的不斷跟蹤，由于鋼流直接沖刷對上水口起到較大破壞作用，故決定對水口座磚進行了更改，由上口敞開式變?yōu)樯峡诩用笔剑Ｗo上水口泥縫不受鋼水直接沖刷。

原座磚     改進后座磚

3.3  提高鑲嵌鋯芯的泥縫質(zhì)量

提高泥縫用耐火泥質(zhì)量，使用更加耐沖刷的鋯質(zhì)火泥料。

提高鑲嵌工藝，盡量縮小泥縫至小于0.5mm。

3.4  保證水口對中

對安裝快換機構(gòu)的工人進行培訓，做到標準化操作。

安裝對上下水口前，對偏心較明顯的上下水口予以挑出退貨。

每次安裝快換機構(gòu)前，對金屬件、水口支架、彈簧壓力進行測量，確保油缸行程誤差小于1mm，彈簧壓力在規(guī)定范圍內(nèi)，對磨損明顯的滑道及時予以更換。

每次中包烘烤前，由機長對快換機構(gòu)進行檢查，對快換油缸行程進行測量，保證生產(chǎn)中水口對中。

3.5  對工作面平整度較差的水口退貨

每批次水口到貨后，隨機抽樣檢查水口工作面平整度，對平整度較差的水口予以退貨。

3.6  改進滑塊鋯芯

將滑塊鋯芯加粗，尤其是滑塊的工作面部分鋯芯面積加大，確保在水口存在對中誤差的情況下，高鋁質(zhì)外皮不受鋼水沖刷影響正常使用。

4  結(jié)論

經(jīng)過近半年的跟蹤、改進、試驗，水口掉塊、發(fā)紅等事故得到了徹底控制。中包因水口問題導致的生產(chǎn)組織混亂現(xiàn)象得到了解決。

隨著連鑄技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)有小方坯鑄機拉速能夠達到5m/min以上甚至6-7m/min，連澆時間達到100多小時。這些技術(shù)的發(fā)展，離不新型耐火材料的支撐。總而言之，連鑄用耐火材料正向著多功能、高性能、長壽命方向發(fā)展，應(yīng)加快開發(fā)連鑄用新型耐火材料的步伐，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

參考文獻

[1]  薛娜、馬林、呂戊生;添加劑和結(jié)合劑對氧化鋯陶瓷性能的影響;硅酸鹽通報;2009年第28卷第3期；

[2]  李學偉、王新福、趙洪波等，氧化鋯水口在使用中的損毀機理初探【J】，河北冶金，2006,156（6）：1-4