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中發生的事故，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生事故的問題，保證了連鑄工序的生產穩順，也希望能為同行的發展提供有參考價值的理論和實踐指導。

關鍵詞：連鑄；中間包；水口

1  引言 

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

連鑄用耐火材料對鋼的質量和連鑄正常生產及能發揮起著重要作用。隨著現代高效連鑄技術的發展，必須進一步提高連鑄用耐火材料的性能，開發新型材料。連鑄用耐火材料的優化及發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鍵耐火材料，對連鑄生產起著至關重要的作用。

中間包定徑水口廣泛用于連鑄小斷面鑄坯生產的中間包無塞棒控流澆注系統，起著控制鋼水流量，穩定拉坯速度的作用。鋼水均勻穩定的通過定徑水口流入結晶器，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內芯。鋯質定徑水口采用穩定氧化鋯和天然斜鋯石經特殊工藝穩定后，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，對穩定連澆爐數，保證正常的生產組織有著重要的意義。國內鋼廠目前定徑水口壽命平均在40小時左右，隨著技術的不斷進步，國內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作業率，而且對提高產量，降低成本等有著重大的意義。

2  現狀分析

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。主要工藝設備參數見表1。

表1　連鑄機主要工藝設備參數

近年來，降鐵比增產量成為鋼鐵行業各企業共同追求的目標，我廠產能得到進一步提高，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、機械沖刷和應力剝落的影響，從2019年5月份開始，連鑄工序開始斷斷續續發生中間包使用中后期上水口出現擴徑、掉塊、上水口發紅等問題，至7、8月份越來越嚴重。期間還發生2次供貨下水口過程跑鋼事故，嚴重威脅到正常生產，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定生產造成很大影響，而且打亂了原有的生產組織計劃，中間包耐材成本急劇增加。

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

2.1  上水口鋯芯質量下降

定徑水口必須具備良好的耐沖刷、抗侵蝕和熱穩定性，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種不同類型的同質異構體存在，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定狀態。當溫度超過1170℃時，ZrO₂由單斜相轉變為四方相，當溫度超過2370℃時，ZrO₂由四方相轉變為立方相，直到2680-2700℃時熔化。整個相變過程是可逆的。

從單斜相向四方相轉變時，伴隨有7%左右的體積收縮，從高溫冷卻過程發生逆相變時，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生微裂紋或明顯開裂現象。因此，有效的解決辦法就是在氧化鋯中加入穩定劑，阻止相變過程體積變化和應力的產生。

因此，上水口鋯芯質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，水口內芯為鋯英石和氧化鋯復合制成。水口鋯質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，熱穩定性好。

跟蹤檢查下線中間包后發現，上水口發紅現象還與鋯芯與外皮之間的泥縫穿鋼有直接關系。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生跑鋼事故；另一方面，泥縫穿鋼導致上水口發紅，極易發生崩裂跑鋼事故。

水口鋯質芯和水口本體如果粘接不好，長時間使用就會發生水口芯脫落、泥縫穿鋼等現象。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，對上水口產生嚴重的熱沖刷。鑲嵌式上水口由于泥縫是薄弱環節，因而很容易被高速旋轉的鋼水沖刷掉而導致穿鋼至上下水口工作面。

跟蹤發現，連鑄拉速低時泥縫穿鋼現象基本不發生，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，由于各種原因導致下水口打不到位，上下水口不對中，導致下滑塊鋯芯外側高鋁質耐材受到鋼水侵蝕產生凹坑，凹坑擴大后對上水口鋯芯外側進行侵蝕，導致上下水口工作面帶鋼嚴重。輕者造成上水口發紅堵流，重者造成更換下水口過程發生穿鋼事故。

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  提高上水口鋯芯質量

為提高上水口鋯芯質量，一方面要求廠家調整配方，改進生產工藝，另一方面找其它廠家進行試驗。經過對不同廠家、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、鋯芯掉塊現象從根本上得到控制。

3.2  更改座磚

經過技術人員的不斷跟蹤，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，由上口敞開式變為上口加帽式，保護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量

提高泥縫用耐火泥質量，使用更加耐沖刷的鋯質火泥料。

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，彈簧壓力在規定范圍內，對磨損明顯的滑道及時予以更換。

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

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，高鋁質外皮不受鋼水沖刷影響正常使用。

4  結論

經過近半年的跟蹤、改進、試驗，水口掉塊、發紅等事故得到了徹底控制。中包因水口問題導致的生產組織混亂現象得到了解決。

隨著連鑄技術的快速發展，已經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。這些技術的發展，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、長壽命方向發展，應加快開發連鑄用新型耐火材料的步伐，加快產品的更新換代。

參考文獻

[1]  薛娜、馬林、呂戊生;添加劑和結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