提高連鑄中間包使用壽命的技術措施

譚學樣

（山鋼股份萊蕪分公司 煉鋼廠，山東 濟南271104）

1 前言

連鑄中間包是連鑄過程的關鍵設備之一，具有穩(wěn)流、分流的作用，對連鑄操作順行和保證鋼水質(zhì)量都起到十分重要的作用。中間包的穩(wěn)定澆注有利于延長鋼水在中間包內(nèi)的停留時間，均勻鋼水的溫度和成分。但是，中間包沖擊區(qū)附近工作層受鋼水沖刷侵蝕過快，制約中間包的使用壽命。通過在中間包鋼水沖擊區(qū)增加穩(wěn)流器，能夠減緩鋼水對沖擊區(qū)附近中間包的工作層的沖刷，從而進一步提高包齡。安裝穩(wěn)流器后，鋼水在中間包內(nèi)的運動軌跡發(fā)生改變，減小了附加環(huán)流，基本上消除了短路流，減少了卷渣，促進了夾雜物的上浮。但是仍然存在中間包兩側拐角處、座磚、上水口沖刷侵蝕嚴重、溫度高的問題，降低了中間包使用壽命，造成熱換甩坯增加、鋼鐵料消耗高以及耐材成本增加。因此需對連鑄中間包冶金工藝進行改進優(yōu)化，提高中間包使用壽命，保障鋼水潔凈度，改善鑄坯質(zhì)量，滿足用戶要求。萊蕪分公司煉鋼廠通過采取有效措施，取得了較好的冶金效果。

2 工藝流程及存在問題

工藝流程：50 t復吹轉(zhuǎn)爐→精煉→連鑄鋼包回轉(zhuǎn)臺→中間包→穩(wěn)流器→上水口→結晶器。

1）萊鋼煉鋼廠老區(qū)連鑄機中間包工作層經(jīng)多次擴容改造，工作襯相對較薄，包壁工作襯厚度在80 mm左右，且中間包包殼多年使用未有更新，包殼變形嚴重，致使包壁厚度不均。近期使用48 h以上中間包工作層渣線部位侵蝕厚度在40 mm以上，中間包渣線、沖擊區(qū)侵蝕嚴重。中間包渣線部位侵蝕后，導致該部位測溫較其他部位高50℃以上。

2）目前連鑄機塞棒中間包生產(chǎn)中，塞棒棒頭受到中間包內(nèi)鋼水的不均勻、強力沖刷，在使用12 h后導致塞棒棒頭不均勻、過快侵蝕，造成塞棒中間包無法穩(wěn)定控流，是限制塞棒中間包使用壽命的關鍵因素。

3）定徑中間包在使用壽命后期，中間包上水口過快侵蝕，鋯芯脫落，經(jīng)常出現(xiàn)水口堵塞、連鑄斷流的問題，嚴重影響連鑄高效化生產(chǎn)。

以上因素導致非計劃更換中間包情況較多，嚴重影響中間包壽命的提升，給連鑄機的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)帶來較大風險。

3 改進措施

3.1 中間包渣線鎂碳磚復合修砌技術

中間包耐材分為永久層、工作層兩部分，永久層主要用于中間包保溫，抗侵蝕能力差；工作層主要用于抗高溫鋼水、鋼渣的侵蝕，保溫效果相對較差［1］。提高中間包渣線的抗侵蝕性能主要通過優(yōu)化工作層方面進行改進。統(tǒng)計2018年下半年中間包使用情況如表1所示。

表1 2018年下半年中間包下線類別及數(shù)量 個

通過研發(fā)一種中間包渣線鎂碳磚砌筑工藝，根據(jù)中間包渣線侵蝕寬度、中間包工作層厚度情況，設計一種300 mm×300 mm×30 mm規(guī)格中間包渣線專用鎂碳磚，中間包工作層用料為鎂質(zhì)干式料［2］。根據(jù)中間包內(nèi)侵蝕情況不同，改進中間包渣線部位鎂質(zhì)干式料材質(zhì)，提高渣線部位鎂質(zhì)干式料抗侵蝕性能。鎂質(zhì)干式料分為渣線鎂質(zhì)干式料、包底鎂質(zhì)干式料兩種，中間包渣線部位以下及中間包包底使用包底鎂質(zhì)干式料，中間包渣線部位使用專用鎂質(zhì)干式料。在中間包準備時，中間包永久層打結完畢后，進行中間包工作層的打結。先填充中間包渣線部位以下包底鎂質(zhì)干式料，再沿中間包永久層內(nèi)壁放置一圈間包渣線專用鎂碳磚，最后填充渣線鎂質(zhì)干式料，經(jīng)過1.5～2.0 h中小火烘烤后成型。中間包渣線鎂碳磚復合砌筑如圖1所示。

圖1 中間包渣線鎂碳磚修砌示意圖

3.2 中間包沖擊區(qū)鎂質(zhì)板組合修砌

增加中間包沖擊區(qū)工作層厚度，受到中間包沖擊區(qū)空間狹小的條件限制，將中間包沖擊區(qū)永久層厚度由200～220 mm減薄至150～170 mm，中間包沖擊區(qū)工作層厚度相應由80～100 mm增加至130～150 mm。增加中間包沖擊區(qū)工作層厚度后，可以顯著提高中間包沖擊區(qū)抗侵蝕能力。

研發(fā)一種中間包沖擊區(qū)鎂質(zhì)板組合砌筑工藝，根據(jù)中間包形狀、尺寸大小設計中間包沖擊區(qū)專用鎂質(zhì)板。該鎂質(zhì)板采用中間包干式料打結成型，分為外弧板、側弧板、側板3種，鎂質(zhì)外弧板、側弧板厚度100 mm，鎂質(zhì)側板厚度50 mm。中間包沖擊區(qū)鎂質(zhì)板外弧板、側弧板、側板組合后對中間包沖擊區(qū)工作層進行保護。中間包工作層打結完畢后，在中間包沖擊區(qū)安裝穩(wěn)流器，鎂質(zhì)外弧板安裝在穩(wěn)流器上方，兩個鎂質(zhì)側弧板安裝在穩(wěn)流器左右兩側，兩個鎂質(zhì)側板安裝在沖擊區(qū)拐角的兩側，安裝完畢后使用涂抹料進行粘合，經(jīng)過1.5～2.0 h中小火烘烤后成型。

3.3 連鑄中間包長壽命上水口

為解決中間包上水口過快侵蝕、鋯芯脫落問題，研發(fā)使用一種新型長壽命上水口（見圖2），將倒裝上水口加高，增加上水口鋯芯上部鎂碳保護層厚度，減輕鋼水對鋯芯的侵蝕；整體增加上水口鋯芯厚度，提高上水口鋯芯的耐侵蝕能力。

1）外形尺寸的設計。上水口高度由95 mm增加到145 mm，上水口鋯芯上端增設鎂碳保護耐材，鎂碳保護耐材厚度20 mm，起到上水口鋯芯與鋼水隔離的作用，減輕鋼水對鋯芯上端的直接沖刷侵蝕。

2）內(nèi)腔鋯材的優(yōu)化。上水口鋯芯母體高度尺寸由80 mm增加到125 mm，上水口鋯芯母體厚度整體增加2 mm，上水口鋯芯上端與鋼水直接接觸的內(nèi)孔設計成R弧，半徑5 mm，提高上水口鋯芯強度，并緩沖鋼水對鋯芯沖擊。

圖2 新型中間包上水口示意圖

3.4 塞棒中間包組合圍堰座磚

連鑄中間包使用的塞棒、座磚、上水口耐材質(zhì)量決定塞棒中間包使用壽命，座磚與中間包上水口配合使用，主要作用是固定、防護中間包上水口，提高上水口的安裝精度、使用壽命，塞棒與中間包上水口配合進行控流。

為解決塞棒中間包塞棒棒頭不均勻、過快侵蝕問題，研發(fā)一種塞棒中間包組合式圍堰座磚。組合式座磚分為兩部分，其中下部座磚用于中間包座磚、上水口的定位，上部座磚高于與其配合的中間包上水口碗部，起到保護中間包上水口碗部及塞棒棒頭的作用。塞棒中間包上水口、塞棒、組合式圍堰座磚配合見圖3，解決了中間包鋼水對塞棒棒頭的不均勻、過快沖刷，提高了塞棒中間包的使用壽命。

圖3 塞棒組合圍堰示意圖

4 實施效果

1）中間包工作層復合砌筑工藝大大提高了中間包渣線部位的抗侵蝕性能。工藝實施后，觀察使用48 h中間包，中間包渣線部位工作層侵蝕消失，鎂碳磚形狀完好；觀察使用70 h中間包，中間包渣線部位鎂碳磚尚有部分殘留，中間包翻包后，檢查永久層完好。

2）中間包沖擊區(qū)鎂質(zhì)板組合砌筑工藝提高了中間包沖擊區(qū)部位的抗侵蝕性能。工藝實施后，觀察使用48 h中間包，中間包沖擊區(qū)部位鎂碳板形狀明顯侵蝕，工作層完好；觀察使用70 h中間包，中間包沖擊區(qū)部位鎂碳板消失，工作層侵蝕厚度在100～150 mm，2019年中間包因沖擊區(qū)侵蝕嚴重下線個數(shù)減少到零。

3）塞棒中間包組合式圍堰座磚的應用有效解決了塞棒中間包塞棒棒頭不均勻、過快侵蝕問題，大大提高了塞棒棒頭的抗侵蝕性能。工藝實施后，觀察使用11 h塞棒中間包，塞棒中間包棒頭輕微侵蝕；觀察使用18 h中間包，塞棒中間包棒頭有明顯侵蝕，但較優(yōu)化前明顯偏輕，可以繼續(xù)使用。

4）新型長壽命上水口的應用，減輕鋼水對鋯芯的侵蝕，現(xiàn)場使用72 h后中間包上水口無炸裂現(xiàn)象，水口進異物降低到1次/月。

5 結語

通過應用中間包渣線鎂碳磚復合修砌技術、中間包沖擊區(qū)鎂質(zhì)板組合修砌技術、連鑄中間包長壽命上水口技術、塞棒中間包組合圍堰座磚技術，萊蕪分公司煉鋼廠中間包整體抗沖刷性提高，沖擊區(qū)耐材穩(wěn)定，保障鋼水潔凈度，提高了金屬收得率，定徑中間包平均壽命由48 h/包提高到72 h/包。