連鑄機浸入式水口長壽命攻關

摘要：文章通過分析制約浸入式水口使用壽命的因素，提出了提高烘烤質量、防止吸氣、渣線操作等相應措施，使浸入式水口的使用壽命有原來的6爐鋼提高到了現在的11爐鋼。為提高鑄坯質量，保證生產穩定性進一步提高產能創作條件。

關鍵詞：連鑄機；浸入式水口；烘烤質量；端面防氧化

中圖分類號：TF777 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）04-0049-03

浸入式水口在全連鑄生產工藝中起到了重要的作用，尤其是對鑄坯的表面及質量控制方面，如防止鋼水二次氧、防止鋼水吸氣、改善結晶器流場進而改善鑄坯內部質量及表面質量等；同時，在保證連鑄機生產順行、提高連澆爐數、提高作業率、提高鋼水收得率、提高職工工作環境、降低生產成本等方面也起了很大作用。

一、問題的提出

連鑄生產過程中，導致浸入式水口使用壽命降低的原因有很多，如因烘烤工藝或材質問題導致水口炸裂，因水口材質問題導致沖刷侵蝕過快，因密封效果差造成板間竄鋼等，浸入式水口一旦出現問題，輕則被迫更換，帶來一系列問題及安全隱患，如降低鋼水收得率及影響鑄坯的表面質量，重則被迫停機，甚至會發生諸如漏鋼等惡性生產事故。如何提高浸入式水口的使用壽命是我們目前需要攻關的一項重大課題。

二、問題及解決措施

（一）提高烘烤質量，避免炸裂

如果浸入式水口烘烤溫度過低，在結晶器開澆或在線快速更換浸入式水口時，溫度相對過低的“冷”水口遇到高溫鋼水（一般＞1530℃）后急劇膨脹，水口由內壁向外產生較大的溫度梯度及熱應力，導致浸入式水口炸裂。因水口腕部最先接觸鋼水，此處炸裂的幾率也最大，常見的水口炸裂部位如圖1所示。因此，浸入式水口使用前的烘烤對于防止其炸裂非常重要。

浸入式水口材質一般為鋁碳質，從提高其性能角度考慮，烘烤時最好采用大火快速烘烤。同時，為避免水口因長時間烘烤而導致脫碳，盡量控制烘烤時間，總烘烤時間控制在1.5～2.5h為宜。根據長時間積累的烘烤經驗，浸入式水口烘烤需要快速（45min以內）烘烤至1000℃～1100℃，同時要控制使用前的停火時間，保證使用前的水口溫度≥900℃。

（二）杜絕吸氣，防止端面被氧化

為保證鋁碳質浸入式水口的耐熱沖擊性，一般在骨料內添加少量的熔融石英及碳化硅材料。如果浸入式水口板間（即中包上水口與浸入式水口的結合面處）密封不好，空氣將在高溫鋼流的影響下被吸入，吸入的空氣中的氧與水口材料發生下列反映而揮發，導致浸入式水口表面產生空洞，致使組織脆化。浸入式水口端面被氧化后會出現凹坑，凹坑的出現會改變鋼水在浸入式水口內的流動形態，進而惡化結晶器流場，導致結晶器內鋼流偏流，被氧化的浸入式水口端面如圖2所示。

2C(固)+→2CO（氣）（1）

SiC(固)+2CO（氣）→SiO2(固)+3C(固) （2）

SiC(固)+ O2（氣）→SiO2(氣)+CO(氣)（3）

板間吸氣的原因及預防分以下幾個方面：

1．滑板問題或浸入式水口尺寸問題造成的板間配合間隙大（各處配合關系圖見圖3）。浸入式水口靠快換滑板內置彈簧通過壓塊向上壓緊浸入式水口，使之與上水口緊密配合。如果彈簧的彈性系數及預緊力無法滿足正常的壓力需求，則浸入式水口與上水口間的間隙將增大，所以要定期檢查彈簧的彈性系數及預緊力，并定期更換彈簧；如果浸入式水口頭部厚度（圖3中“E”所標示范圍）設計不合理，同樣也無法達到良好密封的效果，要求浸入式水口設計時嚴格以滑板的物理尺寸為基準。結合以上兩個影響因素，要確保板間間隙小于0.5mm為宜。

圖中：A——浸入式水口與中包上水口結合處（即板間間隙處）

B——中包上水口

C——滑板板簧壓塊

D——浸入式水口

E——浸入式水口頭部厚度

2．快速更換水口時操作不當造成板間夾鋼。快速更換浸入式水口是提高連鑄機作業率的一項重要措施，快換時需要將塞棒瞬間關閉，然后打入新水口。如果塞棒未關閉或塞棒關不嚴將導致上水口與浸入式水口間隙處夾鋼（水口夾鋼見圖4中箭頭所示），夾鋼將增大板間間隙，同樣增大吸氣量。因此，在快換水口過程中，操作配合度要求較高，一般要求在關閉塞棒后3秒方能打入新水口。

圖4板間夾鋼

3．氬氣密封不良導致板間間隙吸氣。板間氬氣密封的主要作用是使用氬氣在板間行程一個氬氣環境，以阻止空氣的吸入。中間包上水口端面處設置了環形氬氣槽，通過氬氣孔吹入氬氣，氬氣通路圖見圖5。氬氣密封不良的原因主要有三點，一是氬氣流量及壓力達不到工藝要求；二是吹氬管線有漏氣現象，無法保證上水口吹氬通路的壓力及流量；第三，在開澆前及快換水口過程中，如果上水口端面或浸入式水口端面有硬物，浸入式水口在打入過程中將兩個端面或其中之一劃傷，也會造成密封不良。對此，采取幾個相應措施，確保密封良好，避免吸氣。第一，保證吹氬系統的氬氣流量及壓力，壓力取決于氬氣供氣系統壓力，操作人員要時刻關注壓力的穩定性。流量控制以保證結晶器內不翻動為原則，愈大愈好，流量控制一般在7～9L/min為宜；第二，吹氬管線要定期檢查，如發現破損及漏氣現象必須更換；第三，浸入式水口裝入前檢查上水口及浸入式水口端面是否有硬物，如有必須清理干凈。

（三）改進配方及變渣線操作，提高浸入式水口的使用壽命

結晶器保護渣中添加了含有劇烈侵蝕耐火材料的堿性成分及氟化物，其堿度低、熔點低、粘性低，造成了在保護渣與鋼水的界面處增強了對浸入式水口的侵蝕性。浸入式水口渣線部位ZrO2-C復合材料受到保護渣的侵蝕為：碳在高溫下與鋼水中的氧發生氧化而損失，ZrO2顆粒露出，并同保護渣低粘性化成分發生反應等，立方晶ZrO2轉化為單斜晶ZrO2顆粒而發生細碎化，受到磨損而流失。愈是粘性低的保護渣愈會促進ZrO2顆粒的細碎化，也愈容易流入保護渣中，侵蝕速度比高粘性保護渣高。因此，需要提高浸入式水口配料中的ZrO2含量，因ZrO2熔點高達2680℃，抗侵蝕性優良，隨著ZrO2含量的提高，熔損指數也將降低。為此，應將ZrO2含量提高到80%以上。同時，也要調整粒度級別，提高致密度，對提高浸入式水口的耐侵蝕性起到了一定作用。

浸入式水口的單個渣線使用時間是有限的，根據濟鋼寬厚板廠的實踐經驗，單個渣線的使用時間正常為2.5～3小時，遠遠不能滿足多爐連澆的工藝需求。因此，采用了變渣線工藝，根據ZrO2-C復合材料的寬度，通過中間包位置的升降，充分利用浸入式水口ZrO2-C復合材料，渣線使用以3條為宜。

三、應用效果

濟鋼寬厚板廠通過對浸入式水口的烘烤控制、氬氣密封效果及變渣線操作等措施的實施，有效地提高了浸入式水口的使用壽命，水口壽命由2009年的6爐鋼（純過鋼55分鐘/爐）提高到了現在的11爐鋼，達到了提高連澆爐數、提高作業率、提高鋼水收得率、提高職工工作環境、降低生產成本等預期目的。

四、結語

浸入式水口作為連鑄工序功能耐材的一部分，對鑄坯質量、生產順行等方面起到了很大作用，需要認真對待它的使用。盡管我們現在已經達到了11爐連澆的使用壽命預期目的，目前寬厚板廠使用的干式料中間包，在不更換水口情況下，浸入式水口壽命還是制約包齡提升的關鍵性因素，需要對它的使用進行深入研究，進一步挖潛浸入式水口的使用壽命，為連鑄生產提供更可靠的保障。

作者簡介：張立標（1981-），男，供職于濟南鋼鐵股份有限公司寬厚板廠生產科。

（責任編輯：周加轉）