长寿命板坯中间包的生产实践

杨全海 王重君 白晓卫 杨晓乐 丁 宁 罗 诚

唐山中厚板材有限公司 河北唐山 063000

唐山中厚板材有限公司炼钢连铸车间有3台板坯连铸机，浇铸断面为（200～280）mm×（1 600～2 100）mm，都为一机一流连铸机，主要生产低合金高强度钢，中间包容量30 t。

连铸中间包不仅具有稳流、分流的作用，而且对于钢液的洁净度、温度分布以及稳定操作也很重要［1］。由于公司产能大，生产节奏紧，因此，经常存在快换中间包现象。快换中间包不仅增加头尾坯量，增加炼钢成本，更严重影响生产稳定［2－3］。为增产、增效，公司对中间包寿命较低情况进行了攻关，对影响寿命的因素进行了多方面改进，使单个中间包寿命超过60 h，明显提高了金属收得率和连铸机生产稳定性。

1 塞棒的改进措施

中间包内塞棒侵蚀主要分两个方面：一是碳的氧化引起的棒头变小；二是钢液中夹杂物与氧化铝形成低熔点的物质被钢液冲刷［4－5］。之前，中间包内控流方式简单，内部仅设置一个挡坝来改变流场，不能有效发挥中间包去除夹杂的作用，棒头侵蚀明显。实践过程中发现，由于液面渣层在塞棒周围结壳，塞棒容易发生控流困难现象；同时，钢液面夹杂物的聚集导致塞棒渣线部位侵蚀严重，部分侵蚀率甚至达到50%，严重影响中间包寿命和生产稳定。为此，进行了如下改进。

1．1 搭建洁净钢生产平台

通过优化转炉自动炼钢模型，开发了出钢即开始精炼脱氧新工艺，同时研究了LF底吹气量和RH浸渍管提升气量等对钢中氧含量的影响，使钢液最终氧含量（w）由4．5×10－4降低到3．5×10－4。

1．2 改进中间包流场

为了更有效去除钢中夹杂物，减少塞棒部位渣层结壳，提高中间包寿命，采用挡墙、挡坝相结合的方式。按照此方式修砌的中间包，能很好地促进夹杂物上浮，减少棒头侵蚀；同时，挡墙的设置还可以减少塞棒区钢渣的聚集，从而降低钢液对塞棒的冲刷力度以及钢渣对塞棒的侵蚀力度，整体提高了塞棒的使用寿命［6］。

1．3 改进塞棒

（1）降低塞棒长度：将塞棒长度由1 740 mm改为1 650 mm，有效提高了塞棒整体强度。

（2）对塞棒棒头进行改进：以前塞棒棒头为半球形，使用过程中发现钢流偶尔出现失控现象。分析原因认为半球形棒头与上水口接触面积小，当某部位发生侵蚀或塞棒水口未对中时，容易导致此类问题的发生。将半球形棒头改进为锥形棒头后，增大了上水口与塞棒的接触面积，减少了钢水的直接冲刷作用。这样，当棒头某区域发生侵蚀时，其他位置还能正常和上水口结合，从而起到控流作用。示意图如图1所示。

图1 塞棒棒头改进前后示意图

（3）对塞棒和上水口材质进行改进：在塞棒棒头和中间包上水口碗部加入复合金属微粉。复合金属微粉的引入，提高了材料的常温和高温强度。通过强化基质，棒头的抗侵蚀性和抗冲刷性大大提高。同时，提高塞棒渣线部位材质的氧化铝含量，并加入氧化铝超微粉，显著提高了塞棒的抗侵蚀性。

（4）加粗塞棒渣线：现行塞棒稳定性能好，为了提高塞棒渣线抗侵蚀性，仅在塞棒渣线外层增加厚度20 mm。这样在整体外形不变的基础上，使得渣线位置抗侵蚀性能明显提高。

2 稳流器的改进措施

由于长时间受钢液冲刷，中间包使用后期，稳流器偶尔出现穿透现象。为减少此现象的发生，对稳流器和大包长水口进行了改进。

（1）改变稳流器结构和材质。原来稳流器是由浇注料整体浇注而成，综合性能良好，但稳流器底部抗冲击能力较差。因此，对稳流器生产方式进行了改进。预先在稳流器底部铺设高性能冲击板，然后进行浇注，这极大提高了稳流器底部抗冲击能力。同时，稳流器所用浇注料中引入特种添加剂，提高其高温抗折强度。

（2）改进大包长水口。原先，大包长水口为直筒型，钢水流速快，对稳流器冲击力度大，影响稳流器寿命。因此，对大包长水口下部进行了扩径处理，示意图如图2所示。出口直径扩大后，有效降低了钢流的冲击速度，提高了稳流器寿命。同时，扩径后减少了大包上水口碗部溢钢的可能性，降低了事故发生率。

图2 大包长水口结构改进前后示意图

3 中间包工作层的改进措施

中间包内高速流动的钢液与工作层壁面之间由于相对运动而产生剪切应力，工作层频繁氧化，同时受到钢液的剧烈冲刷。另外，渣蚀损毁也是工作层破坏的主要原因。渣向工作层内部渗透并与其反应生成低熔点物而溶入钢渣中，从而导致工作层结构剥落［7］。为此，采取如下措施：

（1）将工作层胎模振动时间由5 min提高到8 min。提高干式料致密度，进而提高了工作层的抗冲刷性能，降低了渣对工作层的渗透速度。

（2）改进中间包覆盖剂。根据MgO－CaO－SiO2三元相图可知，当碱度在0～0．93时，覆盖剂侵蚀工作层后相组成为CaO·MgO·SiO2（CMS）、方镁石和MgO·2SiO2，其中CMS在1 490℃时会产生液相，加剧了镁质工作层的侵蚀［8］。因此，为了避免CMS相的产生，改进了覆盖剂化学组成，改进前后覆盖剂主要组成如表1所示。此法显著提高了中间包工作层和塞棒的抗侵蚀性。

表1 改进前后覆盖剂的主要化学组成

（3）改进中间包工作层。首先，采用高纯大结晶电熔镁砂为工作层主要原料，减少SiO2、CaO等杂质，大幅提高干式料的耐火度；其次，引入少量纳米粉，利用工作层服役环境原位生成尖晶石晶须，进而达到自致密与自修复的增强效果，从而提高材料高温力学性能，抑制熔渣向内部渗透，提高干式料抗侵蚀性能；再次，工作层干式料中引入特种添加剂，使其在服役过程中通过自烧结引起的固溶－脱溶反应具有缓冲应力的作用，减少耐火材料的结构剥落和熔损。其中，添加剂中w（MgO＋Al2O3＋SiO2）≥80%，w（C）≤15%。

4 浸入式水口的改进措施

初期，浸入式水口寿命短，随着中间包寿命的提高，快换水口次数逐渐增多。而快换水口是一种非稳定浇铸态，期间容易发生黏结漏钢事故。同时，快换水口导致上下水口板间发生摩擦划伤。因此，从两方面进行了改进。

一方面，提高单支浸入式水口寿命。首先，结合耐材厂家对浸入式水口原材料进行改进，提高水口抗侵蚀性。其次，通过抬升中包车的方式将浸入式水口由一道渣线改为多道渣线，从而提高水口寿命。再次，在不影响结晶器流场的情况下，对浸入式水口渣线部位进行加粗。通过这三方面措施，单支浸入式水口寿命达到了32 h。

另一方面，开发免烘烤水口。浸入式水口在生产过程中偶尔会发生质量异常现象，为保证生产，开发了免烘烤水口。当普通浸入式水口突发质量问题时，免烘烤水口可以不经烘烤直接使用，极大地提高了应对突发事故的处理能力。

5 上水口与座砖的改进措施

对中间包进行拆解后发现，上下水口板间划伤是导致吸气的主要原因；而中间包无法翻包是因为中间包上水口与座砖缝隙之间存在冷钢，冷钢下部与包壳黏结，导致无法翻包。对此，进行了以下改进。

（1）在中间包上水口碗部引入复合金属微粉，同时内部使用复合双层锆质结构，这大大提高了上水口的使用性能。

（2）将上水口成型压力由100 MPa提高到140 MPa，提高了水口板间的强度和致密度，减轻表面划伤程度。

（3）针对水口座砖之间存在冷钢现象，结合厂家对火泥进行改进，减小座砖热膨胀系数，一定程度上降低了钢液挤出量。同时，在平滑形的上水口外部增加两道深度为3 mm的凹槽（示意图如图3所示），用火泥对缝隙进行填充，杜绝了无法翻包的现象，促进了中间包的正常周转。

图3 改进前后水口形状示意图

6 结论

（1）通过搭建洁净钢生产平台和改进中间包流场和塞棒的方式减少了钢液对耐火材料的侵蚀；

（2）通过改进稳流器和大包长水口的方式提高了稳流器使用寿命；

（3）通过开发新型覆盖剂和抗侵蚀工作层的方式提高了中间包工作层的使用寿命；

（4）通过开发免烘烤水口和改进浸入式水口的方式减少了换水口次数；

（5）通过改进上水口材质、外形以及生产工艺提高了上水口的抗侵蚀性。