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中間包定徑水口生產(chǎn)實踐
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。

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。

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