连铸机浸入式水口长寿命攻关

摘要：文章通过分析制约浸入式水口使用寿命的因素，提出了提高烘烤质量、防止吸气、渣线操作等相应措施，使浸入式水口的使用寿命有原来的6炉钢提高到了现在的11炉钢。为提高铸坯质量，保证生产稳定性进一步提高产能创作条件。

关键词：连铸机；浸入式水口；烘烤质量；端面防氧化

中图分类号：TF777 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）04-0049-03

浸入式水口在全连铸生产工艺中起到了重要的作用，尤其是对铸坯的表面及质量控制方面，如防止钢水二次氧、防止钢水吸气、改善结晶器流场进而改善铸坯内部质量及表面质量等；同时，在保证连铸机生产顺行、提高连浇炉数、提高作业率、提高钢水收得率、提高职工工作环境、降低生产成本等方面也起了很大作用。

一、问题的提出

连铸生产过程中，导致浸入式水口使用寿命降低的原因有很多，如因烘烤工艺或材质问题导致水口炸裂，因水口材质问题导致冲刷侵蚀过快，因密封效果差造成板间窜钢等，浸入式水口一旦出现问题，轻则被迫更换，带来一系列问题及安全隐患，如降低钢水收得率及影响铸坯的表面质量，重则被迫停机，甚至会发生诸如漏钢等恶性生产事故。如何提高浸入式水口的使用寿命是我们目前需要攻关的一项重大课题。

二、问题及解决措施

（一）提高烘烤质量，避免炸裂

如果浸入式水口烘烤温度过低，在结晶器开浇或在线快速更换浸入式水口时，温度相对过低的“冷”水口遇到高温钢水（一般＞1530℃）后急剧膨胀，水口由内壁向外产生较大的温度梯度及热应力，导致浸入式水口炸裂。因水口腕部最先接触钢水，此处炸裂的几率也最大，常见的水口炸裂部位如图1所示。因此，浸入式水口使用前的烘烤对于防止其炸裂非常重要。

浸入式水口材质一般为铝碳质，从提高其性能角度考虑，烘烤时最好采用大火快速烘烤。同时，为避免水口因长时间烘烤而导致脱碳，尽量控制烘烤时间，总烘烤时间控制在1.5～2.5h为宜。根据长时间积累的烘烤经验，浸入式水口烘烤需要快速（45min以內）烘烤至1000℃～1100℃，同时要控制使用前的停火时间，保证使用前的水口温度≥900℃。

（二）杜绝吸气，防止端面被氧化

为保证铝碳质浸入式水口的耐热冲击性，一般在骨料内添加少量的熔融石英及碳化硅材料。如果浸入式水口板间（即中包上水口与浸入式水口的结合面处）密封不好，空气将在高温钢流的影响下被吸入，吸入的空气中的氧与水口材料发生下列反映而挥发，导致浸入式水口表面产生空洞，致使组织脆化。浸入式水口端面被氧化后会出现凹坑，凹坑的出现会改变钢水在浸入式水口内的流动形态，进而恶化结晶器流场，导致结晶器内钢流偏流，被氧化的浸入式水口端面如图2所示。

2C(固)+→2CO（气）（1）

SiC(固)+2CO（气）→SiO2(固)+3C(固) （2）

SiC(固)+ O2（气）→SiO2(气)+CO(气)（3）

板间吸气的原因及预防分以下几个方面：

1．滑板问题或浸入式水口尺寸问题造成的板间配合间隙大（各处配合关系图见图3）。浸入式水口靠快换滑板内置弹簧通过压块向上压紧浸入式水口，使之与上水口紧密配合。如果弹簧的弹性系数及预紧力无法满足正常的压力需求，则浸入式水口与上水口间的间隙将增大，所以要定期检查弹簧的弹性系数及预紧力，并定期更换弹簧；如果浸入式水口头部厚度（图3中“E”所标示范围）设计不合理，同样也无法达到良好密封的效果，要求浸入式水口设计时严格以滑板的物理尺寸为基准。结合以上两个影响因素，要确保板间间隙小于0.5mm为宜。

图中：A——浸入式水口与中包上水口结合处（即板间间隙处）

B——中包上水口

C——滑板板簧压块

D——浸入式水口

E——浸入式水口头部厚度

2．快速更换水口时操作不当造成板间夹钢。快速更换浸入式水口是提高连铸机作业率的一项重要措施，快换时需要将塞棒瞬间关闭，然后打入新水口。如果塞棒未关闭或塞棒关不严将导致上水口与浸入式水口间隙处夹钢（水口夹钢见图4中箭头所示），夹钢将增大板间间隙，同样增大吸气量。因此，在快换水口过程中，操作配合度要求较高，一般要求在关闭塞棒后3秒方能打入新水口。

图4板间夹钢

3．氩气密封不良导致板间间隙吸气。板间氩气密封的主要作用是使用氩气在板间行程一个氩气环境，以阻止空气的吸入。中间包上水口端面处设置了环形氩气槽，通过氩气孔吹入氩气，氩气通路图见图5。氩气密封不良的原因主要有三点，一是氩气流量及压力达不到工艺要求；二是吹氩管线有漏气现象，无法保证上水口吹氩通路的压力及流量；第三，在开浇前及快换水口过程中，如果上水口端面或浸入式水口端面有硬物，浸入式水口在打入过程中将两个端面或其中之一划伤，也会造成密封不良。对此，采取几个相应措施，确保密封良好，避免吸气。第一，保证吹氩系统的氩气流量及压力，压力取决于氩气供气系统压力，操作人员要时刻关注压力的稳定性。流量控制以保证结晶器内不翻动为原则，愈大愈好，流量控制一般在7～9L/min为宜；第二，吹氩管线要定期检查，如发现破损及漏气现象必须更换；第三，浸入式水口装入前检查上水口及浸入式水口端面是否有硬物，如有必须清理干净。

（三）改进配方及变渣线操作，提高浸入式水口的使用寿命

结晶器保护渣中添加了含有剧烈侵蚀耐火材料的碱性成分及氟化物，其碱度低、熔点低、粘性低，造成了在保护渣与钢水的界面处增强了对浸入式水口的侵蚀性。浸入式水口渣线部位ZrO2-C复合材料受到保护渣的侵蚀为：碳在高温下与钢水中的氧发生氧化而损失，ZrO2颗粒露出，并同保护渣低粘性化成分发生反应等，立方晶ZrO2转化为单斜晶ZrO2颗粒而发生细碎化，受到磨损而流失。愈是粘性低的保护渣愈会促进ZrO2颗粒的细碎化，也愈容易流入保护渣中，侵蚀速度比高粘性保护渣高。因此，需要提高浸入式水口配料中的ZrO2含量，因ZrO2熔点高达2680℃，抗侵蚀性优良，随着ZrO2含量的提高，熔损指数也将降低。为此，应将ZrO2含量提高到80%以上。同时，也要调整粒度级别，提高致密度，对提高浸入式水口的耐侵蚀性起到了一定作用。

浸入式水口的单个渣线使用时间是有限的，根据济钢宽厚板厂的实践经验，单个渣线的使用时间正常为2.5～3小时，远远不能满足多炉连浇的工艺需求。因此，采用了变渣线工艺，根据ZrO2-C复合材料的宽度，通过中间包位置的升降，充分利用浸入式水口ZrO2-C复合材料，渣线使用以3条为宜。

三、应用效果

济钢宽厚板厂通过对浸入式水口的烘烤控制、氩气密封效果及变渣线操作等措施的实施，有效地提高了浸入式水口的使用寿命，水口寿命由2009年的6炉钢（纯过钢55分钟/炉）提高到了现在的11炉钢，达到了提高连浇炉数、提高作业率、提高钢水收得率、提高职工工作环境、降低生产成本等预期目的。

四、结语

浸入式水口作为连铸工序功能耐材的一部分，对铸坯质量、生产顺行等方面起到了很大作用，需要认真对待它的使用。尽管我们现在已经达到了11炉连浇的使用寿命预期目的，目前宽厚板厂使用的干式料中间包，在不更换水口情况下，浸入式水口寿命还是制约包龄提升的关键性因素，需要对它的使用进行深入研究，进一步挖潜浸入式水口的使用寿命，为连铸生产提供更可靠的保障。

作者简介：张立标（1981-），男，供职于济南钢铁股份有限公司宽厚板厂生产科。

（责任编辑：周加转）