夏杰生
2021年11月21日至11月26日，北京聯(lián)合榮大煉鋼事業(yè)部與河鋼唐鋼中厚板廠(chǎng)煉鋼部團結協(xié)作，共同在1#連鑄機13#中間包上進(jìn)行了110小時(shí)中間包長(cháng)壽命試驗。其連澆實(shí)際開(kāi)澆時(shí)間為21日15時(shí)24分，實(shí)際停澆時(shí)間為26日6時(shí)58分，連續澆鑄時(shí)長(cháng)合計為111小時(shí)34分鐘，共澆鑄Q355B-2低合金鋼鋼水179包，實(shí)際過(guò)鋼量為22858噸，鑄坯斷面為250mm×2100mm，鑄坯總長(cháng)度為5560米，澆鑄拉速為0.70m/min~0.95m/min。此舉創(chuàng )造了新的世界紀錄。
圖為連續澆鑄時(shí)長(cháng)達111小時(shí)34分鐘，創(chuàng )造世界紀錄的河鋼集團唐鋼中厚板廠(chǎng)煉鋼車(chē)間1#連鑄機13#中間包正在繼續進(jìn)行長(cháng)壽命包齡試驗。
牢記座右銘研發(fā)辟蹊徑
據聯(lián)合榮大董事長(cháng)章榮會(huì )博士介紹：隨著(zhù)現代鋼鐵企業(yè)逐漸大型化和生產(chǎn)的高效化，連續鑄鋼技術(shù)的重要性日益顯現，中間包用耐火材料能否滿(mǎn)足連澆爐數的要求，對于鋼鐵企業(yè)的正常生產(chǎn)秩序和企業(yè)總體經(jīng)濟效益影響巨大。目前，國內板坯連鑄中間包的壽命較短，一般為20小時(shí)～24小時(shí)。
因此，延長(cháng)連鑄機中間包的壽命，對降低連鑄用耐火材料消耗，減少中間包澆余及鑄坯切頭、去尾，提高鋼液品質(zhì)等具有重要意義。
唐山中厚板材有限公司共有3臺一機一流板坯連鑄機，與之匹配的中間包容量為40t，鋼包容量為120t，中間包砌筑工藝具體情況為：中間包外鋼殼為焊接鋼結構，帶有加強筋和排氣孔，鋼殼內側焊有錨固鉤，以銜接耐火材料做的絕熱層和永久層，永久層內部為工作層，采用鎂質(zhì)干式料振動(dòng)成型；中間包內設有沖擊板、穩流器、擋渣墻、擋壩等耐火澆注料預制件，能夠使鋼液中非金屬夾雜物在中間包內上浮，穩定鋼流，控制裝置周?chē)匿撍鲌?chǎng)；中間包內設有上水口和塞棒等功能耐火材料以控制鋼液的合理流動(dòng)，穩定澆鋼；每次連澆后，中間包要翻包并重新進(jìn)行修砌，更換上述工作層、預制件和功能耐火材料，以保障連鑄現場(chǎng)生產(chǎn)需要。
該板坯中間包主要冶煉鋼種為常規鋼種和低碳低硅鋼兩大類(lèi)，2020年6月份之前平均使用壽命大約為24h，平均連澆爐數最高約為35爐，連澆爐數一直處于較低水平。經(jīng)過(guò)雙方技術(shù)調研討論發(fā)現，現場(chǎng)存在的主要問(wèn)題是：渣線(xiàn)干式料的耐侵蝕性不穩定、穩流器的側幫開(kāi)澆時(shí)易局部開(kāi)裂、擋渣墻不耐侵蝕、塞棒棒頭和水口碗部沖刷嚴重、塞棒棒頭出現斷裂等幾種情況，從而導致中間包提前下線(xiàn)，并對鋼水純凈度造成了非常不利的影響。
因此，立項研發(fā)長(cháng)壽命中間包技術(shù)，對降低耐材成本和提高鋼水質(zhì)量尤為重要。把“生產(chǎn)中的難題，榮大人研發(fā)的課題”永遠當著(zhù)座右銘的榮大人，再一次踏上征程。
榮大的研發(fā)目標是提供一種長(cháng)壽命中間包技術(shù)，該技術(shù)可使板坯中間包整體使用壽命最終達到100h以上，且該技術(shù)能夠解決目前中間包各耐火材料整體使用壽命一直不高、包內各耐火材料性能搭配不均衡、中間包澆余和鑄坯切頭去尾數量多等技術(shù)問(wèn)題，有利于降低噸鋼耐火材料消耗成本，有利于設備維護，有利于大幅提高連鑄生產(chǎn)作業(yè)率。
實(shí)施新措施應用新技術(shù)
章榮會(huì )說(shuō)，為實(shí)現這一研發(fā)項目的預期目標，雙方提出并實(shí)施了包括中間包結構設計、耐材產(chǎn)品的調整改進(jìn)、連鑄工藝控制等一系列措施。
具體研發(fā)內容主要有下列幾項：
一是中間包流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化及筑襯結構優(yōu)化；二是研發(fā)無(wú)混坯連澆技術(shù)，實(shí)現多鋼種連澆；三是搭建潔凈鋼生產(chǎn)平臺，減少鋼水對耐材的侵蝕；四是新型渣線(xiàn)干式料的研發(fā)，提高工作層渣線(xiàn)料抗侵蝕性和抗沖刷性；五是擋渣墻和穩流器改進(jìn)；六是塞棒和水口改進(jìn)調整；七是推行連鑄中間包窄溫度控制，降低耐材侵蝕速率；八是取消鈣處理，降低鋼渣滲透性對耐材侵蝕；九是應用大包下渣檢測技術(shù)，減少中間包下渣量；十是連鑄保護渣渣系調整，滿(mǎn)足保溫、夾雜物上浮及中間包長(cháng)壽要求；最后一項內容是完善和規范施工工藝和烘烤工藝，發(fā)揮材料性能的最佳效果。
其研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有下列3種：
第一種關(guān)鍵技術(shù)是提出了100h以上延壽試驗的中間包流場(chǎng)及包襯結構設計方案；
第二種關(guān)鍵技術(shù)是強調耐火材料性能改進(jìn)及提高新技術(shù)：具體內容包括新型渣線(xiàn)干振料的研制，創(chuàng )新地提出加裝護板和新型護板的研制；新型穩流器的研制；特殊結構高壽命塞棒的研制；鋯質(zhì)復合上水口的研制；中間包包襯施工及烘烤工藝優(yōu)化等等；
第三種關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現了煉鋼-連鑄全過(guò)程工藝優(yōu)化的創(chuàng )新技術(shù)。
探損壞機理好對癥下藥
章榮會(huì )認為，為使研發(fā)工作少走彎路，榮大與唐鋼科技人員穩扎穩打，砥礪前行。首先認真摸清中間包的損壞機理。他們認為：中間包內高速流動(dòng)的鋼液與耐火材料壁面之間由于相對運動(dòng)而產(chǎn)生剪切應力，頻繁的氧化、劇烈沖刷和熱剝落現象不斷地撕裂、剝落表面耐火材料。
渣蝕損毀也是耐火材料破壞的主要原因。渣對耐火材料的侵蝕可分為：溶解和滲透。同時(shí)，耐火材料與渣中的FeO、MnO相互反應，生成低熔物而熔入鋼渣中。渣向耐火材料內部滲透并與耐火材料生成變質(zhì)層，產(chǎn)生結構剝落。
另外，影響耐火材料向渣中溶解速度的因素有渣的堿度、黏度和溫度等。當溫度達到液相線(xiàn)生成溫度20℃以上時(shí)，渣對耐火材料的侵蝕會(huì )加快。
而且，隨著(zhù)氣孔孔徑的增加，渣向耐火材料中的滲透速度增大，深度增加，耐火材料的氣孔孔徑越小，其抗渣的滲透能力越強。渣的黏度越大，其滲透能力越差。
研究塞棒侵蝕機理時(shí)，雙方科技人員認為：是碳的氧化引起的侵蝕，導致棒頭變??；鋼水中夾雜物與氧化鋁形成低熔點(diǎn)的物質(zhì)，被鋼水沖刷。
研究上水口和浸入式水口侵蝕機理時(shí)，科技人員發(fā)現：水口碗部受鋼水沖刷嚴重；水口座磚間隙夾鋼，降低生產(chǎn)穩定性；渣線(xiàn)侵蝕導致壽命較短；高頻率更換水口導致上下水口板間劃傷。
在上述研究的基礎上，科技人員對中間包流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化及筑襯結構優(yōu)化：即，為進(jìn)一步發(fā)揮中間包去夾雜功能，延長(cháng)中間包壽命，他們與東北大學(xué)合作，對中間包內控流方案進(jìn)行優(yōu)化，解決原中間包墻壩間距過(guò)大、中間包流場(chǎng)不合理、夾雜物不能充分上浮等問(wèn)題。優(yōu)化方案比原方案有更大的活塞區體積分數(Vp)和更小的死區體積分數(Vd)，故優(yōu)化方案有更好的控流效果，更有利于夾雜物的充分上浮。
針對中間包沖擊區渣量大，對耐材侵蝕較非沖擊區嚴重得多的情況，雙方科技工作者在包襯厚度不變的前提下，為沖擊區加裝預制護板；渣線(xiàn)研制新型渣線(xiàn)干式料，保證均衡蝕損。
此外，雙方還研發(fā)了無(wú)混坯連澆技術(shù)，實(shí)現了多鋼種連澆；搭建潔凈鋼生產(chǎn)平臺，減少了鋼水對耐材的侵蝕。
雙方科技人員還采取了下列多種改進(jìn)措施：例如，對擋渣墻和穩流器改進(jìn)；改進(jìn)調整塞棒和水口；推行連鑄中間包窄溫度控制，降低耐材侵蝕速率；取消鈣處理，降低鋼渣滲透性對耐材侵蝕；應用大包下渣檢測技術(shù)，減少中包下渣量；完善和規范施工工藝和烘烤工藝，發(fā)揮材料性能的最佳效果。
總之，該課題主要通過(guò)對現場(chǎng)情況的跟蹤了解，系統分析各耐火材料侵蝕嚴重的主要影響因素，討論并確定工藝研究所采取的措施，提出并確定100h以上提壽試驗結構設計方案，同時(shí)，通過(guò)采取渣線(xiàn)干式料的調整、加裝護板、擋渣墻和穩流器的改進(jìn)以及塞棒和水口的改進(jìn)調整等措施，終于實(shí)現了課題的預期目標。
近幾年來(lái)，國內一些板坯中間包煉鋼廠(chǎng)受一部分方坯中間包延壽的影響，開(kāi)始將板坯中間包長(cháng)壽化提上日程，但因各種因素的制約，但當前板坯中間包的使用壽命依然不長(cháng)，據業(yè)內調查統計顯示，平均壽命一般為大約20h～24h。
國外板坯連鑄中間包近些年鮮有延長(cháng)壽命相關(guān)的情況報道，大致使用壽命與國內情況基本相當。
章榮會(huì )稱(chēng)贊唐鋼中厚板廠(chǎng)始終高度重視冶金新技術(shù)應用來(lái)提升生產(chǎn)效率與效益。聯(lián)合榮大長(cháng)期堅持耐材技術(shù)創(chuàng )新并引領(lǐng)市場(chǎng)，這次試驗取得如此驕人業(yè)績(jì)，表明了合作雙方的珠聯(lián)璧合，并實(shí)現了先進(jìn)冶金管理理念與先進(jìn)耐材料創(chuàng )新理念的良好對接。
章榮會(huì )認為，雙方攻堅克難的步伐永不停止，下一個(gè)目標也許是讓中間包壽命達到120小時(shí)、150小時(shí)，甚至200小時(shí)。節能減排增效，努力實(shí)現碳達峰碳中和目標，聯(lián)合榮大一直在努力。
