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韶钢目前有3台小方坯连铸机,品种覆盖普通建材及工业线材,与国内类似钢厂相比,方坯中间包耐材存在中间包包龄低、耐材事故偏多等问题,对生产及质量稳定性影响较大。随着公司转型升级加速,对于方坯产量及质量提升有了更高要求,其中,中间包耐材稳定性起着重要作用。因此,优化中间包耐材,提高中间包耐材稳定性和使用寿命,保证连铸生产稳定顺行显得尤为重要。
1、小方坯连铸参数及中间包耐材配置
中间包的生产和使用过程中需要用到多种耐火材料,包括浇注料、涂抹料、干式料、水口、挡渣墙系列、连铸三大件等。韶钢小方坯连铸机中间包耐材也不例外,中间包耐材主要配置见表1,连铸机主要参数见表2。
2、中间包耐材优化
2.1耐材参数优化
2.1.1塞棒优化
韶钢小方坯铸机控流方式均为塞棒控流,小方坯原有塞棒棒头为肥胖型、钝头,控流时与钢流及上水口碗部接触面积大,同等过钢量条件下侵蚀速度快,包龄提高时容易发生因棒头侵蚀过快导致的钢流失控事故。为此,对塞棒选型进行了优化,塞棒头改进为瘦型、尖头,塞棒头长度增加20mm,塞棒头R值优化、扩大有效控流接触面、提高寿命、提高侵蚀均匀性、提高控流精度,保证后期良好控流。塞棒中心工艺孔延长以提高棒尖热震稳定性。塞棒总长增加mm使塞棒高出中间包包盖,防止塞杆芯烘烤变形、螺母松脱,减少控流异常。优化后塞棒头与上水口尺寸配合更好,控流稳定。
2.1.2上水口优化
小方坯原用上水口内径准30mm,单位时间内通钢量大,拉速低时需塞棒频繁参与控流,卡棒冲棒次数增加,不利于塞棒寿命提高,容易出现停浇时塞棒不能卡死的问题。但上水口内径降到一定程度后(如准23mm),控流问题虽有较大改善,但会出现更换浸入式水口时钢流跟不上的问题,经多次试验摸索,内径为准25mm的上水口最有利于钢流控制及塞棒寿命提高,试验跟踪对比情况见表3。
2.1.3冲击板优化
冲击板用于中间包钢水冲击区,防止中间包底部穿漏事故。方坯原用冲击板尺寸为mm×mm×60mm(长度×宽度×厚度),尺寸偏小且厚度不够,抗冲击强度不够。长水口未套正或钢包偏斜时,钢流极易冲击到冲击板以外区域,影响中间包使用寿命,严重时引起中间包受钢口底部穿漏事故。为此,重新优化设计了冲击板,尺寸设计为mm×mm×mm(长度×宽度×厚度),为便于贴近溢流口处包墙埋放,对应区域设计为小梯形,具体见图1。
2.2耐材施工方法优化
2.2.1水口座砖施工方法改进
采用涂抹料施工的中间包,为保证底部水口座砖安置的牢固性,安置完毕后水口座砖周围会填充涂抹料。由于涂抹料含有大量水分,水口座砖因而会吸收来自涂抹料中的水分。中间包浇钢前,通常由于烘烤时间较短或烘烤温度达不到要求,导致水口座砖中的水分排出不充分,在接受从钢包浇注下来的钢水时极易开裂或爆裂溃散,水口出现下沉,导致塞棒失去控流作用或冲刷严重,影响连铸中间包连浇炉数的提升,严重时影响到连铸浇钢的顺利进行。
针对上述缺点,开发了一种新的水口座砖施工方法。具体有:施工前,中间包底部预留出安装水口座砖的位置,中间包底部其余部位采用涂抹料施工完毕后,按要求安置好水口座砖,然后再采用镁质干式振动料填充在水口座砖周围,采用小锤将干式振动料捣打密实即可。干式振动料的主要组成包括不同粒级的烧结镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、酚醛树脂粉和少量添加剂。干式振动料不含水分,浇钢时水口座砖不易开裂;填充的干式振动料不会与水口座砖及包底永久层高温烧结形成整体,当浇注结束倾翻中间包时能够自动分离脱落;能够有效地避免中间包水口座砖在浇钢过程中开裂或爆裂,有利于塞棒发挥正常的控流作用,同时也解决了因塞棒冲刷严重而影响到连浇炉数的提升;另外浇注结束倾翻中间包时水口座砖能够自动分离脱落。
2.2.2上水口安装方法优化
方坯中间包工作层涂抹料涂抹好后,立即开始安装上水口,由于涂抹料含有大量水分,上水口在后续施工及使用过程均会吸收来自涂抹料中的水分,上水口吸水受潮后容易产生崩裂等问题,影响钢流控制,甚至影响顺行生产。为此,针对上水口安装方法进行了优化,要求工作层涂抹料抹好以后,必须放置3~5h,待水分自然干后再安装上水口。
2.3耐材使用优化
2.3.1水口烘烤工艺优化
传统方坯水口烘烤装置为专用烘烤器烘烤,烘烤器火焰包围水口四周,慢慢烘烤加热至要求温度。烘烤效率较低,且对下水口碗部和包壳不利,整体水口烘烤时还可能发生因与烘烤器碰撞导致水口断裂事故。将方坯水口烘烤由外部烘烤改进为抽气式内部烘烤,火焰由中间包底部抽出,水口由内部向外部烘烤,烘烤装置简单,操作方便,烘烤效果更好。
2.3.2中间包烘烤工艺优化
韶钢中间包烘烤时间普遍偏长(平均5~7h),存在塞棒过烘烤,降低塞棒寿命,同时多次发生因过烘烤塞棒粘结上水口的异常现象。通过系列优化调整,中间包烘烤时间3~5h即可满足开浇条件。对于烘烤时间超长的中间包必须限制使用炉数或报废,形成固化标准见表4,中间包烧烤工艺的火焰要求(小火时间:火苗触至包底;中火时间:蓝色火苗溢出包盖约mm;大火时间:蓝色火苗溢出包盖约mm;最小异常时间:取消或减少中火时间;最大异常时间:增加小、中火时间)。
2.3.3开浇及换水口操作优化
方坯操作开浇前习惯于反复试棒、验棒,容易破坏塞棒头表面防氧化涂层,开浇过程部分员工还有冲棒习惯,极易导致上水口锆碗开裂、加速棒头磨损增加塞棒事故。为此改变开浇操作模式,要求轻轻带棒,不卡棒,禁止冲棒,同时要求快换浸入式水口不卡死塞棒,并且要求带钢流换水口,有利于减少塞棒头与上水口碗部磨损。
3、耐材技术优化应用效果
1)年2号机、3号机平均包龄对比年均有提升,其中3号机包龄提升幅度高达56.60%,且最高包龄由18炉提升至30炉,具体见表5。
2)方坯耐材事故大幅减少,方坯耐材原因满流计划停浇率由年度的85.72%提高至年度的95.91%。耐材原因导致非计划停浇次数由年度14次降低至年度6次。
3)中间包烘烤时间大幅降低,由原来的5~7h降低至3~5h。
4、结论
对方坯耐材进行了整体优化设计,确定并固化了适用于韶钢方坯连铸的中包耐材标准。对方坯耐材施工方法进行了改进,解决了水口座砖下沉、上水口崩裂等系列问题,提高了中间包耐材使用过程的稳定性,并完善方坯耐材使用工艺,提高了耐材使用寿命。