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煉鋼部團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同在1#連鑄機(jī)13#中間包上進(jìn)行了110小時中間包長壽命試驗(yàn)。其連澆實(shí)際開澆時間為21日15時24分，實(shí)際停澆時間為26日6時58分，連續(xù)澆鑄時長合計為111小時34分鐘，共澆鑄Q355B-2低合金鋼鋼水179包，實(shí)際過鋼量為22858噸，鑄坯斷面為250mm×2100mm，鑄坯總長度為5560米，澆鑄拉速為0.70m/min~0.95m/min。此舉創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。
圖為連續(xù)澆鑄時長達(dá)111小時34分鐘，創(chuàng)造世界紀(jì)錄的河鋼集團(tuán)唐鋼中厚板廠煉鋼車間1#連鑄機(jī)13#中間包正在繼續(xù)進(jìn)行長壽命包齡試驗(yàn)。
牢記座右銘研發(fā)辟蹊徑
據(jù)聯(lián)合榮大董事長章榮會博士介紹：隨著現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)逐漸大型化和生產(chǎn)的高效化，連續(xù)鑄鋼技術(shù)的重要性日益顯現(xiàn)，中間包用耐火材料能否滿足連澆爐數(shù)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(jì)效益影響巨大。目前，國內(nèi)板坯連鑄中間包的壽命較短，一般為20小時～24小時。
因此，延長連鑄機(jī)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(jī)一流板坯連鑄機(jī)，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(jié)構(gòu)，帶有加強(qiáng)筋和排氣孔，鋼殼內(nèi)側(cè)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(nèi)部為工作層，采用鎂質(zhì)干式料振動成型；中間包內(nèi)設(shè)有沖擊板、穩(wěn)流器、擋渣墻、擋壩等耐火澆注料預(yù)制件，能夠使鋼液中非金屬夾雜物在中間包內(nèi)上浮，穩(wěn)定鋼流，控制裝置周圍的鋼水流場；中間包內(nèi)設(shè)有上水口和塞棒等功能耐火材料以控制鋼液的合理流動，穩(wěn)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(yù)制件和功能耐火材料，以保障連鑄現(xiàn)場生產(chǎn)需要。
該板坯中間包主要冶煉鋼種為常規(guī)鋼種和低碳低硅鋼兩大類，2020年6月份之前平均使用壽命大約為24h，平均連澆爐數(shù)最高約為35爐，連澆爐數(shù)一直處于較低水平。經(jīng)過雙方技術(shù)調(diào)研討論發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場存在的主要問題是：渣線干式料的耐侵蝕性不穩(wěn)定、穩(wěn)流器的側(cè)幫開澆時易局部開裂、擋渣墻不耐侵蝕、塞棒棒頭和水口碗部沖刷嚴(yán)重、塞棒棒頭出現(xiàn)斷裂等幾種情況，從而導(dǎo)致中間包提前下線，并對鋼水純凈度造成了非常不利的影響。
因此，立項(xiàng)研發(fā)長壽命中間包技術(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(yuǎn)當(dāng)著座右銘的榮大人，再一次踏上征程。
榮大的研發(fā)目標(biāo)是提供一種長壽命中間包技術(shù)，該技術(shù)可使板坯中間包整體使用壽命最終達(dá)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(nèi)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(shù)量多等技術(shù)問題，有利于降低噸鋼耐火材料消耗成本，有利于設(shè)備維護(hù)，有利于大幅提高連鑄生產(chǎn)作業(yè)率。
實(shí)施新措施應(yīng)用新技術(shù)
章榮會說，為實(shí)現(xiàn)這一研發(fā)項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)，雙方提出并實(shí)施了包括中間包結(jié)構(gòu)設(shè)計、耐材產(chǎn)品的調(diào)整改進(jìn)、連鑄工藝控制等一系列措施。
具體研發(fā)內(nèi)容主要有下列幾項(xiàng)：
一是中間包流場進(jìn)行優(yōu)化及筑襯結(jié)構(gòu)優(yōu)化；二是研發(fā)無混坯連澆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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；四是新型渣線干式料的研發(fā)，提高工作層渣線料抗侵蝕性和抗沖刷性；五是擋渣墻和穩(wěn)流器改進(jìn)；六是塞棒和水口改進(jìn)調(diào)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(yīng)用大包下渣檢測技術(shù)，減少中間包下渣量；十是連鑄保護(hù)渣渣系調(diào)整，滿足保溫、夾雜物上浮及中間包長壽要求；最后一項(xiàng)內(nèi)容是完善和規(guī)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(yàn)的中間包流場及包襯結(jié)構(gòu)設(shè)計方案；
第二種關(guān)鍵技術(shù)是強(qiáng)調(diào)耐火材料性能改進(jìn)及提高新技術(shù)：具體內(nèi)容包括新型渣線干振料的研制，創(chuàng)新地提出加裝護(hù)板和新型護(hù)板的研制；新型穩(wěn)流器的研制；特殊結(jié)構(gòu)高壽命塞棒的研制；鋯質(zhì)復(fù)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(xiàn)了煉鋼-連鑄全過程工藝優(yōu)化的創(chuàng)新技術(shù)。
探損壞機(jī)理好對癥下藥
章榮會認(rèn)為，為使研發(fā)工作少走彎路，榮大與唐鋼科技人員穩(wěn)扎穩(wěn)打，砥礪前行。首先認(rèn)真摸清中間包的損壞機(jī)理。他們認(rèn)為：中間包內(nèi)高速流動的鋼液與耐火材料壁面之間由于相對運(yùn)動而產(chǎn)生剪切應(yīng)力，頻繁的氧化、劇烈沖刷和熱剝落現(xiàn)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，耐火材料與渣中的FeO、MnO相互反應(yīng)，生成低熔物而熔入鋼渣中。渣向耐火材料內(nèi)部滲透并與耐火材料生成變質(zhì)層，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)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(dāng)溫度達(dá)到液相線生成溫度20℃以上時，渣對耐火材料的侵蝕會加快。
而且，隨著氣孔孔徑的增加，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(qiáng)。渣的黏度越大，其滲透能力越差。
研究塞棒侵蝕機(jī)理時，雙方科技人員認(rèn)為：是碳的氧化引起的侵蝕，導(dǎo)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(jī)理時，科技人員發(fā)現(xiàn)：水口碗部受鋼水沖刷嚴(yán)重；水口座磚間隙夾鋼，降低生產(chǎn)穩(wěn)定性；渣線侵蝕導(dǎo)致壽命較短；高頻率更換水口導(dǎo)致上下水口板間劃傷。
在上述研究的基礎(chǔ)上，科技人員對中間包流場進(jìn)行優(yōu)化及筑襯結(jié)構(gòu)優(yōu)化：即，為進(jìn)一步發(fā)揮中間包去夾雜功能，延長中間包壽命，他們與東北大學(xué)合作，對中間包內(nèi)控流方案進(jìn)行優(yōu)化，解決原中間包墻壩間距過大、中間包流場不合理、夾雜物不能充分上浮等問題。優(yōu)化方案比原方案有更大的活塞區(qū)體積分?jǐn)?shù)(Vp)和更小的死區(qū)體積分?jǐn)?shù)(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(qū)渣量大，對耐材侵蝕較非沖擊區(qū)嚴(yán)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(qū)加裝預(yù)制護(hù)板；渣線研制新型渣線干式料，保證均衡蝕損。
此外，雙方還研發(fā)了無混坯連澆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)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(wěn)流器改進(jìn)；改進(jìn)調(diào)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(yīng)用大包下渣檢測技術(shù)，減少中包下渣量；完善和規(guī)范施工工藝和烘烤工藝，發(fā)揮材料性能的最佳效果。
總之，該課題主要通過對現(xiàn)場情況的跟蹤了解，系統(tǒng)分析各耐火材料侵蝕嚴(yán)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(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，同時，通過采取渣線干式料的調(diào)整、加裝護(hù)板、擋渣墻和穩(wěn)流器的改進(jìn)以及塞棒和水口的改進(jìn)調(diào)整等措施，終于實(shí)現(xiàn)了課題的預(yù)期目標(biāo)。
近幾年來，國內(nèi)一些板坯中間包煉鋼廠受一部分方坯中間包延壽的影響，開始將板坯中間包長壽化提上日程，但因各種因素的制約，但當(dāng)前板坯中間包的使用壽命依然不長，據(jù)業(yè)內(nèi)調(diào)查統(tǒng)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壽命相關(guān)的情況報道，大致使用壽命與國內(nèi)情況基本相當(dāng)。
章榮會稱贊唐鋼中厚板廠始終高度重視冶金新技術(shù)應(yīng)用來提升生產(chǎn)效率與效益。聯(lián)合榮大長期堅(jiān)持耐材技術(shù)創(chuàng)新并引領(lǐng)市場，這次試驗(yàn)取得如此驕人業(yè)績，表明了合作雙方的珠聯(lián)璧合，并實(shí)現(xiàn)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。
章榮會認(rèn)為，雙方攻堅(jiān)克難的步伐永不停止，下一個目標(biāo)也許是讓中間包壽命達(dá)到120小時、150小時，甚至200小時。節(jié)能減排增效，努力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，聯(lián)合榮大一直在努力。
