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(shí)中間包長(zhǎng)壽命試驗(yàn)。其連澆實(shí)際開澆時(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(xù)澆鑄時(shí)長(zhǎng)合計(jì)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(zhǎng)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(shí)長(zhǎng)達(dá)111小時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)章榮會(huì)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(duì)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(guó)內(nèi)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(zhǎng)連鑄機(jī)中間包的壽命,對(duì)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(tái)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(dòng)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(chǎng);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(dòng),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(chǎng)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(guò)雙方技術(shù)調(diào)研討論發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)存在的主要問(wèn)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(shí)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(duì)鋼水純凈度造成了非常不利的影響。
因此,立項(xiàng)研發(fā)長(zhǎng)壽命中間包技術(shù),對(duì)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(zhǎng)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(wèn)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(huì)說(shuō),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(jì)、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(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化及筑襯結(jié)構(gòu)優(yōu)化;二是研發(fā)無(wú)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(tái),減少鋼水對(duì)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(duì)耐材侵蝕;九是應(yīng)用大包下渣檢測(cè)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(zhǎng)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(chǎng)及包襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)程工藝優(yōu)化的創(chuàng)新技術(shù)。
探損壞機(jī)理好對(duì)癥下藥
章榮會(huì)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(dòng)的鋼液與耐火材料壁面之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)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(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(shí),渣對(duì)耐火材料的侵蝕會(huì)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(shí),雙方科技人員認(rèn)為:是碳的氧化引起的侵蝕,導(dǎo)致棒頭變小;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(shí),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(duì)中間包流場(chǎng)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(zhǎng)中間包壽命,他們與東北大學(xué)合作,對(duì)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(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(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(duì)中間包沖擊區(qū)渣量大,對(duì)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(wú)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(tái),減少了鋼水對(duì)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(duì)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(duì)耐材侵蝕;應(yīng)用大包下渣檢測(cè)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(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)方案,同時(shí),通過(guò)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(lái),國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng),據(jù)業(yè)內(nèi)調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示,平均壽命一般為大約20h~24h。
國(guó)外板坯連鑄中間包近些年鮮有延長(zhǎng)壽命相關(guān)的情況報(bào)道,大致使用壽命與國(guó)內(nèi)情況基本相當(dāng)。
章榮會(huì)稱贊唐鋼中厚板廠始終高度重視冶金新技術(shù)應(yīng)用來(lái)提升生產(chǎn)效率與效益。聯(lián)合榮大長(zhǎng)期堅(jiān)持耐材技術(shù)創(chuàng)新并引領(lǐng)市場(chǎng),這次試驗(yàn)取得如此驕人業(yè)績(jī),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(duì)接。
章榮會(huì)認(rèn)為,雙方攻堅(jiān)克難的步伐永不停止,下一個(gè)目標(biāo)也許是讓中間包壽命達(dá)到120小時(shí)、150小時(shí),甚至200小時(shí)。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。