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引起鋼包滑板的損毀原因分析及改進(jìn)措施實(shí)踐
來(lái)源：編輯：發(fā)布時(shí)間：2019/12/2
隨著二次精煉和連鑄工藝的推廣和進(jìn)步，對(duì)鋼包到中間包的鋼水流量的精確控制水平要求日益提高，同時(shí)對(duì)鋼包保護(hù)澆注和安全性也更加嚴(yán)格。先進(jìn)的鋼包滑動(dòng)水口系統(tǒng)能夠滿足上述要求，因而在大型鋼鐵企業(yè)中得到了普遍應(yīng)用。在滑動(dòng)水口系統(tǒng)中，滑板是直接控制鋼水流量的部件，在使用過(guò)程中，一方面長(zhǎng)期與高溫鋼水接觸，同時(shí)其反復(fù)使用過(guò)程中承受強(qiáng)烈的熱沖擊，因此必須具有高強(qiáng)度、高抗侵蝕性、良好的抗熱震性、耐高溫、蠕變小等特性。
鞍鋼第三煉鋼連軋廠在鞍鋼最早使用大型鋼包，自開(kāi)工以來(lái)，隨著產(chǎn)量的逐步提高和鋼種的不斷擴(kuò)展，對(duì)鋼包滑板的使用提出了日益嚴(yán)格的要求。通過(guò)認(rèn)真總結(jié)歸納滑板使用過(guò)程中的損毀現(xiàn)象，提出了一系列鋼包滑板長(zhǎng)壽化措施，有效地提高了鋼包滑板的可靠性和使用壽命。
常見(jiàn)滑板損毀現(xiàn)象及分析
鞍鋼第三煉鋼連軋廠使用的鋼包滑動(dòng)水口為兩層式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，將滑板使用過(guò)程中的損毀因素分為三大類(lèi):熱沖擊破壞、熱化學(xué)侵蝕和操作不當(dāng)。
圖1 鋼包滑動(dòng)水口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.1熱沖擊破壞
滑板使用前溫度很低，而在澆注過(guò)程中，滑板在短時(shí)間內(nèi)與高溫鋼水接觸，由此產(chǎn)生的巨大溫差對(duì)滑板本體會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊作用。此時(shí)在滑板澆注孔外部產(chǎn)生了張應(yīng)力，一旦此應(yīng)力超過(guò)滑板材料的強(qiáng)度，就會(huì)形成輻射狀微裂紋，如圖2所示。此類(lèi)裂紋有利于外來(lái)鋼水、熔渣和氧氣的擴(kuò)散、聚集、滲透，成為加劇化學(xué)性侵蝕的誘因。
1.2熱化學(xué)侵蝕
滑板在使用過(guò)程中接觸高溫鋼水和熔渣，會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，造成熱化學(xué)侵蝕。這類(lèi)侵蝕容易造成滑板工作面高溫耐磨性變差，表面層脫落，導(dǎo)致滑板吻合性不良，縫隙增大，進(jìn)而導(dǎo)致吸氣，進(jìn)一步氧化侵蝕，上述過(guò)程交替作用后，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致滑板漏鋼等重大事故。在滑板使用過(guò)程中，根據(jù)鋼種和熔渣組成的不同，可將常見(jiàn)熱化學(xué)侵蝕現(xiàn)象分為以下幾類(lèi)。
1.2.1Ca處理鋼的化學(xué)侵蝕
在生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼和硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的過(guò)程中，為改善鋼水的可澆性，在精煉環(huán)節(jié)向鋼水中喂入Ca-Al線和Ca-Si線等進(jìn)行Ca處理。生產(chǎn)此類(lèi)鋼種時(shí)，滑板侵蝕部位呈現(xiàn)明顯的“馬蹄”形，其原因主要是鋼水中的[Ca]和CaO與滑板中的Al?O?和SiO?反應(yīng)形成了低熔點(diǎn)化合物，尤其在滑板處于澆注狀態(tài)下時(shí)，鋼水在滑板孔內(nèi)流動(dòng)容易形成如圖3所示的負(fù)壓帶，在負(fù)壓帶的作用下，Ca蒸氣與吸入的氧氣直接反應(yīng)形成CaO，并富集在此區(qū)域內(nèi)，從而導(dǎo)致了“馬蹄”形的蝕損。
圖3 滑板“馬蹄”形蝕損區(qū)域形成示意圖
1.2.2高M(jìn)n鋼的化學(xué)侵蝕
在澆注管線鋼等高M(jìn)n鋼種時(shí)，滑板擴(kuò)孔較嚴(yán)重，最大時(shí)擴(kuò)孔量可以達(dá)到5mm·爐-1;另外，對(duì)滑板接觸面的侵蝕也比較嚴(yán)重，并伴有表面接觸面剝落、裂紋加劇的現(xiàn)象。這是由于高錳鋼水中的MnO與滑板中的Al?O?和SiO?發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):
MnO+SiO?→MnO·SiO?，MnO+Al?O?→MnO·Al?O?，
導(dǎo)致滑板中抗侵蝕和抗熱震的主要材料剛玉和鋯莫來(lái)石分解，從而加劇了鋼水的沖蝕，導(dǎo)致孔徑異常擴(kuò)大。
1.2.3熔渣的化學(xué)侵蝕
在鋼包澆注后期，由于鋼水流動(dòng)的抽吸作用，會(huì)將一部分鋼渣卷入水口，對(duì)滑板形成熔渣侵蝕。其主要特點(diǎn)是擴(kuò)孔和板面侵蝕，另外也有裂紋加劇的現(xiàn)象。鋼渣的成分比較復(fù)雜，主要包括CaO、SiO?、Al?O?、MgO、MnO、FeO、Cr?O?、CaF?等。其中，大部分的氧化物均可與滑板中的Al?O?、SiO?形成低熔點(diǎn)化合物，另外FeO、MnO等還可能與滑板中炭素原料發(fā)生反應(yīng)，造成脫碳，使滑板表面結(jié)構(gòu)疏松而導(dǎo)致破壞。
1.3操作因素
通過(guò)實(shí)踐總結(jié)，對(duì)滑板造成損壞的操作因素可以歸納為滑板安裝、澆注控流及水口燒氧三大類(lèi)。
(1) 滑板安裝不合理。當(dāng)滑板在安裝到滑動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格放平，出現(xiàn)翹動(dòng)，或者滑板夾持松動(dòng)，就會(huì)在使用過(guò)程中產(chǎn)生很大的外來(lái)應(yīng)力，從而導(dǎo)致滑板的整體破壞。
(2) 生產(chǎn)中澆注控流不合理。在澆注過(guò)程中控流操作不合理時(shí)，容易導(dǎo)致滑板工作面的剝落、侵蝕、夾鋼等現(xiàn)象，如圖4所示?？偨Y(jié)生產(chǎn)中的控流操作，發(fā)現(xiàn)容易造成滑板損壞的主要原因是滑板動(dòng)作幅度過(guò)大，或動(dòng)作過(guò)于頻繁，特別是手動(dòng)控流時(shí)造成的滑板破壞數(shù)量多于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控流的，說(shuō)明操作中的人為因素也是造成滑板損壞的重要原因。
圖4 控流不合理對(duì)滑板造成的破壞形貌
(3) 燒氧操作不合理。鋼包整備操作或者在澆注過(guò)程中不下流時(shí)，均要對(duì)鋼包水口進(jìn)行燒氧，一旦燒氧操作不當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的燒氧侵蝕。造成滑板損毀的不當(dāng)燒氧操作包括:滑板沒(méi)有完全對(duì)眼即吹氧，造成氧氣直接沖擊滑板工作面;引流砂未完全流出時(shí)吹氧，則很難燒開(kāi)，從而造成吹氧時(shí)間過(guò)長(zhǎng);氧氣管與流道不平行，造成氧氣流沖刷滑板孔邊壁，形成擴(kuò)孔等。另外，其他操作不當(dāng)因素還包括鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間不合理，導(dǎo)致鋼包整體溫度下降，再使用時(shí)引起的熱沖擊大;滑板用火泥配比不當(dāng)，攪拌不均勻，有雜質(zhì)等。
上述幾種損毀機(jī)制在滑板整備、使用過(guò)程中是相互作用、互相促進(jìn)的，很難將滑板的損毀歸結(jié)為單一的原因。因此，要提高滑板的使用壽命，必須進(jìn)行綜合分析并拿出系統(tǒng)性的解決方案。
改 進(jìn) 措 施
在分析滑板損毀機(jī)制的基礎(chǔ)上，制定了一系列滑板選型、安裝和使用的措施，有效地提高了滑板的使用壽命。
(1)在滑板材質(zhì)方面:選擇耐侵蝕性、抗熱震性好的鋁鋯碳質(zhì)滑板，此類(lèi)滑板以剛玉、莫來(lái)石、斜鋯石為主晶相，以碳質(zhì)材料為結(jié)合劑。因此滑板熱導(dǎo)率大，熱膨脹系數(shù)小，氣孔微細(xì)。而且，ZrO?可在1000℃時(shí)產(chǎn)生相變，有利于改善滑板的耐熱沖擊性。
(2)在滑板機(jī)構(gòu)方面:選擇馬蹄形夾緊結(jié)構(gòu)，使應(yīng)力分布均勻，避免了簡(jiǎn)單幾何形狀易出現(xiàn)應(yīng)力集中的缺陷。利用偏心輪裝置配合鎖定滑板，鎖緊載荷施加均勻，易于操作人員掌握鎖緊力矩。上下滑板配合采取帶有彈簧的推力框架結(jié)構(gòu)，確?；迕娼佑|良好，間隙適當(dāng)。
(3)在滑板安裝方面:確?；寤鹉嗯浔日_、攪拌均勻、無(wú)外來(lái)雜質(zhì);嚴(yán)禁使用晾干結(jié)塊的火泥，嚴(yán)禁將使用后的火泥混入新火泥中。在滑板安裝過(guò)程中，確保上水口清理干凈，滑板框架內(nèi)和機(jī)構(gòu)門(mén)內(nèi)嚴(yán)格清理干凈，不得有殘留物?；灏惭b前要仔細(xì)檢查機(jī)構(gòu)和滑板，確保馬蹄鐵和偏心輪的運(yùn)動(dòng)正常，滑板不得有變形、開(kāi)裂現(xiàn)象，同時(shí)要檢查滑板面的平整度。安放過(guò)程中要平穩(wěn)，安裝后檢查是否有不平、擺動(dòng)現(xiàn)象。
(4)在滑板使用方面:澆注過(guò)程中，要盡量采用自動(dòng)澆鋼程序，避免滑板人為地大幅度打開(kāi)、關(guān)閉，以及過(guò)于頻繁地開(kāi)、閉。一旦需要燒氧，必須確?；迦_(kāi)、引流砂盡量排出，氧氣管與鋼水通道盡量平行。
(5)在鋼包整備方面:鋼包整備清洗水口時(shí)，除更換上水口外，嚴(yán)禁從鋼包內(nèi)向外吹氧清洗。氧氣清洗速度要盡可能快。整備后要移動(dòng)滑板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)檢查滑板工作面是否正常，發(fā)現(xiàn)異常情況立即更換滑板。另外，合理組織生產(chǎn)，確保鋼包周轉(zhuǎn)率也是提高滑板壽命的重要措施，一旦鋼包放涼時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就要更換滑板，防止出現(xiàn)事故。
采取上述措施后，不僅提高了滑板的使用壽命，滑板年消耗量減少了700套，有效地降低了耐火材料成本，而且未發(fā)生因滑板損毀而導(dǎo)致的漏鋼事故，安全性得到了大幅度提高。
結(jié) 語(yǔ)
隨著快速、高效冶煉-連鑄技術(shù)的發(fā)展，對(duì)滑板的材質(zhì)、實(shí)用性能提出了非?？量痰囊?。在實(shí)踐中大量總結(jié)滑板損毀現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，得出:
(1)熱沖擊破壞、熱化學(xué)侵蝕和操作不當(dāng)因素是造成滑板損毀的三大主因;
(2)熱沖擊破壞的主要原因是鋼包周轉(zhuǎn)使用過(guò)程中滑板工作區(qū)域溫度劇烈變動(dòng)造成的;
(3)現(xiàn)代高附加值的鋼種成分和鋼水處理過(guò)程中的工藝極易造成滑板的熱化學(xué)侵蝕;4)滑板安裝-使用-整備過(guò)程中的操作因素是造成滑板損毀的重要外部原因。
針對(duì)以上結(jié)論，有針對(duì)性地提出了滑板長(zhǎng)壽化措施:
(1)使用鋁鋯碳質(zhì)滑板，確?；寰哂辛己玫哪臀g性和抗熱震性;
(2)使用設(shè)計(jì)合理、應(yīng)力分布均勻的滑板形狀及機(jī)構(gòu)形式，是有效提高滑板使用壽命的措施;
(3)規(guī)范鋼水澆注操作，是提高滑板使用壽命的必要保證;
(4)滑板及滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的正確、良好的清理、保養(yǎng)措施對(duì)滑板的長(zhǎng)壽化也是至關(guān)重要的。
于艷忠、溫鐵光、劉偉（鞍鋼股份有限公司 第三煉鋼連軋廠）齊志剛（中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司）
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