浸入式水口变渣线的工艺优化.doc

浸入式水口变渣线的工艺优化 刘永平，刘建伟，薛 燕 （济南钢铁集团总公司，山东 济南 250101） 摘要：为延长浸入式水口（SEN）的使用寿命，提高连铸机作业率，济钢第三炼钢厂优化实施了自动变渣线操作，使SEN的平均使用寿命由原3.5h提高到5.0h，并改善了手动变渣线引起的液面波动、水口偏流及对钢包自动浇注影响的不足，减少了生产事故的发生，提高了铸坯质量。 关键词：浸入式水口；自动变渣线；侵蚀；使用寿命 中图分类号：TF777 文献标识码：B 文章编号：1004-4620（2005）06-0016-02 Technological Optimization of Slag Line Alter on Submerged Nozzle LIU Yong-ping, LIU Jian-wei, XUE Yan （Jinan Iron and Steel Group Corporation, Jinan 250101, China） Abstract：In order to prolong the service life of the submerged nozzle and to advance the operating rate of conticaster, No.3 Steel-making Plant of Jigang carries out the operation of slag line auto-alter。Average service life of the submerged nozzle is prolonged to 5.0h from 3.5h, improving the fluctuate of liquid surface, the submerged nozzle bias current and shortness of ladle automatic ladling influence caused by slag line hand-operated alter, reducing the occurrence of accident and enhancing the quality of slabs. Key words：submerged nozzle; slag line auto-alter；corrosion；service life 1 前 言浸入式水口（SEN）在高速连铸生产中起到分流、防止二次氧化、稳定结晶器内钢水流场、提高铸坯质量、防止卷渣及漏钢等多重作用。但是，SEN的使用寿命是影响连铸机作业率的关键环节之一。目前，SEN耐钢水冲刷性能已达到较高水平，在使用过程中因冲刷导致的使用寿命低的问题已基本不用考虑。虽然，SEN在渣线部位添加了ZrO2复合材料，但是其耐侵蚀性能还未达到连铸生产的要求标准，而且SEN的浸入深度对液面波动、结壳及保护渣消耗量也有很大的影响。济南钢铁集团总公司第三炼钢厂（简称济钢第三炼钢厂）为延长SEN的使用寿命，实施并优化了变渣线工艺操作。2 SEN侵蚀原因分析SEN材质分布如图1所示。主体材质为Al2O3-C，内表面为CaO-ZrO2-C，渣线部位为ZrO2-C。图1 SEN材质分布示意图连铸保护渣可以防止结晶器内的钢水氧化，保持结晶器与铸坯间的润滑及传热，防止铸坯表面产生缺陷及吸收非金属夹杂物。但是，为了调节保护渣物化性能添加了含有剧烈侵蚀耐火材料的碱性成分及氟化物，其碱度低、熔点低、粘性低，在保护渣与钢水的界面处增强了对SEN的侵蚀性。ZrO2-C复合材料受到保护渣的侵蚀为：碳在高温下与钢水中的氧发生氧化而损失，ZrO2颗粒露出，并同保护渣低粘性化成分发生反应等，立方晶ZrO2转化为单斜晶ZrO2颗粒而发生细碎化，受到磨损而流失。愈是粘性低的保护渣愈会促进ZrO2颗粒的细碎化，也愈容易流入保护渣中，侵蚀速度比高粘性保护渣高1。可在使用过程中改变SEN在钢水中的浸入深度，使局部侵蚀分散，以提高SEN的使用寿命。3 手动变渣线存在的问题SEN浸入深度是通过调整中间包两支撑油缸的高度实现的，SEN的位置随中间包高度变化而变化，称为变渣线操作。济钢第三炼钢厂投产初期，变渣线操作一直采用手动调整，对提高SEN的使用寿命有了较大的改善。但是，手动变渣线存在很多的不足，主要缺点是：（1）液面不稳定。因手动调整中间包位置时，其高度变化较大，严重影响结晶器内钢水的流场，进而破坏结晶器内保护渣三层结构，使得局部液渣下渗不良，影响其润滑及传热效果，轻则导致板坯裂纹，重则出现粘结漏钢。（2）油缸位置偏差大。手动调整时，中间包车上两油缸的位置偏差较大，导致中间包不处于水平位置。中间包不在水平线，直接影响SEN分流孔的分流，使得水口偏流，同样会导致裂纹，严重时，导致结晶器内板坯侧边坯壳变薄而出现漏钢事故。（3）调整高度控制不当，易超出ZrO2-C复合线。ZrO2-C复合线的耐侵蚀性能最好，而Al2O3-C抗渣侵蚀性能很差，导致SEN的断裂。（4）影响钢包自动浇注。在手动变渣线时，经常因中间包钢水吨位的超重或失重而改为手动，严重时钢包滑板完全打开或关闭，导致中间包溢钢及钢包锁流事故的发生。（5）大包套管机械手碰撞或钢包敞浇。手动变渣线中间包向上调整幅度大时，会出现中间包包盖与大包套管机械手的碰撞，使钢包保护套管偏离钢包下水口位置使套管与下水口不能合理配合，导致套管溢钢及粘滑件的事故发生；手动变渣线中间包向下调整幅度大时，钢包保护套管易脱离中间包内钢液面而出现敞浇现象，易导致钢水的二次氧化及钢渣乳化。（6）忘记变渣线。手动变渣线需要操作工定时操作，如果操作工长时间忘记变渣线就会使SEN局部侵蚀严重，进而发生水口断裂事故。4 自动变渣线为了解决手动变渣线存在的不足，经过多次研究及试验，采用了中间包自动变渣线操作，并取得了很好的效果。4.1 工作原理4.1.1 各数据计算 SEN浸入深度计算是按照各部分高度尺寸进行的，见图2。图2 浸入深度的计算原理H1实际中间包标准高度（来自中间包行程转换器的实际数据），若中间包各高度尺寸标准无误差，则H10。H2中间包底部到SEN底部的距离，即SEN长度（测量数值须在L1机（即L1级计算机）人机界面HMI上进行确认）。H3中间包底部到结晶器顶部的距离（测量数值须在人机界面上进行确认）。H4结晶器内钢液面到结晶器顶部的距离。设放射源（Co60）所检测的最高液面位置到结晶器顶部距离为S1，放射源（Co60）所检测的最低液面位置到结晶器顶部距离为S2，结晶器液位设定值（由OS1机旁手动设定）为X%，一般取X=80。则有：H4=（S2-S1）（1-X%）+S1式中H5SEN实际浸入深度。SEN浸入深度计算如下：H5H2-H3-H4 H6H1 + H5式中 H6SEN浸入深度L1机显示值。在中间包各高度尺寸标准无误差时，H6H5。4.1.2 人机界面（HMI）参数设定 HMI参数设定原理如图3所示。图3 HMI各参数示意图Hf自动变渣线一次变化高度,(由HMI调整,一般设定Hf=3） Tf自动变渣线周期,（由HMI调整,一般Tf=12min） Hmax自动变渣线最高位置（根据生产实际情况由HMI调整）Hmin自动变渣线最低位置（根据生产实际情况由HMI调整）4.2 自动变渣线的优点（1）保持钢液面的稳定性。自动变渣线一次变化高度一般设定为3mm，减少了因调整幅度大而引起的液面波动。（2）两油缸高度位置偏差小，避免了因中间包车上两油缸的位置偏差较大而导致的水口偏流现象。（3）调整高度控制准确，不会出现超出ZrO2-C复合线的情况。（4）一次变化高度小，因中间包超重或失重而引起的钢包自动浇注改为手动浇注的几率大大减小。（5）避免了大包套管机械手碰撞及钢包敞浇事故的发生。（6）自动变渣线变化周期一般设为12min，避免了操作工长时间忘记变渣线及SEN局部侵蚀严重现象。4.3 自动变渣线注意事项自动变渣线除考虑提高SEN的使用寿命外，还应考虑结晶器内钢液面波动、液面结壳、保护渣消耗量等因素。生产统计数据表明，浸入深度对液面波动、结壳及保护渣消耗量也有很大的影响（见表1）。表1 浸入深度对液面波动、结壳及保护渣消耗量的影响浸入深度/mm液面波动情况液面结壳情况吨钢保护渣消耗量/kg250260260270270280280290波动大，角部翻腾平稳，角部翻腾小平稳，不翻腾液面较死不结壳偶尔结壳轻度结壳重度结壳0.500.560.430.470.400.440.360.41一般情况下，济钢第三炼钢厂SEN浸入深度采用260277mm范围内，如果因钢水因素等出现的液面波动大或液面结壳相对严重时，可对浸入深度进行相应的增加或减小调整，合适的浸入深度