整體塞棒

整體塞棒是連續鑄鋼的設備之一。主要用於中間罐的開閉，控制塞棒頭部至中間罐水口的位置來調節進入結晶器的鋼水流。攀鋼提釩煉鋼廠連鑄生產工序自投產以來一直使用Al₂O₃－C 質整體塞棒。該塞棒抗熱震性好，鋼水適用性強。

基本介紹

• 中文名：整體塞棒
• 外文名：Overall stopper
• 學科：冶金工程
• 領域：鋼鐵
• 作用：鋼水精煉
• 處理方式：鈣處理

簡介

攀鋼提釩煉鋼廠連鑄生產工序自投產以來一直使用Al₂O₃－C 質整體塞棒。該塞棒抗熱震性好，鋼水適用性強。但是，近年來，隨著鈣處理鋼生產規模的擴大，塞棒侵蝕問題逐漸呈上升趨勢，尤其是在2009年底投產的200 mm × 200 mm 六機六流小斷面3# 方圓坯鑄機上表現尤為嚴重。3# 方圓坯鑄機在澆鑄過程中需要頻繁使用塞棒來控制鋼流量，鈣處理鋼極易侵蝕Al₂O₃－C 質整體塞棒，頻繁出現開口度降低現象。Al₂O₃－C 質整體塞棒在鈣處理鋼中的使用壽命徘徊在300 min 左右。塞棒侵蝕已成為減少單中間包連澆爐數，增加噸鋼成本和影響生產組織的重要因素。

本工作中，通過分析Al₂O₃－C 質整體塞棒在攀鋼3#方圓坯鑄機不同鈣處理鋼上的使用情況，探索了塞棒侵蝕機制和其他重要影響因素，使Al₂O₃－C 質整體塞棒使用壽命逐步上升並保持在500 min 以上。

鈣處理量對塞棒的侵蝕程度

不同鋼種根據脫氧程度和成分調整需求，通常使用的鈣處理包芯線為鈣鋇包芯線、矽鈣包芯線、鐵鈣包芯線等。攀鋼3# 方圓坯鑄機澆鑄的鋼種主要使用矽鈣包芯線。

在攀鋼3#方圓坯鑄機生產實踐中發現，隨著鈣線量餵入增加，Al₂O₃－C 整體塞棒侵蝕加劇，造成塞棒開口度減小( 開口度是指塞棒打開面積占水口內圓面積的比例，生產中用塞棒抬起的高度來表征) 。攀鋼正常澆鑄的開口度範圍是40% ～ 70%。開口度變小會造成對應流道結晶器液面不斷上漲，低於40%就無法控制澆鑄而關流。

在生產中發現: 某一爐次( 廠內煉鋼記號為P11105545) 在冶煉齒輪鋼20CrMnTi 時，本爐鋼水精煉鈣處理量超過130 kg。鑄機澆鑄鋼水時採取拉速為1.5 m/min 的恆速拉坯。本次開口度降低很快，從65%降到40%，此時棒頭與水口碗部已基本貼合，仍無法降低鋼水流速，說明塞棒已嚴重侵蝕，失去控制鋼水流速功能。此時鋼水進入結晶器流速已超出恆速上限，如不及時關流，鋼水會溢出結晶器，被迫採用事故閘板關閉該流澆鑄。抽取塞棒觀察發現，棒頭部位有低熔點物質被鋼水沖刷形成的台階。累計數據分析認為，鈣處理鋼精煉中鈣矽線加入量不應超過90 kg，否則塞棒侵蝕速度明顯增快。

2O₃－C 質整體塞棒侵蝕的影響" >鋼種對Al₂O₃－C 質整體塞棒侵蝕的影響

不同鋼種的侵蝕差異

分析對比了3#方圓坯鑄機在澆鑄2 個鈣處理鋼種HRB335 和45# 鋼時，塞棒侵蝕速率明顯不同。生產中發現: Mn 含量高的鋼種對Al₂O₃ －C 質整體塞棒侵蝕程度大於一般鋼種。Mn 含量高的HRB335 鋼對Al₂O₃ －C 質整體塞棒侵蝕速率明顯大於Mn 含量低的45#鋼，Al₂O₃－C 整體塞棒在HRB335鋼中的使用壽命比45#鋼平均低50 min。

研究發現，當CaO、SiO2、Al₂O₃、MnO 質量分數為15%、20%、25%、30% 時，四元相系進入低熔點物相區域。因此，在生產過程中要控制鋼中CaO 和其他非金屬夾雜的量，避免形成多相低熔點物質，以減緩塞棒侵蝕。

精煉處理流程的影響

生產中還發現，同一鋼種爐後精煉流程不同時，對Al₂O₃ － C 質整體塞棒侵蝕速率差異較大。如HRB335 鋼種通常採用兩種精煉流程。

流程一: BOF－吹Ar－LF－CC 流程; 流程二: BOF－吹Ar－CC 流程。流程一比流程二時間增加25 ～ 30 min，出鋼溫度低10～ 20 ℃，終點質量分數低100 × 10 － 6。Al₂O₃ －C質整體塞棒在流程一中使用壽命比流程二增加約65min。觀察發現，流程一的鋼水中MnO、SiO2、Al₂O₃等夾雜物因鋼水停留時間長，吹Ar 時間長而上浮充分，減緩了對塞棒的侵蝕;

流程二的鋼水停留時間短，吹Ar 時間不夠，鋼中MnO、SiO2、Al₂O₃等夾雜物不能充分上浮，當它們達一定比例時，會加劇Al₂O₃ －C 質整體塞棒的侵蝕速率。

過熱度與塞棒侵蝕的關係

在攀鋼3#方圓坯鑄機六流澆鑄的情況下，收集了鈣處理鋼種20CrMnTi( 鋼的液相線溫度為1 510 ℃)的過熱度與塞棒侵蝕機率之間的關係。將因侵蝕造成開口度下降的塞棒視為受侵蝕樣本，其所占總樣本數( 共12 個包次，576 根塞棒) 的比例即為塞棒侵蝕機率。該鋼種在過熱度超過30℃時，塞棒侵蝕加快; 當過熱度超過50 ℃時，塞棒侵蝕明顯加劇; 過熱度超過70 ℃時，多數塞棒常常無法使用，此時會導致中間包只能澆鑄2 ～ 3 爐鋼水( 正常情況下中間包使用1 次可以澆鑄8 ～ 10 爐鋼水) ，對成本和生產組織都帶來不利影響。

塞棒機構對塞棒使用的影響

塞棒機構是固定在中間包包壁外側的機械升降執行機構。虛線為安裝基準面，應該與水口中心線平行。在裝配新的塞棒時要確保垂直度，使塞棒中心線與水口中心線重合，才能保證塞棒在鋼水澆鑄過程發揮鋼流“閥門”作用。

生產中發現，常常由於中間包包壁在高溫使用後發生變形造成基準面偏離，或是焊接質量等原因造成安裝面偏離中心線，造成塞棒中心線與水口中心線不重合或有交叉，致使塞棒棒頭與水口碗部不完全貼合，本應是面接觸變成了點接觸，使得在高溫使用過程中形成應力集中，棒頭出現剝落現象。在某一爐次中間包塞棒澆鑄後檢查發現，棒頭掉塊剝落與塞棒機構安裝不到位有明顯對應關係。

採取的措施及效果

最佳化鈣處理量

在不影響冶金效果的前提下適當降低鈣處理量，同時也降低了生產成本。對於需進行鈣處理的鋼種，加強轉爐終點控制，最佳化脫氧工藝，採用出鋼過程預精煉和白渣精煉工藝，鈣含量也相應調整為以前加入量的50% ～ 70%。調整後，水口侵蝕問題逐步緩解。

控制過熱度

積極開展提高冶煉終點鋼水碳含量和降低出鋼溫度工作。通過調整冶金工藝，採用高拉碳方法使高碳鋼的冶煉終點w( C) ≥0.08%的產品產量大幅度上升，由2009 年的38%提高到目前的72%。這樣從冶煉工藝上減少深吹，不但降低了冶煉終點溫度，還降低了鋼液中和非金屬雜質含量。2011 年又新建1 台LF 爐用以調節鋼水溫度。以上措施保證了中間包鋼水平均過熱度穩定在25 ～ 40 ℃。

最佳化精煉流程，保證底吹氬時間

為了保證鈣處理鋼中夾雜物順利聚集上浮，出鋼必須“軟吹Ar”或保證有一定的靜止時間，然後才能上鑄機澆鑄。生產中規定，BOF 後要採用吹Ar－LFCC流程，只有在設備故障狀態下才能採用BOF 後吹Ar－CC流程，儘量使鈣處理鋼中的CaO、Al₂O₃等夾雜物含量處於較低水平。

定期檢查、校驗塞棒機構

加強對塞棒機械機構的維護，規定在更換中間包工作層時必須對塞棒執行機構的平直度進行檢測並記錄，發現不合格的機構必須停用。建立了《中間包塞棒執行機構送檢制度》等有關規定，確保塞棒執行機構的裝配質量。

改進塞棒頭材質

在鋼液澆鑄過程中，Al₂O₃ －C 質整體塞棒的棒頭部位承受的化學侵蝕和物理沖刷都比較嚴重，故需要對棒頭採取區別於棒身的材質。主要是適當提高Al₂O₃的含量和品質，Al₂O₃加入量( w) 從以前的60%提高到現在的70% 左右，採用緻密電熔剛玉，這樣有利於延長使用壽命。目前採取的棒頭與棒身材料的理化指標。通過最佳化設計，使棒頭部位抗侵蝕和沖刷能力提高，基本與棒身熔蝕速度一致。

使用效果

經過2 年多的改進最佳化，攀鋼3#方圓坯鑄機塞棒使用壽命有了進一步提高，且呈鞏固態勢，Al₂O₃ －C質整體塞棒使用壽命逐漸提高並基本穩定保持在500 min 以上的水平。

總結

(1) 鈣處理鋼精煉中鈣矽線加入量不應超過90kg，否則，塞棒侵蝕速率會明顯加快。

(2) 對於含Mn 較高的合金鋼，控制Ca 處理量可以有效提高Al₂O₃－C 整體塞棒的使用壽命。

(3) 鋼水精煉工序儘量使用BOF 後吹Ar－LF－CC流程，適當延長吹Ar 時間，保證氧化物夾雜充分上浮，可以減小塞棒侵蝕速率。

(4) 加強對塞棒機械機構的維護，可以有效避免棒頭剝落掉塊現象。