中间包定径水口夹钢,除了耐材因素还有这些

连铸中包的稳定是保证生产稳定和良好铸坯质量的前提。长寿命中包可以减少更换中包的次数,这样不但降低了工人的劳动强度,而且还可以降低生产事故的发生。因此,提高中包包龄也就成了生产和质量追求的方向。
在实际生产过程中制约中包包龄的因素很多,其中中包定径水口夹钢现象就时有发生,而且已经成为了制约中包包龄的常见因素。首先,夹钢的定径水口不能更换从而降低了中包包龄,增加了生产成本。其次,定径水口夹钢严重时还会造成定径水口钻钢事故。因此,解决中包定径水口夹钢问题,无论从成本上考虑,还是从安全角度考虑都是非常有必要的。

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定径水口的结构与夹钢状况

⑴连铸中包定径水口分为“快换式”和“摆把式”两种。

“快换式”机构部分由机件底座、固定滑道、弹簧压紧的活动滑道、下定径水口托架、弹簧护板等组成。耐材部分由上水口座砖、上水口、上定径水口、下定径水口组成的。
“摆把式”的机构部分由机件底座和换向扇形板组成。耐材部分由上水口座砖、上水口、上定径水口、下定径水口和过渡块等组成。
定径水口的结构不同其工作原理和影响因素也是略有区别的。
⑵定径水口夹钢的根本原因和状态。
定径水口夹钢的根本原因就是在板间产生缝隙过大,(一般定径水口间缝隙要求≤0.3mm)或是定径水口“窝损”侵蚀严重,如图1所示。从现场定径水口的侵蚀和夹钢状态分析,定径水口的“窝损”现象正是定径水口侵蚀夹钢的起源。
图1  锆芯外侧严重“窝损”现象
例如:定径水口在使用过程中上下对中的偏差、人为控流浇铸或是上水口扩径侵蚀严重等因素,都会出现上下定径水口错位,加剧下水口内壁的冲刷侵蚀,在内径板缝间形成“窝损”现象。此时进行更换水口操作,就会使定径水口“窝损”内携带的钢水,在滑动或摆动高速运动的情况下,将钢水压入定径水口缝隙当中,而造成定径水口夹钢现象。
一般情况产生定径水口夹钢的钢片厚度≤1mm,面积大小不定,最大的可以布满定径水口锆芯外径边缘,如图2所示。生产过程中一旦发现定径水口夹钢现象,就要立即停止更换定径水口操作,以防“穿包”(中包漏钢)事故的发生。
图2  中包下定径水口夹钢的钢片

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影响因素与实践原因分析

3.1 耐材因素
连铸使用的定径水口一般为铝碳质耐材,内部镶嵌锆芯增加耐蚀性,其锆芯的主要成分为ZrO2,加入少量的稳定剂(CaO、MgO等)制做而成。
定径水口在使用的过程中,和钢水中的杂质元素(MnO2、SiO2、MgO、Al2O3等)发生反应生成多元低熔点氧化物,并随着钢水而流失,这样就造成定径水口的侵蚀扩径。除此之外,定径水口在烧氧引流或是钢水截流进行烧氧时,都会对定径水口造成严重的烧损侵蚀扩径。
定径水口的生产和设计的合理性也是影响水口使用的重要因素。常见的定径水口工艺流程:配料→预混→混料→成型→干燥→烧成→拣选→粘结装配→表面涂抹滑板油。严格执行每个工艺环节标准从而保证能够生产出合格的产品。
定径水口的尺寸设计,一般上端为喇叭口流线型的,在使用过程中将钢水引入下端定径段,其主要是为了减少钢水的阻力,减小钢水在定径水口中的搅动作用,改善产品的耐冲刷性能。从而减少定径水口缝隙产生夹钢的机率。
定径水口的尺寸设计中,定径水口直径的确定是一个非常重要的因素。定径水口内径D设计的经验公式如⑴所示:
式中:D-中包定径水口的直径,mm;
a、b-结晶器横断面的宽度、厚度,mm;
v-连铸拉速,m/min;
c-系数,c=λβ;
g-重力加速度,m/s²;
h-中包钢水液面的高度,mm。
除了定径水口尺寸设计外,实际生产因素对耐材影响也很大,因为在使用过程中要承受钢水的温度很高,使用初期水口升温很快,从而使水口内部受热不均匀,而承受钢水剧烈的热冲击,这就使水口产生热应力集中,而这些热应力集中的地方,也就是耐材产生裂纹和熔损的源头。
3.2 机构因素
“快换式”机构滑道、定径水口托架和机构底板一定要保持平整。首先,要确保整体机构没有变形现象。其次,要保证定径水口缝隙满足要求(定径水口间缝隙≤0.3mm)。
其上下定径水口主要是依靠活动滑道弹簧系统进行压紧,因此对于弹簧的维护标准要高,必须保证其自由高度一致,来确保活动滑道受力均衡。
根据经验公式⑵可知:
式中:P-定径水口机构提供给定径水口的面压;
N-面压弹簧的个数;
μ-面压弹簧的弹簧系数;
ΔX-工作时弹簧的压缩量;

如果加载面压弹簧不能产生足够的面压,就可能会导致定径水口间隙增大而产生夹钢现象。

另外,在更换定径水口时,通过液压缸将备用的定径水口打到使用位置,因此定径水口托架尺寸和液压缸的行程精度,就是保证上下定径水口对中,以防造成非正常侵蚀的重要控制因素。更换定径水口的整个过程中,如果滑道不平或是活动滑道的受力不均,就会使定径水口产生缝隙,从而出现夹钢现象。
摆把式机构是通过调整顶丝压紧摆槽来实现上下定径水口压紧,在更换定径水口摆动过程中,扇形板摆槽和机构底板要保持平行,不得有变形现象,确保摆动过程中定径水口不会产生缝隙,从而避免定径水口夹钢现象。
3.3 生产工艺因素
生产过程中因钢水温度过高,钢水套眼等因素,造成频繁地更换定径水口,这样就会对定径水口的寿命有很大的影响。还有就是钢水的脱氧工艺处理方式的影响,文献[4]中指出钙处理工艺钢水对定径水口就存在一定的熔损,就这点而言只能从定径水口的材质上考虑解决了。
除了钢水因素影响之外,连铸更换定径水口过程还存在人为操作问题。比如:在连铸中包开浇烧氧引流时,由于人为操作的偏差造成定径水口烧损严重,增加定径水口夹钢的机率。在更换定径水口过程中,“快换式”定径水口的滑道存在异物未能清理干净;“摆把儿”式定径水口摆动过程用力不均匀等等,这些都是人为因素使定径水口产生缝隙,造成定径水口夹钢的现象。

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预防中包定径水口夹钢的措施

⑴机件安装前,将机件底板杂物清理干净,特别是冷钢的清理,验看机件和底板无误后进行安装。

安装定径水口前,检查板面平整无裂纹和破损现象,装上定径水口后,调整压紧装置,保证定径水口缝隙达标(定径水口间缝隙≤0.3mm)。
整体机构安装完成,进行更换操作验看,检验更换过程是否顺畅,精确测量定径水口滑动的行程,确保上下定径水口的对中。
⑵转炉为连铸提供合格的钢水,减少连铸更换定径水口的次数,提高连铸更换定径水口技巧,减少人为操作造成的定径水口异常侵蚀,生产过程中特别要注意,滑道和摆槽上的异物要清理干净。
这些都是生产过程中避免定径水口夹钢现象的有效措施。

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结 语

⑴保证连铸定径水口滑动机构无变形现象,定径水口滑动行程上无异物,定径水口间缝隙≤0.3mm。
⑵定径水口尺寸设计合理,使用前无破损和裂纹现象,板面平整无凹凸不平现象。
⑶生产节奏稳定,钢水质量合格,无高低温和钢水截流现象。
⑷更换定径水口人员技术纯熟,不能有因人为因素造成的意外烧损或扩径现象。
总而言之,深入地了解连铸中包定径水口不同机构的工作原理,再根据不同的影响因素确定相应的措施,是可以杜绝连铸中包定径水口夹钢问题的。
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