中间包塞棒断裂原因及控制措施

总第２００期　２０１４年１０月　南方金属　

ＳＯＵＴＨＥＲＮ　ＭＥＴＡＬＳ　Ｓｕｍ．２００　

０ｃｔｏｂｅｒ　２０１４　

文章编号：１００９—９７００（２０１４）０５—００５６—０４　中间包塞棒断裂原因及控制措施　

朱国军，李强刚，蒲　锐　（日照钢铁有限公司，山东日照２７６８０６）　

摘要：针对日照钢铁有限公司第二炼钢厂５—１０号板坯连铸机中间包塞棒断裂的问题，对不同耐材厂家断裂塞　棒的数据进行整理分析，并从钢水成分、中间包塞棒的理化指标、制作工艺、烘烤过程等方面做详细调查，提出相应　的优化方案及控制措施，重点对塞棒头部的尺寸进行重新设计，对塞棒头材质进行优化调整，使塞棒断裂事故得到　控制，降低事故率．　关键词：中间包塞棒；断裂；分析；控制　中图分类号：ＴＧ　２３３．６　文献标识码：Ａ　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｏｎ　Ｔｕｎｄｉｓｈ　Ｓｔｏｐｐｅｒ　Ｒｏｄ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ＺＨＵ　Ｇｕｏ—ｊｕｎ，ＬＩ　Ｑｉａｎｇ—ｇａｎｇ，ＰＵ　Ｒｕｉ　（Ｒｉｚｈａｏ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．Ｓｅｃｏｎｄ　Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　Ｐｌａｎｔ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｒｉｚｈａｏ，２７６８０６，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｏｐｐｅｒ　ｒｏｄ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｉｎ　７＃一９＃ｓｌａｂ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｅｒ　ｔｕｎｄｉｓｈｅｓ　ｏｆ　Ｓｅｃｏｎｄ　Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ　Ｐｌａｎ　ｉｎ　Ｒｉｚｈａｏ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏ．，ｔｈｅ　ｓｔｏｐｐｅｒ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｏｐｐｅｒ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ　ｂａｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ，ｋｅｙ　ｓｉｚｅ　Ｏ１３．ｔｈｅ　ｓｔｏｐｐｅｒ　ｈｅａｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅ　ｓｔｏｐｐｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｔｈｅ　ｓｔｏｐｐｅｒ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｒａｔｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｏｐｐｅｒ　ｒｏｄ；ｆｒａｃｔｕｒｅ；ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｔｒｏｌ　

０　前　言　裂造成的非计划停机事故・　日照钢铁有限公司第二炼钢厂５～１０号板坯连　铸机为常规板坯连铸机，以生产普通碳素结构钢为　主，在生产过程中塞棒断裂事故在非计划停机事故　中所占比例较大，２０１０年最为突出，塞棒断裂事故　占比达３０％．通过对数据统计分析，并与耐材厂家　进行了交流，找到了塞棒断裂的关键原因，提出了优　化方案，从而提高了塞棒质量，保证了生产的顺行．　塞棒断裂事故逐年减少，２０１１年占比１５．６６％，２０１２　年占比１３．３０％．２０１３年因更换耐材厂家，塞棒断裂　事故再次上升，占比达到２５％，通过规范相关技术　指标准及操作要求，２０１４年仅发生一次塞棒头部断　１　整体塞棒的用途及特点　目前常见的铝碳质整体塞棒，其棒头材质有高　铝碳质、铝锆碳质、镁碳质或其它材质．５～１０号机　在２０１１年之前使用铝碳锆质整体塞棒，与水口配合　使用．结晶器液面控制为涡流式自动控制装置，通过　控制塞棒头部到中间包水口的位置来调节进入结晶　器的钢水流量，可以通过氩气孔向中间包吹氩以防　止水口堵塞．具有抗冲刷性好、抗侵蚀能力强及抗氧　化、强度高的特点，适用于多炉长时间连续浇注，其　典型理化指标见表１．　

收稿日期：２０１４—０５—１９　作者简介：朱国军（１９７９一），男，２００３年毕业于辽宁科技大学冶金工程专业，工程师．　总第２００期　朱国军，等：中间包塞棒断裂原因及控制措施　５７　在生产ＳＰＨＣ钢种时该材质塞棒易出现棒头结　渣絮流情况，之后将塞棒头材质改为尖晶石质，改为　尖晶石质后多次出现塞棒断裂的事故．　２塞棒断裂事故概况　２．１塞棒断裂事故统计　通过对Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ　４个厂家中间包塞棒质量状　况进行统计分析，发生塞棒断裂时所生产的钢种只　有一次是ＣＣＳＢ船板钢，其余都是Ｑ２３５Ｂ钢，而且Ｄ　厂家未发生过塞棒断的事故，其它厂家塞棒出现断　裂时中间包的寿命和断裂位置有着明显差异，相关　数据见表２．　

表２　２ＯｌＯ年各厂家塞棒断裂时中包使用时间和位置　

２．２塞棒断裂处形貌特征　Ｃ厂家塞棒断裂次数最多，且断裂位置在塞棒　头部居多．针对Ｃ厂家的事故塞棒进行测量检验后　发现，塞棒头部断裂的位置为距头部５～１０　ｃｍ处．　该批次使用后未发生断裂的塞棒经过专用设备进行　纵剖后，也可看到明显裂纹．　３塞棒断裂的原因分析　根据第二炼钢厂５～１０号机的工艺条件，工艺　技术人员针对造成塞棒断裂的原因素进行了总结，　主要有以下４方面．　３．１钢水成份　塞棒的材质要根据钢厂生产的钢种、钢水处理　的方式和中间包连浇时间来确定，经过Ｃａ、Ｓｉ处理　的钢种，Ａｌ—Ｃ质或ＳｉＯ：一Ｃ质塞棒的头部侵蚀较　快，经常会导致无法控制钢流．当ｃａ添加量超过一　定量时，Ａ１一Ｃ质塞棒的损毁程度呈增大趋势．分析　主要原因在于Ｃａ的添加到一定量时，钢中的ＣａＯ　会与ＡＩ：Ｏ，反应形成低熔点物质，从而造成了钢中　的Ｃａ对Ａ１一Ｃ质耐材侵蚀增大　Ｊ．　３．２塞棒与上水口的安装　塞棒在安装调整时一般要求有一定的啃头，然　而在浇铸过程中塞棒易发生偏位，极易出现钢水偏　流现象，偏流严重时会造成粘结漏钢事故．　３．３中间包烘烤情况　根据中间包包衬及塞棒、上水口的材质特点，５　

～ｌ０号机所采用的烘烤曲线为：小火烘烤３０ｍｉｎ，中　火烘烤３０　ｍｉｎ，大火烘烤１～２　ｈ．然而，因生产计划　的变更，实际生产时所采取的烘烤过程并不能完全　按照该烘烤曲线进行．另外，５—１Ｏ号机所使用的烘　烤气体为转炉煤气，含水量较大，煤气排水设施简　陋，排水效果不理想．　３．４塞棒的设计及生产制作过程　整体塞棒一律采用等静压成型，其形状和尺寸　取决于中间包的容量．塞棒向上抬升的距离决定了　结晶器的液位高度，一般可在启闭器机构侧面的标　尺上观察到．塞棒向上抬升的距离决定了塞棒棒头　与水口碗部之间的间隙大小，进而控制钢水进入浸　入式水口的流量，这与它们本身的圆弧曲线半径的　大小有关．当塞棒或水口发生侵蚀时塞棒会向下移　动，表现为塞棒开口度下降．塞棒塞头侵蚀严重或　不均匀侵蚀，会严重影响塞棒的控流效果　Ｊ．经过　调查，ｃ厂家提供的棒头尺寸不合适，经常发生棒头　断裂的事故，且控流效果差．　５８　南方金属　Ｓ０ＵＴＨＥＲＮ　ＭＥＴＡＬＳ　２０１４年第５期　

塞棒基本生产工艺流程为：原料准备、配料一混　料、造粒一困料、晾晒一等静压机１２０Ｍｐａ成型一车　床车削一梭式窑烧成一辊道式全自动涂料喷涂一ｘ　光射线无损探伤仪进行检测．在配料方面Ｃ厂家控　制不合理，造成塞棒头与棒身部位结合不好，烘烤后　产生内部应力较大．　４避免塞棒断裂的控制措施　４．１　调整钢水成分。改进脱氧合金化工艺　５一ｌ０号机发生塞棒断裂时所生产的钢种多为　Ｑ２３５Ｂ钢，说明该钢种成分与塞棒断裂有一定的关系．　因此，对钢水的脱氧合化方式进行了研究并对　该工艺过程进行了改进，第二炼钢厂所使用的脱氧　合金化材料主要有Ｓｉ—Ｍｎ—Ｆｅ，ＣａＢａＡ１Ｓｉ（复合脱　氧剂），ＣａＳｉ线．合金加入顺序为：ＣａＢａＡ１Ｓｉ（复合脱　氧剂）　ｓｉ—Ｍｎ—Ｆｅ（ＣａＢａＡ１Ｓｉ加入量１．５—２．０　ｋｇ／ｔ，Ｓｉ—Ｍｎ—Ｆｅ加入量根据终点残Ｍｎ进行调　整），合金在开始出钢至２／３之间加完，保证到氩站　成分含量进入目标范围．钢水进入精炼炉后再根据　初炼成分进行微调Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ，出站前喂硅钙线１．５　～２．０　ｍ／ｔ钢，喂线速度１．５～２　ｍ／ｍｉｎ．喂线结束　后，软吹时间ｔ＞８　ｍｉｎ，黄白渣出钢．　改进后钢水与塞棒头材质发生反应的机理被减　弱，提高了塞棒头的耐侵蚀能力．　４．２改进塞棒安装方法　重新制定塞棒的安装调整方法，调整前检查好　开闭器横梁，检查赛棒是否平直，棒杆螺纹是否完　好；将接头套人螺杆，旋紧棒杆螺丝，接头与棒平齐　为止；上棒啃量３～５　ｍｍ，不倒啃、偏啃，开闭器留量　不小于３０　ｍｍ．　４．３提高中间包烘烤效果　严格按照烘烤曲线对中间包进行烘烤，保证在　１～２　ｈ内中间包快速烘烤到１　０００　ｏＣ以上，并用红　外线测温枪进行测量塞棒和上水口温度，提高烘烤　效果．　４．４重新设计塞棒头的尺寸　在整体塞棒和浸入式水口的配合设计过程中，常　涉及到整体塞棒头和浸入式水口碗部形状的设计．在　设计中首先要确定浸入式水口的流通直径，由此确定　水口碗部的形状和开口度；在此基础上，再确定与其　相匹配的整体塞棒头的形状和长度　ｊ．根据铸机的生　产情况，并借鉴其它厂家经验，工艺技术人员与Ｃ厂　家一起对塞棒头做了重新设计，改进前后的赛棒头外　形见图１、图２．同时，对７～９号机塞棒总体长度做了　调整，由原来的１　５９０　ｍｍ改为１　５６０　ｍｍ，减轻了棒　身的振动．在改进塞棒棒头设计后，工艺技术人员又　与结晶器液面自动控制厂家进行沟通，对控制程序　进行了调整，保证了结晶器液面的稳定．　

牛　６　

Ｒ　图１　改进前塞棒棒头设计　

图２改进后塞棒棒头设计　４．５优化调整塞棒头的材质　有关试验表明ＭｇＯ—Ｃ质和ＺｒＯ　一Ｃ质比　Ａ１：Ｏ，一Ｃ质的抗侵蚀性能高；尖晶石一ｃ质比ＭｇＯ　—Ｃ质和ＺｒＯ　一Ｃ质好；电熔法的尖晶石一Ｃ质比　烧结法的尖晶石一Ｃ质抗侵蚀性能高．塞棒由于棒　身和棒头泥料不同，两者之间的体密、气孔率和强度　等指标相差较大，特别是热膨胀系数不一样，如果直　接结合，在使用时很容易造成掉头．故设计过度层　料，使两者能很好地结合　Ｊ．根据５～１０号机生产情　况对塞棒材质进行优化改进，棒身仍为铝碳质，塞棒　头由ＺｒＯ　一Ｃ质改为电熔铝镁尖晶石质，对尖晶石　配料进行调整并增加石墨的加入量，提高了棒头的　热震稳定性（试验方式为１　２００　ｏＣ，循环水急冷），热　震稳定性次数由原来的３～４次提高到６次．　通过以上措施的实施，塞棒断裂事故得到了控　制，塞棒断裂事故在非计划停机事故中所占比例逐　年减少，２０１１年占比１５．６６％，２０１２年占比１３．３０％，　取得了较好的效果．２０１３年因更换耐材厂家，塞棒　断裂事故再次上升，占比达到２５％．经过调查研究，　新耐材厂家所使用的塞棒头材质不合适，并且中间