夏杰生
2021年11月21日至11月26日，北京聯合榮大煉鋼事業部與河鋼唐鋼中厚板廠煉鋼部團結協作，共同在1#連鑄機13#中間包上進行了110小時中間包長壽命試驗。其連澆實際開澆時間為21日15時24分，實際停澆時間為26日6時58分，連續澆鑄時長合計為111小時34分鐘，共澆鑄Q355B-2低合金鋼鋼水179包，實際過鋼量為22858噸，鑄坯斷面為250mm×2100mm，鑄坯總長度為5560米，澆鑄拉速為0.70m/min~0.95m/min。此舉創造了新的世界紀錄。
圖為連續澆鑄時長達111小時34分鐘，創造世界紀錄的河鋼集團唐鋼中厚板廠煉鋼車間1#連鑄機13#中間包正在繼續進行長壽命包齡試驗。
牢記座右銘研發辟蹊徑
據聯合榮大董事長章榮會博士介紹：隨著現代鋼鐵企業逐漸大型化和生產的高效化，連續鑄鋼技術的重要性日益顯現，中間包用耐火材料能否滿足連澆爐數的要求，對于鋼鐵企業的正常生產秩序和企業總體經濟效益影響巨大。目前，國內板坯連鑄中間包的壽命較短，一般為20小時～24小時。
因此，延長連鑄機中間包的壽命，對降低連鑄用耐火材料消耗，減少中間包澆余及鑄坯切頭、去尾，提高鋼液品質等具有重要意義。
唐山中厚板材有限公司共有3臺一機一流板坯連鑄機，與之匹配的中間包容量為40t，鋼包容量為120t，中間包砌筑工藝具體情況為：中間包外鋼殼為焊接鋼結構，帶有加強筋和排氣孔，鋼殼內側焊有錨固鉤，以銜接耐火材料做的絕熱層和永久層，永久層內部為工作層，采用鎂質干式料振動成型；中間包內設有沖擊板、穩流器、擋渣墻、擋壩等耐火澆注料預制件，能夠使鋼液中非金屬夾雜物在中間包內上浮，穩定鋼流，控制裝置周圍的鋼水流場；中間包內設有上水口和塞棒等功能耐火材料以控制鋼液的合理流動，穩定澆鋼；每次連澆后，中間包要翻包并重新進行修砌，更換上述工作層、預制件和功能耐火材料，以保障連鑄現場生產需要。
該板坯中間包主要冶煉鋼種為常規鋼種和低碳低硅鋼兩大類，2020年6月份之前平均使用壽命大約為24h，平均連澆爐數最高約為35爐，連澆爐數一直處于較低水平。經過雙方技術調研討論發現，現場存在的主要問題是：渣線干式料的耐侵蝕性不穩定、穩流器的側幫開澆時易局部開裂、擋渣墻不耐侵蝕、塞棒棒頭和水口碗部沖刷嚴重、塞棒棒頭出現斷裂等幾種情況，從而導致中間包提前下線，并對鋼水純凈度造成了非常不利的影響。
因此，立項研發長壽命中間包技術，對降低耐材成本和提高鋼水質量尤為重要。把“生產中的難題，榮大人研發的課題”永遠當著座右銘的榮大人，再一次踏上征程。
榮大的研發目標是提供一種長壽命中間包技術，該技術可使板坯中間包整體使用壽命最終達到100h以上，且該技術能夠解決目前中間包各耐火材料整體使用壽命一直不高、包內各耐火材料性能搭配不均衡、中間包澆余和鑄坯切頭去尾數量多等技術問題，有利于降低噸鋼耐火材料消耗成本，有利于設備維護，有利于大幅提高連鑄生產作業率。
實施新措施應用新技術
章榮會說，為實現這一研發項目的預期目標，雙方提出并實施了包括中間包結構設計、耐材產品的調整改進、連鑄工藝控制等一系列措施。
具體研發內容主要有下列幾項：
一是中間包流場進行優化及筑襯結構優化；二是研發無混坯連澆技術，實現多鋼種連澆；三是搭建潔凈鋼生產平臺，減少鋼水對耐材的侵蝕；四是新型渣線干式料的研發，提高工作層渣線料抗侵蝕性和抗沖刷性；五是擋渣墻和穩流器改進；六是塞棒和水口改進調整；七是推行連鑄中間包窄溫度控制，降低耐材侵蝕速率；八是取消鈣處理，降低鋼渣滲透性對耐材侵蝕；九是應用大包下渣檢測技術，減少中間包下渣量；十是連鑄保護渣渣系調整，滿足保溫、夾雜物上浮及中間包長壽要求；最后一項內容是完善和規范施工工藝和烘烤工藝，發揮材料性能的最佳效果。
其研發的關鍵技術主要有下列3種：
第一種關鍵技術是提出了100h以上延壽試驗的中間包流場及包襯結構設計方案；
第二種關鍵技術是強調耐火材料性能改進及提高新技術：具體內容包括新型渣線干振料的研制，創新地提出加裝護板和新型護板的研制；新型穩流器的研制；特殊結構高壽命塞棒的研制；鋯質復合上水口的研制；中間包包襯施工及烘烤工藝優化等等；
第三種關鍵技術是實現了煉鋼-連鑄全過程工藝優化的創新技術。
探損壞機理好對癥下藥
章榮會認為，為使研發工作少走彎路，榮大與唐鋼科技人員穩扎穩打，砥礪前行。首先認真摸清中間包的損壞機理。他們認為：中間包內高速流動的鋼液與耐火材料壁面之間由于相對運動而產生剪切應力，頻繁的氧化、劇烈沖刷和熱剝落現象不斷地撕裂、剝落表面耐火材料。
渣蝕損毀也是耐火材料破壞的主要原因。渣對耐火材料的侵蝕可分為：溶解和滲透。同時，耐火材料與渣中的FeO、MnO相互反應，生成低熔物而熔入鋼渣中。渣向耐火材料內部滲透并與耐火材料生成變質層，產生結構剝落。
另外，影響耐火材料向渣中溶解速度的因素有渣的堿度、黏度和溫度等。當溫度達到液相線生成溫度20℃以上時，渣對耐火材料的侵蝕會加快。
而且，隨著氣孔孔徑的增加，渣向耐火材料中的滲透速度增大，深度增加，耐火材料的氣孔孔徑越小，其抗渣的滲透能力越強。渣的黏度越大，其滲透能力越差。
研究塞棒侵蝕機理時，雙方科技人員認為：是碳的氧化引起的侵蝕，導致棒頭變小；鋼水中夾雜物與氧化鋁形成低熔點的物質，被鋼水沖刷。
研究上水口和浸入式水口侵蝕機理時，科技人員發現：水口碗部受鋼水沖刷嚴重；水口座磚間隙夾鋼，降低生產穩定性；渣線侵蝕導致壽命較短；高頻率更換水口導致上下水口板間劃傷。
在上述研究的基礎上，科技人員對中間包流場進行優化及筑襯結構優化：即，為進一步發揮中間包去夾雜功能，延長中間包壽命，他們與東北大學合作，對中間包內控流方案進行優化，解決原中間包墻壩間距過大、中間包流場不合理、夾雜物不能充分上浮等問題。優化方案比原方案有更大的活塞區體積分數(Vp)和更小的死區體積分數(Vd)，故優化方案有更好的控流效果，更有利于夾雜物的充分上浮。
針對中間包沖擊區渣量大，對耐材侵蝕較非沖擊區嚴重得多的情況，雙方科技工作者在包襯厚度不變的前提下，為沖擊區加裝預制護板；渣線研制新型渣線干式料，保證均衡蝕損。
此外，雙方還研發了無混坯連澆技術，實現了多鋼種連澆；搭建潔凈鋼生產平臺，減少了鋼水對耐材的侵蝕。
雙方科技人員還采取了下列多種改進措施：例如，對擋渣墻和穩流器改進；改進調整塞棒和水口；推行連鑄中間包窄溫度控制，降低耐材侵蝕速率；取消鈣處理，降低鋼渣滲透性對耐材侵蝕；應用大包下渣檢測技術，減少中包下渣量；完善和規范施工工藝和烘烤工藝，發揮材料性能的最佳效果。
總之，該課題主要通過對現場情況的跟蹤了解，系統分析各耐火材料侵蝕嚴重的主要影響因素，討論并確定工藝研究所采取的措施，提出并確定100h以上提壽試驗結構設計方案，同時，通過采取渣線干式料的調整、加裝護板、擋渣墻和穩流器的改進以及塞棒和水口的改進調整等措施，終于實現了課題的預期目標。
近幾年來，國內一些板坯中間包煉鋼廠受一部分方坯中間包延壽的影響，開始將板坯中間包長壽化提上日程，但因各種因素的制約，但當前板坯中間包的使用壽命依然不長，據業內調查統計顯示，平均壽命一般為大約20h～24h。
國外板坯連鑄中間包近些年鮮有延長壽命相關的情況報道，大致使用壽命與國內情況基本相當。
章榮會稱贊唐鋼中厚板廠始終高度重視冶金新技術應用來提升生產效率與效益。聯合榮大長期堅持耐材技術創新并引領市場，這次試驗取得如此驕人業績，表明了合作雙方的珠聯璧合，并實現了先進冶金管理理念與先進耐材料創新理念的良好對接。
章榮會認為，雙方攻堅克難的步伐永不停止，下一個目標也許是讓中間包壽命達到120小時、150小時，甚至200小時。節能減排增效，努力實現碳達峰碳中和目標，聯合榮大一直在努力。
