摘  要：浸入式水口(SEN)的使用寿命是影响连铸机作业率的关键因素之一．采用自动变渣线工艺大幅提高了 SEN的使用寿命。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的影响，减少了生产事故。提高了铸坯质量。

关键词：浸入式水口；侵蚀；寿命；自动变渣线

    SEN在高速连铸生产中起到分流、防止二次氧化、稳定结晶器钢水流场、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因素之一。目前，SEN的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使用寿命短的问题已基本不用考虑，而当前制约SEN使用寿命的因素主要是其耐侵蚀性能。为提高SEN耐侵蚀性能，在SEN渣线部位添加了ZrO₂复合材料，但还未达到连铸生产的要求标准。因此，济南钢铁集团总公司第三炼钢厂(以下简称济钢三炼钢)为延长SEN的使用寿命，采用变渣线操作工艺，并对此工艺进行了由手动到自动的优化。

    1  SEN侵蚀原因

SEN材质如图1所示。主体材质为Al₂0₃一C，内表面为CaO—ZrO₂一C，渣线部位为Zr0₂一C。

    使用连铸保护渣是为了防止结晶器内的钢水二次氧化、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，为了调节保护渣的熔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、粘度低，造成在保护渣与钢水的界面处对SEN的侵蚀。Zr0₂一C复合材料受到保护渣的侵蚀表现为：碳在高温下与钢水中的氧发生氧化而损失，Zr0₂颗粒露出，并同保护渣低粘性化成分发生反应等，立方晶Zr0₂转化为单斜晶ZrO₂，而晶体颗粒发生细碎化，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。

    济钢三炼钢通过在使用过程中改变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，并取得了较好的效果。

    2  问题的提出及分析

    SEN浸入深度是通过调整中间包两支撑油缸的高度实现的，使SEN的渣线位置随中间包高度变化而变化，称为变渣线操作。济钢三炼钢投产初期，变渣线操作一直采用手动调整，对提高SEN的使用寿命有较大作用。但是，手动变渣线存在操作控制难度大，影响铸坯质量提高及生产的安全稳定等方面的问题：

    (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3层结构，使得局部液渣下渗不良，影响其润滑及传热效果。轻者会导致板坯裂纹的发生，重者会出现粘结漏钢。

    (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，直接影响SEN分流孔的分流，使得水口偏流，同样会带来裂纹的出现，严重时，导致结晶器内板坯侧边坯壳变薄，出结晶器时因坯壳薄不能承受钢水静压力而出现漏钢事故。

    (3)调整高度控制不当，易超出ZrO₂一C复合线。ZrO₂—C复合线的耐侵蚀性能最好，手动调整时中间包的高度位置不易控制，很容易超出Zr0₂一C复合线区域，而Al₂0₃一C抗渣侵蚀性能很差，易导致SEN的断裂。

    (4)影响钢包自动浇注。在手动变渣线过程中，常因在上下调整中间包位置时，使中间包发生钢水超重或失重现象，而使钢包自动浇注模式自动转换为手动浇注模式，严重时钢包滑板全开或全关，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，会出现中间包与大包套管机械手的碰撞，使钢包保护套管不在钢包下水口位置，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，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。

    3  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，采用了浸入式水口自动变渣线操作，并取得了很好的应用效果。

    3．1  SEN浸入深度的计算

SEN浸入深度是根据其有关参数计算得出的(见图2)。

图2中，H．为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H₁=0。H₂为中间包底部到SEN底部的距离，即SEN的长度(测量数值须在L1级计算机人机界面——HMI上进行确认)。凡为中间包底部到结晶器顶部的距离(测量数值须在HMI上进行确认)。H₄为结晶器内钢液面到结晶器顶部的距离，由放射源、(c060)对结晶器内钢液面检测所得数据经如下转换获得：设放射源、(C₀60)所检测的最高液面位置到结晶器顶部距离为S₁放射源(C₀60)所检测的最低液面位置到结晶器顶部距离为S₁。结晶器液位设定值(由0s，机旁手动设定)为X，一般取X=80％。则有：H₄=(S₂一S₁)×(1一X)+S₁。H5为SEN实际浸入深度。SEN浸入深度计算如下：

    H₅=H₂一H₃一H₄  (1)

    H₆=H₁+H₅  (2)

    式(1～2)中，H₆为SEN浸入深度(L1机显示值)。在中间包各高度尺寸标准无误差时，H₆=H₅。

    3．2  HMI(人机界面)各参数设定

HMI各参数示意图如图3所示。

    图3中，H_f为自动变渣线一次变化高度，(由HMI调整，一般设定H_f=3mm)。T_f为自动变渣线周期，(由HMI调整，一般T_f=12min)。H_max为自动变渣线最高位置(根据生产实际情况由HMI调整)。H_min为自动变渣线最低位置(根据生产实际情况由HMI调整)。

    3．3  自动变渣线的应用效果

    (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)油缸位置偏差小。避免了因中间包车上两油缸高度偏差较大而导致的水口偏流现象。

(3)调整高度控制准确，不会出现超出去Zr0₂一C复合线。

    (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为减小。

    (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导致SEN局部侵蚀严重的现象。

    (7)自动变渣线的应用，避免了SEN局部长时间被侵蚀的现象，大幅提高了SEN的使用寿命。采用自动变渣线以来，SEN的平均使用寿命由原来的3．5h提高到现在的5h，很大程度地提高了铸机作业率。

    3．4  自动变渣线的注意事项

    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。经现场生产中的数据统计表明，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)。一般情况下，济钢三炼钢SEN浸入深度为260～270mm，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，可相应增加或减小浸入深度，合适的浸入深度可避免生产事故的发生并可提高铸坯的质量。

    4  结语

    采用自动变渣线以来，SEN的平均使用寿命由原来的3．5h提高到现在的5h。避免了因手动变渣线的不稳定性带来的生产事故，同时对提高铸机作业率和铸坯质量也有一定效果。自动变渣线工艺的应用，为济钢三炼钢的高效稳定生产提供了保证。

      ( 王惠茹节选自《炼钢》2006年第1期)