夏杰生
2021年11月21日至11月26日，北京联合荣大炼钢事业部与河钢唐钢中厚板厂炼钢部团结协作，共同在1#连铸机13#中间包上进行了110小时中间包长寿命试验。其连浇实际开浇时间为21日15时24分，实际停浇时间为26日6时58分，连续浇铸时长合计为111小时34分钟，共浇铸Q355B-2低合金钢钢水179包，实际过钢量为22858吨，铸坯断面为250mm×2100mm，铸坯总长度为5560米，浇铸拉速为0.70m/min~0.95m/min。此举创造了新的世界纪录。
图为连续浇铸时长达111小时34分钟，创造世界纪录的河钢集团唐钢中厚板厂炼钢车间1#连铸机13#中间包正在继续进行长寿命包龄试验。
牢记座右铭研发辟蹊径
据联合荣大董事长章荣会博士介绍：随着现代钢铁企业逐渐大型化和生产的高效化，连续铸钢技术的重要性日益显现，中间包用耐火材料能否满足连浇炉数的要求，对于钢铁企业的正常生产秩序和企业总体经济效益影响巨大。目前，国内板坯连铸中间包的寿命较短，一般为20小时～24小时。
因此，延长连铸机中间包的寿命，对降低连铸用耐火材料消耗，减少中间包浇余及铸坯切头、去尾，提高钢液品质等具有重要意义。
唐山中厚板材有限公司共有3台一机一流板坯连铸机，与之匹配的中间包容量为40t，钢包容量为120t，中间包砌筑工艺具体情况为：中间包外钢壳为焊接钢结构，带有加强筋和排气孔，钢壳内侧焊有锚固钩，以衔接耐火材料做的绝热层和永久层，永久层内部为工作层，采用镁质干式料振动成型；中间包内设有冲击板、稳流器、挡渣墙、挡坝等耐火浇注料预制件，能够使钢液中非金属夹杂物在中间包内上浮，稳定钢流，控制装置周围的钢水流场；中间包内设有上水口和塞棒等功能耐火材料以控制钢液的合理流动，稳定浇钢；每次连浇后，中间包要翻包并重新进行修砌，更换上述工作层、预制件和功能耐火材料，以保障连铸现场生产需要。
该板坯中间包主要冶炼钢种为常规钢种和低碳低硅钢两大类，2020年6月份之前平均使用寿命大约为24h，平均连浇炉数最高约为35炉，连浇炉数一直处于较低水平。经过双方技术调研讨论发现，现场存在的主要问题是：渣线干式料的耐侵蚀性不稳定、稳流器的侧帮开浇时易局部开裂、挡渣墙不耐侵蚀、塞棒棒头和水口碗部冲刷严重、塞棒棒头出现断裂等几种情况，从而导致中间包提前下线，并对钢水纯净度造成了非常不利的影响。
因此，立项研发长寿命中间包技术，对降低耐材成本和提高钢水质量尤为重要。把“生产中的难题，荣大人研发的课题”永远当着座右铭的荣大人，再一次踏上征程。
荣大的研发目标是提供一种长寿命中间包技术，该技术可使板坯中间包整体使用寿命最终达到100h以上，且该技术能够解决目前中间包各耐火材料整体使用寿命一直不高、包内各耐火材料性能搭配不均衡、中间包浇余和铸坯切头去尾数量多等技术问题，有利于降低吨钢耐火材料消耗成本，有利于设备维护，有利于大幅提高连铸生产作业率。
实施新措施应用新技术
章荣会说，为实现这一研发项目的预期目标，双方提出并实施了包括中间包结构设计、耐材产品的调整改进、连铸工艺控制等一系列措施。
具体研发内容主要有下列几项：
一是中间包流场进行优化及筑衬结构优化；二是研发无混坯连浇技术，实现多钢种连浇；三是搭建洁净钢生产平台，减少钢水对耐材的侵蚀；四是新型渣线干式料的研发，提高工作层渣线料抗侵蚀性和抗冲刷性；五是挡渣墙和稳流器改进；六是塞棒和水口改进调整；七是推行连铸中间包窄温度控制，降低耐材侵蚀速率；八是取消钙处理，降低钢渣渗透性对耐材侵蚀；九是应用大包下渣检测技术，减少中间包下渣量；十是连铸保护渣渣系调整，满足保温、夹杂物上浮及中间包长寿要求；最后一项内容是完善和规范施工工艺和烘烤工艺，发挥材料性能的最佳效果。
其研发的关键技术主要有下列3种：
第一种关键技术是提出了100h以上延寿试验的中间包流场及包衬结构设计方案；
第二种关键技术是强调耐火材料性能改进及提高新技术：具体内容包括新型渣线干振料的研制，创新地提出加装护板和新型护板的研制；新型稳流器的研制；特殊结构高寿命塞棒的研制；锆质复合上水口的研制；中间包包衬施工及烘烤工艺优化等等；
第三种关键技术是实现了炼钢-连铸全过程工艺优化的创新技术。
探损坏机理好对症下药
章荣会认为，为使研发工作少走弯路，荣大与唐钢科技人员稳扎稳打，砥砺前行。首先认真摸清中间包的损坏机理。他们认为：中间包内高速流动的钢液与耐火材料壁面之间由于相对运动而产生剪切应力，频繁的氧化、剧烈冲刷和热剥落现象不断地撕裂、剥落表面耐火材料。
渣蚀损毁也是耐火材料破坏的主要原因。渣对耐火材料的侵蚀可分为：溶解和渗透。同时，耐火材料与渣中的FeO、MnO相互反应，生成低熔物而熔入钢渣中。渣向耐火材料内部渗透并与耐火材料生成变质层，产生结构剥落。
另外，影响耐火材料向渣中溶解速度的因素有渣的碱度、黏度和温度等。当温度达到液相线生成温度20℃以上时，渣对耐火材料的侵蚀会加快。
而且，随着气孔孔径的增加，渣向耐火材料中的渗透速度增大，深度增加，耐火材料的气孔孔径越小，其抗渣的渗透能力越强。渣的黏度越大，其渗透能力越差。
研究塞棒侵蚀机理时，双方科技人员认为：是碳的氧化引起的侵蚀，导致棒头变小；钢水中夹杂物与氧化铝形成低熔点的物质，被钢水冲刷。
研究上水口和浸入式水口侵蚀机理时，科技人员发现：水口碗部受钢水冲刷严重；水口座砖间隙夹钢，降低生产稳定性；渣线侵蚀导致寿命较短；高频率更换水口导致上下水口板间划伤。
在上述研究的基础上，科技人员对中间包流场进行优化及筑衬结构优化：即，为进一步发挥中间包去夹杂功能，延长中间包寿命，他们与东北大学合作，对中间包内控流方案进行优化，解决原中间包墙坝间距过大、中间包流场不合理、夹杂物不能充分上浮等问题。优化方案比原方案有更大的活塞区体积分数(Vp)和更小的死区体积分数(Vd)，故优化方案有更好的控流效果，更有利于夹杂物的充分上浮。
针对中间包冲击区渣量大，对耐材侵蚀较非冲击区严重得多的情况，双方科技工作者在包衬厚度不变的前提下，为冲击区加装预制护板；渣线研制新型渣线干式料，保证均衡蚀损。
此外，双方还研发了无混坯连浇技术，实现了多钢种连浇；搭建洁净钢生产平台，减少了钢水对耐材的侵蚀。
双方科技人员还采取了下列多种改进措施：例如，对挡渣墙和稳流器改进；改进调整塞棒和水口；推行连铸中间包窄温度控制，降低耐材侵蚀速率；取消钙处理，降低钢渣渗透性对耐材侵蚀；应用大包下渣检测技术，减少中包下渣量；完善和规范施工工艺和烘烤工艺，发挥材料性能的最佳效果。
总之，该课题主要通过对现场情况的跟踪了解，系统分析各耐火材料侵蚀严重的主要影响因素，讨论并确定工艺研究所采取的措施，提出并确定100h以上提寿试验结构设计方案，同时，通过采取渣线干式料的调整、加装护板、挡渣墙和稳流器的改进以及塞棒和水口的改进调整等措施，终于实现了课题的预期目标。
近几年来，国内一些板坯中间包炼钢厂受一部分方坯中间包延寿的影响，开始将板坯中间包长寿化提上日程，但因各种因素的制约，但当前板坯中间包的使用寿命依然不长，据业内调查统计显示，平均寿命一般为大约20h～24h。
国外板坯连铸中间包近些年鲜有延长寿命相关的情况报道，大致使用寿命与国内情况基本相当。
章荣会称赞唐钢中厚板厂始终高度重视冶金新技术应用来提升生产效率与效益。联合荣大长期坚持耐材技术创新并引领市场，这次试验取得如此骄人业绩，表明了合作双方的珠联璧合，并实现了先进冶金管理理念与先进耐材料创新理念的良好对接。
章荣会认为，双方攻坚克难的步伐永不停止，下一个目标也许是让中间包寿命达到120小时、150小时，甚至200小时。节能减排增效，努力实现碳达峰碳中和目标，联合荣大一直在努力。
