在连铸机连续浇注作业过程中，大包长水口、中间包塞棒和浸入式水口的稳定使用是实现高可靠性连续浇注的关键，其中中间包塞棒的使用过程主要存在塞棒棒头部位的夹杂物粘附和塞棒侵蚀问题，通过造渣工艺优化和钙处理等措施可有效解决夹杂物粘附问题，因而塞棒侵蚀问题成为影响稳定连浇作业的关键。相关文献主要研究的是塞棒棒头方面侵蚀原因和控制，对塞棒渣线部位的研究报道较少。针对生产过程中出现的中间包塞棒渣线部位侵蚀问题，本文结合相关文献调研和检验分析手段，分析了含铝钢生产过程中塞棒渣线侵蚀的影响因素，并提出了相关控制措施。
塞棒侵蚀原因分析
1.1 塞棒材质和生产钢种类型
邢钢目前使用的所有塞棒棒身均为铝碳质(Al2O3-C)，成分如表1所示，在生产低硅铝镇静钢时容易出现塞棒渣线部位侵蚀情况，尤其生产ML08Al、XGM6-1等成品碳含量在0.10%以下的低碳低硅铝镇静钢时渣线侵蚀现象发生频率较高，严重时塞棒渣线侵蚀率达到80%，塞棒从渣线部位折断导致生产中断，如图1所示。
表1 塞棒主要成分
图1 塞棒渣线侵蚀情况
1.2 渣线部位侵蚀反应机制
Marangoni效应在钢渣界面处的耐火材料的局部侵蚀中起重要作用，在实际生产过程中，含碳耐火材料的渣线处由于界面张力的作用造成渣-钢界面发生波动，造成渣线材料的局部侵蚀，如图2所示。由于塞棒在中间包内本身处于持续进行上下往复运动，因此会进一步加剧渣线部位的侵蚀状况。
图2 耐材渣线侵蚀过程
在中间包内，为了避免钢水和空气直接接触，防止钢水二次氧化，在钢液表面加入覆盖剂进行保护。此时在中包内产生温度梯度，造成钢水和渣在渣线部位产生对流，增加对塞棒渣线部位的冲刷，这种在渣-钢界面由于对流产生的微域循环，会加剧对耐材的侵蚀。
1.3 钢水对塞棒侵蚀
在生产钢水碳含量在0.10%以下的低碳低硅铝镇静钢时，由于使用铝进行脱氧镇静，钢水会进行钙处理后上机浇铸，此时由于塞棒中的碳浸入钢液会形成脱碳层，同时钢水由于钙处理会导致钢水中CaO大幅升高，除去钢水中Al2O3变性外，过量的[Ca]和[CaO]会与塞棒基体中的Al2O3形成大量的以12CaO·7Al2O3、CaO·Al2O3等为主的低熔点钙铝酸盐流入钢水和渣中形成侵蚀现象，如图3所示，主要反应方式如下：
图3 CaO-Al2O3-SiO2三元渣系图
实际生产过程中，在钢水Al含量控制在0.045%，钙含量控制在0.010%时，仍然有侵蚀现象发生，通过现场跟踪研究发现，此时的渣线部位侵蚀主要原因为中包浇注区渣层中CaO组分与塞棒基体中的Al2O3发生反应产生同样的侵蚀状况。
取中包浇注区渣样进行检验分析，主要成分如表2所示。
表2中包浇注区渣成分
1.4 中包温度对渣线侵蚀
邢钢生产的XGM6-1超低碳钢塞棒渣线侵蚀问题最为严重，统计中包温度和渣线侵蚀对应关系，如图4所示，前3个浇次平均中包温度控制在1567~1575℃，塞棒渣系侵蚀较轻，未发生侵蚀断情况。图中后5个浇次平均中包温度控制在1577~1583℃，均出现了塞棒侵蚀断状况。
图4 中包温度与渣线侵蚀情况
改善措施
2.1 严格控制大包下渣
中包浇注区渣组分主要来源为钢包精炼渣、中包覆盖剂及钢水夹杂物上浮融入渣层。其中塞棒侵蚀较为严重的低硅铝镇静钢精炼渣为高碱度精炼渣系，渣中CaO含量控制在55%~65%。每炉的大包下渣会在中包注点区形成精炼渣富集，在转包过程中和开浇钢流冲击注点区渣面时，会造成精炼渣进入浇注区对塞棒造成侵蚀。
因此需严格控制大包下渣，使用下渣检测自动控制避免浇注末期大量下渣。同时要采用中包排渣操作，大包连续浇注5~7炉钢水时进行中包升液面排渣操作，控制注点区渣层厚度适宜。
2.2 控制中包过热度
XGM6-1钢种的钢水液相线为1535℃，过热度控制25~45℃.从实际生产过程看，当中包平均过热度达到45℃(中包温度1580℃)时，全部出现了渣线侵蚀断情况。将中包平均过热度降低15℃，实际控制平均中包温度降低到约1560~1565℃，渣线侵蚀状况得到明显改善，塞棒渣线侵蚀率可稳定控制在20%以内，如图5所示。
图5 降低过热度后塞棒渣线侵蚀情况
2.3优化中包钢水覆盖剂成分
针对中包渣与塞棒渣线反应状况，实际生产过程中无法完全避免精炼渣进入浇注区和中包过热度偏高问题，因此对中包钢水覆盖剂成分进行优化，针对不同钢种中包温度状况提高覆盖剂中MgO含量，在中包渣层内形成Mg-Ca-Al-Si多元化合物，熔点均在在1600℃以上，在塞棒渣线部位形成保护层，减缓中包渣对棒体耐材的侵蚀。
覆盖剂中MgO含量控制需根据实际控制钢水中包范围进行调整，MgO含量超过15%时，中包渣熔点会大幅度升高，生成中包温度在1560℃以下的钢种时，会造成中包浇注区渣层结壳，影响正常的塞棒控制。中包覆盖剂的加入量控制保持中包钢水液面黑面，参考实际覆盖剂成分如表3所示。
表3 中包覆盖剂成分
通过优化中包覆盖剂成分，在塞棒渣线部位形成以MgO成分为主的高熔点化合物包裹层，如图6所示，阻碍渣-钢界面反应对渣线部位耐材的侵蚀，有效提高塞棒的使用寿命。
图6 塞棒渣线部位成分
结 论
(1)通过降低15℃中包钢水过热度，XGM6-1钢种塞棒渣线侵蚀率可稳定控制在20%以内。
(2)严格控制大包下渣，采用中包升液面排渣操作，将注点区富集的精炼渣排出，减少精炼渣进入浇注区，可减少中包渣中CaO来源。
(3)通过提高中包钢水覆盖剂中MgO成分到10%以上，可减缓渣线部位耐材的侵蚀，MgO成分调整到80%以上可防止塞棒渣线侵蚀，提高塞棒使用寿命。
韩清连、李刚、霍立国
邢台钢铁有限责任公司
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