【案例】300t钢包滑板损坏原因分析及提高其连用率的技术改进

滑板作为钢包控流的一种功能性部件，在钢包的安全运行中起重要作用，滑板控流出现异常，轻者则生产中断、烧坏铸机设备，重者则对人身安全造成影响。在炼钢厂“高效化、低成本”的背景下，提高钢包滑板连用率以缩短钢包周转时间成为有效的降本措施，提高滑板连用率不仅能够节约耐材成本，还能降低劳动强度及出钢温度。谭永明等对滑板的损毁机理进行了分析，认为影响钢包滑板多炉连用的因素包括滑板质量、滑动水口机构、滑板安装操作、钢包浇钢操作等因素，控制不好都可能影响滑板连用，采取措施后滑板从1次/套提高到1.9次/套。于艳忠认为热冲击、化学侵蚀、操作因素是滑板损毁的主要原因，从滑板材质、机械维护、滑板安装、滑板使用等方面采取措施，在滑板使用安全性提高的前提下年消耗量减少700套。邱文东对铝锆碳滑板的热化学侵蚀机理进行了分析，认为碳的氧化导致工作层表面疏松，钢液中的Ca、Mn、Fe与滑板中的Al₂O₃、SiO₂反应生成低熔点物质导致扩孔速率增加，锆莫来石的分解使滑板结构疏松加剧了化学反应的进行，同时，指出了低硅、低碳或无碳滑板的发展方向。武钢三炼钢钢种结构复杂，钢包机械寿命偏高，工人操作稳定性等因素制约着滑板连用率的进一步提高。本文结合三炼钢提高滑板连用率的技术改进过程，对相关的技术问题进行了探讨。

1 滑板的使用现状及破损原因分析

三炼钢连铸系统配置有3座300t复吹转炉，3座300t精炼LF炉，2座300±精炼RH炉，3台“一机双流”板坯连铸机。浇铸钢种有管线钢、汽车板、船板钢等，浇铸温度1530～1580℃,平均钢水量280t。有34个钢包，整体座砖、上水口、上滑板、下滑板、下水口共同组成了浇钢通道(见图1)。滑板孔径85mm,浇铸周期37～55min。

图1 钢包通道示意图

钢包滑板使用过程中出现滑板板间夹钢、板面裂纹、下滑板截流区熔损、拉毛等现象，限制了滑板连用率的进一步提高。

上滑板或下滑板浇铸孔周围形成厚度0.3～1.3mm左右的夹钢片，夹钢片起始点在滑板关闭相切的位置，下滑板主要存在于截流区，如图2(a)所示。根据夹钢的严重程度不同，夹钢片的面积大小不同，小的夹钢片厚度约0.3mm,存在于下滑板截流区小范围内，不容易被发现;大的夹钢片厚度约1.3mm,存在于整个滑板板面，如图2(b)所示。通常情况下多个因素叠加导致滑板板间夹钢现象发生。

图2 滑板板间夹钢实物图

三炼钢使用钢包机械，通过4个叠簧拉力作用将上下滑板紧密贴合在一起，面压F=4K△x(K:弹力系数，△x:拉伸长度);钢水压力P=3.14r²pgh(P:罐内钢液高度对滑板产生的静压力;r:滑板半径;p:钢水密度;g:重力加速度;h:钢液面到滑板的高度)。测算后，弹簧面压F远大于钢水的最大压力P,另外，4个叠簧压力差小于2kN，能够确保滑板两侧的面压均匀。

浇铸过程中，下滑板截流区被熔损后形成明显的钝角;下滑板行程区有裂纹，裂纹扩展导致熔损，滑板快速关闭时，下滑板钝角、熔损部位残留的钢液被带入滑板间隙形成夹钢。

钢包不能自开时被迫进行烧氧操作，滑板未全开时，上滑板浇铸孔周围容易被烧损;烧氧过程中多次、快速地开关滑板会将钢液带入滑板间隙内，连用滑板表现明显;出钢前未罐引流砂会导致钢包不自开，烧氧时高速氧气流在上下滑板间隙位置回旋可导致滑板被烧损。

滑板在应用过程中产生板面裂纹，滑板浇铸孔周围相对均匀地分布4～5条宽度0.2～1mm裂纹，如图3(a)所示，上下滑板都有发生。滑板行程方向2条相对裂纹稍宽约0.5～1mm,长度30～50mm,下滑板截流区裂纹扩展后容易被冲刷成凹槽;非行程方向2条裂纹宽度0.2～0.4mm,长度延伸到钢带。厚度方向被贯穿，非行程区裂纹可见明显吸气痕迹，如图3(b)所示。

图3 滑板面裂纹实物图

滑板使用前温度很低，浇铸过程中滑板短时间内与高温钢水接触，由此产生的巨大温度梯度对滑板本体产生强烈的热冲击，此时在滑板浇铸孔外部产生了张应力，一旦此应力值超过滑板耐火材料的强度，就会形成辐射状微裂纹，此类微裂纹有利于外来钢水、熔渣和氧气的扩散、聚集和渗透,从而形成加剧化学侵蚀的诱因。

滑板熔损主要发生在下滑板截流区，滑板行程方向扩孔为90～120mm，被熔损掉的位置呈现V型，贯穿厚度方向，但部分滑板熔损后厚度方向未贯穿，工作面呈现散块状，热修岗位拉开滑板时，截流区部位耐材容易被拉散。

下滑板截流区微裂纹扩展形成开口裂纹，浇铸过程中钢流冲刷导致裂纹扩展。浇铸尾期，大包渣中的CaO、MnO、FeO与滑板中的Al₂O₃、SiO₂发生化学反应，生成的低熔物将上下滑板粘接在一起，热修岗位打开滑板时表现为粘渣掉料或散块。

滑板表面粘渣掉料主要发生在滑板行程区，重点在下滑板截流部位。观察发现，工作层表面厚度方向被粘掉2～3mm，掉料部位直径30～40mm，钙处理钢、高锰钢表现明显，热修岗位表现为滑板拉动困难，部分炉次下滑板截流区被拉散。

钢水中的Ca、Mn元素与滑板中的Al₂O₃、SiO₂发生化学反应，生成低熔点物质，该类型低熔点物质加速了滑板的侵蚀速率，另外，低熔点物质将上下滑板粘接在一起，滑板拉动困难，导致滑板工作面出现拉毛、掉料现象。

滑板的侵蚀存在钢液中Ca侵蚀，为了改善钢水的可浇性，精炼环节在钢水中喂入Ca-Al线或Ca-Si线，浇铸结束的滑板呈现“马蹄形”外观。钢液中Ca与滑板中Al₂O₃、SiO₂发生还原反应生成CaO，CaO与滑板中Al₂O₃、SiO₂进一步反应生成Al-Ca系或Al-Si-Ca系低熔物。由CaO-Al₂O₃-SiO₂系相图可知，2CaO·Al₂O₃·SiO₂熔点为1584℃，CaO·Al₂O₃熔点为1600℃，3CaO·Al₂O₃熔点为1539℃，12CaO·7Al₂O₃熔点只有1392℃，该类型低熔物在浇铸温度范围内形成液相，液相被钢流冲刷导致扩孔现象发生，同时，滑板工作面钙含量变化影响耐火材料组织结构和滑板使用寿命。另外，滑板开度较低时，高速钢流导致上下滑板之间形成负压区域，如图4所示，钢液中的Ca蒸气与吸入的氧气反应，生成的CaO富集在滑板表面，加剧了滑板的化学侵蚀。

图4 上下滑板负压区域

滑板的侵蚀存在钢液中Mn侵蚀，浇铸过程中，钢液中的锰与滑板耐火材料发生化学反应，生成低熔点物质，根据MnO-Al₂O₃-SiO₂相图可知，MnO·SiO₂的熔点只有1291℃,MnO·Al₂O₃熔点为1720℃。因此，降低滑板中的SiO₂含量提高Al₂O₃含量可以提高滑板的耐冲刷性。

滑板的侵蚀存在滑板中碳的氧化，滑板中的碳和石墨在450～500℃开始氧化，超过750℃时氧化加剧，碳或石墨的氧化导致滑板结构疏松，钢液或炉渣中的FeO、MnO等通过裂纹、气孔向滑板内扩散、渗透，加速了滑板内碳的氧化7,化学反应如下：

2 提高滑板连用率的技术改进

影响滑板连用的重要因素之一是滑板的材质与质量，选择耐侵蚀性、抗热振性好的铝碳锆质滑板，适当降低SiO₂含量有利于提高连用率。此类滑板以刚玉、莫来石、斜锆石为主晶相，以碳质材料为结合剂，热导率大，热膨胀系数小，气孔微细，ZrO₂可在1000℃时产生相变，有利于改善滑板的耐热冲击性,优化后的理化指标如表1所列。

表1 滑板耐火材料理化指标

选择适合的滑板孔径至关重要，孔径偏大将导致滑板开度降低，错孔扩大导致截流区变大，截流区易形成死区导致粘钢粘渣，影响滑板使用安全。根据伯努利方程式，通钢量与钢水高度和滑板孔径的关系为：

式中：Q为通钢量(t/min);d为滑板孔径(m);h为滑板以上钢水高度(m)。滑板孔径对应通钢量如表2所示。

表2 滑板孔径对应通钢量 t/min

三炼钢钢包包底永久层厚度180mm,工作层厚度280mm,包底到滑板距离673mm,包底残钢按0.03m计算，85mm孔径滑板极限通钢量为8.45t/min,合计浇钢时间为33.13min;80mm孔径滑板极限通钢量为7.48/min,合计浇钢时间为37.43min。

不同滑板孔径对应滑板开度(见表3),适当提高滑板开度，降低截流区面积，有利于滑板安全运行，三炼钢浇铸周期37～55min。滑板孔径由85mm减少到80mm,满足浇钢需求。

表3 滑板孔径对应滑板开度

根据钢种Mn、Ca含量要求，对钢种进行精细化分类，钙处理钢前后可以连用一炉普钢，部分钙处理钢可以连用一炉钙处理钢，普钢可以连用两炉普钢，有些钢种不允许滑板连用。

影响滑板连用的另外因素包括钢包滑板机械周期性维护和保养，定期淘汰寿命长的钢包机械。机械大修时对与产生面压有直接关系的叠簧、支撑滚轮、条形导轨应重点检查、维护和更换。

加强热修岗位精细化操作，清除滑板室内残余火泥，在全程推拉滑板的同时，观察滑板表面有无深度拉毛、裂纹及异常熔损现象，以利于滑板利用和及时更换。

在浇钢过程中尽量减少滑板的拉动次数，以降低磨损的可能性;滑板关闭时尽量点动操作，避免快开、快关;烧氧引流规范化，烧氧前滑板必须全开，引流氧管方向应当垂直，烧氧的钢包下线后及时更换滑板。

3 结语

(1)在炼钢厂“高效化、低成本”的背景下，提高滑板连用率来缩短钢包周转时间成为有效措施，滑板连用率提高不仅能够节约耐材成本，还能降低劳动强度及出钢温度。

(2)滑板板间夹钢、下滑板截流区熔损、拉毛、粘渣掉料等影响滑板安全运行及连用率提高，钢包开浇时热冲击、化学侵蚀及操作不当等是导致滑板板面异常的主要原因。

(3)钢包开浇时热冲击导致滑板孔周围产生微裂纹;钢液中的Ca、Mn元素或钢渣中的CaO、SiO₂与滑板中的Al₂O₃、SiO₂发生化学反应，生成MnO·SiO₂、12CaO·7Al₂O₃等低熔点物质，导致滑板粘渣掉料;引流操作不当容易导致滑板被烧损。

(4)滑板孔径由85mm减少到80mm,相同通钢量情况下，滑板开度增加10%,下滑板截流区面积比减少5%～7%,滑板孔径选择对滑板安全运行很重要。另外，通过滑板耐材质量提升、钢种精细化分类、机械周期性维护及浇钢时精细化操作等措施的实施，滑板连用率由1.67炉/套提高到2.05炉/套，滑板使用量年节约约2500套，经济效益显著。

文章作者：

肖同达、李慕耘、胡波、徐之浩(宝钢股份武钢有限炼钢厂)

徐国涛(宝钢股份中央研究院)