板坯连铸机中间包塞棒断裂问题分析与改进措施

塞棒是连铸机生产过程中所使用的一种定型耐火材料，其可以保证结晶器液面稳定，控制钢水线性流速，保证铸坯表面质量与内部质量。在实际生产中，塞棒对炼钢生产的稳定起着至关重要的作用，塞棒出现问题，如侵蚀、断裂、结瘤等，均会造成结晶器钢水液面波动过大，严重时导致连铸机提前关流或被迫拉下。

塞棒断裂问题分析

某钢厂板坯连铸机频繁出现浇钢过程中塞棒断裂问题，严重影响了连铸机的正常生产，对事故情况统计，中间包烘烤时或开浇时塞棒头掉比例为20%,其余情况是在浇注过程中塞棒头掉或塞棒由上沿以下650～700mm位置出现断裂，断口呈现“V”字形，见图1。统计2021年出现塞棒事故12次，平均每月1次，每次事故均造成连铸机非计划停机，需重新烘烤中间包、备机、开浇，打乱了正常的生产计划，故急需解决塞棒问题，稳定连铸机生产，降低成本损失。

图1 塞棒断裂形貌

对塞棒事故进行统计分类，认为影响塞棒断裂和塞棒头掉落的主要因素是热震、强度和塞棒的设计安装问题。

2.1 热震问题

从塞棒的本体和塞棒头材质设计、塞棒的制作工艺进行分析，认为目前采用的塞棒材质符合工艺要求。该钢厂以碳素结构钢、高碳钢和部分中碳合金钢为主，对塞棒的侵蚀小，塞棒没有设计渣线，塞棒头的冲刷也不严重，正常浇钢15h,塞棒头控流良好，侵蚀均匀，分析材质的设计基本合理。从塞棒头掉的断口看，位置在50～60mm,断口平齐，首先要解决塞棒制作问题，需要调整、加强制作工艺，制造塞棒使用的原材料成分不均匀导致出现应力是塞棒断裂的直接原因。

对现场中间包的烘烤情况进行跟踪，中间包烘烤存在烘烤效果低的问题。中间包烘烤使用转炉煤气，热值一般为1300×4.1868kJ/m³,烘烤时间为3h,中间包烘烤时塞棒处于打开状态，烘烤温度为1000℃,中间包烘烤不封包，烘烤时火焰外溢严重。塞棒烘烤效果差会导致塞棒耐材热应力不均，故而产生微裂纹。在浇铸过程中塞棒在一种极端环境中工作，任何小的缺陷都会被放大。

2.2 强度问题

塞棒渣线部位断裂问题一般出现在浇钢更换水口后1～2炉、粘结恢复后、中间包快换过程等。分析认为塞棒在浇钢过程关闭时，受到横向及纵向的力作用出现裂纹，进而断裂。

对塞棒本体的强度进行分析，认为塞棒在热态下强度偏低，在钢水冲刷或受力情况下易出现断裂，需对塞棒本体强度进行加强。

2.3 塞棒的设计安装

对现场塞棒的安装进行跟踪，分析如下：①塞棒设计存在问题。浇钢塞棒打开状态，塞棒高出中间包盖200mm,按正常设计，塞棒高出中间包盖50mm即符合要求，塞棒长度太长，紧急情况关闭塞棒时，其承受巨大的外力作用，容易出现断裂，尤其渣线是塞棒变径位置，此部位更薄弱;②塞棒安装存在问题。主要是塞棒安装在离线完成，中间包上线过程可能存在晃动损伤，塞棒安装要求有“啃头”,“啃头”的存在致使塞棒关闭时产生横向力，使塞棒头或塞棒较薄弱部位出现裂纹。塞棒在浇钢过程中关闭时，操作工将模式由自动调为手动，然后用力压闸把关闭塞棒，也加剧了塞棒的损伤。

改进措施

3.1塞棒断裂问题改进

针对上述问题，考虑对目前使用的塞棒进行改进，具体方案如下：

(1)在满足生产要求的前提下，对材质进行微调，适当提高塞棒的热震性能，同时加强塞棒颈部强度。调整思路为：中间包塞棒生产配料中引入SiC微粉，重点为塞棒头部与渣线位置，并对塞棒进行了复合结构设计，使塞棒的综合力学性能得到改善，同时线膨胀系数降低。当添加5%SiC微粉时，镁碳质棒头材料的常温和高温抗折强度分别为8.2MPa和9.4MPa,平均线膨胀系数为7.1×10-⁶/℃,1100℃下热震循环3次未见明显裂纹。

(2)塞棒长度调整。目前使用塞棒过长，达到了1750mm,增加了塞棒制作难度，在使用中也会放大钢水流动所产生的横向作用力，导致棒体受力后断裂，结合现场将塞棒长度调整为1650mm。

(3)优化塞棒头，将塞棒头形状由球形改为锥型，提高塞棒的控流精度，同时将塞棒头部位的尺寸由60mm改为45mm。

3.2 塞棒安装方式改进

目前塞棒在修包区域安装，调运中间包时的震动会对塞棒造成不利影响。改进现有的塞棒安装工艺，由离线安装改为中间包烘烤前在线安装，减少中间包运输过程的影响;另外调试塞棒前检查好开闭器横梁是否存在变形情况，观察塞棒是否平直，安装调试时取消“啃头”,严格对中，避免塞棒控流时受横向力作用造成塞棒断裂。

3.3 塞棒烘烤制度优化

针对热震问题优化塞棒烘烤制度。中间包离线盖包盖时密封包沿，烘烤前严格密封，提高中间包烘烤效果;中间包开始烘烤时，塞棒处于关闭状态，中间包烘烤半小时后打开塞棒，有利于塞棒和上水口的烘烤。重新修订中间包烘烤制度，规定合理的烘烤时间，长时间烘烤缩短中间包寿命甚至废包，烘烤过程中不能停火，否则此中间包按照废包处置;严格按照中间包烘烤曲线控制煤气阀门开度，保证在烘烤1～2h期间升温至1000℃以上。

3.4 改进开浇和浇钢过程塞棒操作

针对现有中间包烘烤过程“看杆”的习惯操作，改为开浇前停止烘烤对塞棒检查“看杆”。如果塞棒存在小的偏差，则微调塞棒，以减少烘烤过程中因停止烘烤和大力调整塞棒而产生的负面影响。

浇钢更换水口、粘结恢复、中间包快换过程中，首先将模式由“自动”调成“手动”，操作工手扶塞棒闸把，塞棒依靠自身重力关闭，然后操作工压闸把关闭塞棒，进行后续操作。

实施过程及效果

按照上述措施分两步实施：首先改进中间包烘烤制度，加强中间包密封，提高塞棒烘烤效果，同时改进塞棒安装和使用操作;其次对塞棒进行优化，由厂家设计塞棒改进图纸，进行模具、塞棒制作，具备条件现场试验。

现场试验改进的塞棒，跟踪塞棒烘烤、开浇和浇钢过程，并要求每次停机把塞棒吊出，浇铸钢种包括Q235、Q345、45#、50#等钢种，观察塞棒头状况，控流良好，塞棒头均匀。

以上措施的实施取得了一定效果，塞棒断裂造成的连铸机停机事故逐渐减少，2022年该钢厂发生塞棒断裂事故仅2次，较2021年降低了10次，塞棒使用趋于稳定。

结 论

通过控制塞棒生产过程中加入的微量添加剂和优化塞棒棒形，可以提高塞棒的热态稳定性和控流精确性，有利于稳定结晶器液位，减少塞棒开关次数，提高塞棒的使用效果。

通过现场塞棒安装、烘烤和使用的改进优化，减少了塞棒出现热震和机械损伤的断裂问题，使中间包塞棒的使用趋于稳定。