炼钢厂钢包是属于盛装高温钢水的金属容器,在生产的全部过程中接收转炉钢水后由天车吊运至连铸区域进行浇钢作业,在钢包的底部有一套滑板机构,这套机构由钢构和耐材组成。在连铸中间包上方,人工打开滑板机构,钢包内钢液自动流到中间包内,完成钢液在容器之间的转换。在钢包底部,钢液密封依靠滑板之间的紧密配合,滑板机构由液压驱动,滑板周边由上水口、下水口等配套的耐材组成,钢包底部滑板机构示于图1。

  某钢厂使用智能钢包(机构中使用下渣检测感应线圈,普通包没有此装备)。钢包在使用的过程中,出现了多次上水口与座砖之间、上水口与上滑板之间的滋钢穿包事故,通过技术人员与现场施工维护人员不断分析和改进,最终使得钢包运转稳定,安全顺行。

  针对多起智能钢包出现的滋钢漏包事故,专业方面技术人员结合设计部门、使用单位、维护部门进行多次跟踪、讨论,发现如下几处设计缺陷。

  智能钢包上水口包裹在座砖内部的长度为140 mm,在座砖外部的长度为115 mm,水口与座砖依靠耐火胶泥粘结为一体长度仅为140 mm,整体强度差于常规包(常规钢包水口完全包裹在座砖内部,长度255 mm)。水口与钢构之间的密封和粘结依靠密封胶泥耐材,两者不属于同类材质,无法熔合到一起,高温下两者的膨胀系数差异较大,会形成空洞,水口与座砖整体强度差。现场安装图示于图4。

  滑板机构依靠安装板做固定,安装板与包底连接采用4个螺栓焊接固定,安装板总厚度为70 mm,其中增加了下渣检测线 mm,内径大于安装板的内径,有15 mm左右的偏差,形成错台。智能包与常规包的安装板对比如图5所示。

  在普通包上水口安装过程中,水口与水口座砖紧密配合,图6为普通包的水口安装。

  在智能钢包水口安装过程中,水口与水口座砖之间由于安装板空腔中有检测线圈,两者之间不是紧密配合,如图7所示。

  滑板机构在运行过程中,主要是依靠滑条压紧弹簧,滑条材质设计为45 # 钢,在高温状态下强度和韧性弱,在运行过程中出现了不同程度的磨损,表面凸凹不平,导致上滑板和水口之间夹钢和滋钢,最终烧坏机构,出现漏钢事故。

  (4)智能包的滑板最初设计为水滴形,依靠四个角的卡块又称顶紧器(与滑板接触边缘为直线型)做固定,卡块与滑板之间是线接触,包裹力不够。现场滑板及固定方式如图8所示。

  (5)水口座砖内部的水口顶台设计尺寸小。在使用到中后期时,座砖内腔内表面和水口顶台(材质为铝镁碳材质)出现氧化、侵蚀、剥落,被迫提前下线。

  钢包的上水口是安装在水口座砖内部的,座砖与包底连成一体,在每次钢包下线检查、加砂过程中,都需要对水口内部的杂质使用氧管进行清扫,又称清洗水口。水口座砖材质为铝镁碳质,内部有顶台,主要是固定上水口的前端位置。在清洗水口过程中,氧气会逐渐侵蚀座砖内腔表面和前端的顶台,造成座砖内腔表面氧化剥皮、脱落,前面的顶台侵蚀殆尽。在安装新水口后,水口失去顶靠力,在人工安装过程中会朝内产生位移,同时由于座砖内腔氧化,水口与座砖之间的泥缝加大,包裹强度减弱,如图9所示。

  ① 在更换上水口、上滑板过程中,人工需要用外力进行上水口安装。安装时,由于上水口与水口座砖之间的密封胶泥烧结时间短,整体粘结强度弱,上水口朝座砖内部会产生位移(水口座砖的内部顶台侵蚀后),导致上水口与上滑板的子母扣之间的间隙加大;同时强大的滑板面压力和油缸拉动力导致上滑板和上水口之间的耐火胶泥松动,从而出现滋钢。从滋钢的位置看,都在滑板运动的同一方向。

  ② 滑板之间的使用压力为7 MPa,为减少夹钢和板间滋钢,通过调整弹簧和压力档位,将滑板面压力调整为11 MPa。在生产开浇时,拉动下滑板(上滑板与上水口配合固定不动),强大的挤压力传递至上滑板,上滑板和上水口受力,水口可能朝座砖内部移动(水口座砖的内部顶台侵蚀,座砖内腔表面氧化、剥落)。同时在油缸强大拉力下,导致上滑板产生横向位移,上滑板和上水口之间的耐火胶泥松动,出现滋钢。

  针对以上智能钢包在使用的过程中暴露出来的缺陷进行研究和分析,结合现场进行了一些整改。

  下渣检测线圈镶嵌在机构安装板内部,且与安装板孔洞因尺寸偏差形成错台,构成空腔,为了消除这种隐患,制作一种保护套,镶嵌在线圈外部,既填补了空腔位置,消除了错台,又增加了对线圈的保护。现场改造如图10所示。

  在实际生产的全部过程中,下滑板在滑板机构带动下进行运动,上滑板始终处于静止状态,以此来实现上下滑板孔洞对齐,达到钢液流动和关闭的状态。为了能够更好的保证上滑板在使用的过程中不会产生位移,对滑板的固定卡块(连接在整个安装板上面)不做改动,而对上下滑板进行了改造,由原来的水滴形改为八角形,如图11所示。这样滑块的固定方式由线接触改变为面接触,增加了接触面积,增加了包裹强度。

  钢包水口座砖在使用中其内部的顶台由于使用氧气清扫水口不断产生侵蚀,水口在使用的过程中出现内移的症状,造成上水口与上滑板之间的密封胶泥松动,从而出现渗钢、滋钢,严重时会导致漏钢事故。针对这个设计缺陷,技术人员结合现场人员对座砖内部的顶台和内径进行改进。具体改进尺寸如图12所示,即在原来的尺寸上面增加20 mm,增大了水口与顶台的接触面积,从而减小了座砖的侵蚀速度,延长了常规使用的寿命,减缓了水口在使用的过程内移的几率,杜绝了上水口、上滑板之间渗钢、滋钢的事故。与此同时,针对水口座砖改造,相应的上水口也进行了改造,具体尺寸如图13所示。

  经过对炼钢厂新型智能钢包使用的实践、摸索和总结,通过对多次事故的认真分析和研究,最终对钢包滑板机构进行一系列的改造,目前钢包滑板机构使用比较平稳。根据现场数据收集统计,2019年钢包事故9起,2020年钢包事故降为6起,年事故率降低25%。在后续使用的过程中,专业方面技术人员需接着来进行跟踪,不断地做调整和改进,以达到现场安全生产。