连铸浸入式水口快速更换装置

huahua

1  前言
    炼钢厂都要求铸机能长时间连续浇铸，以提高产量和质量并降低生产成本。然而，浇钢用浸入式水口渣线受结晶器保护渣的侵蚀，以及钢液中的氧化铝(A1203)等夹杂对水口通道的堵塞，使此目标受到了限制。虽然改善水口耐火材料质量，改善水口形状和结构以及向其内壁吹入Ar等能延长其使用寿命，但效果是有限的。
    为此，神户制钢公司开发了不中断的快速更换SEN(Submerged entry nozzle即浸入式水口)的方法，很快在日本国内外获得推广应用。因原来的快速更换装置容易吸入空气而恶化钢质，故迫切需要对之进行改善。研究表明，吸气发生在定滑板(between plates)和动滑板(through plate)及与SEN的接合面上。为了抑制吸气，在进一步试验研究的基础上，开发了能有效压紧滑板的加载结构，以及能有效防止在上述接合面因氧化而脱碳脆化的 SEN快速更换装置(以下简称QTC装置)。
2  QTC装置概要
2.1 装置的结构
    QTC装置为三层滑板式。在滑阀(slidevalve)下部，设置了可将SEN与板坯连铸结晶器长边平行移动的导轨(guide rail)，用此导轨可更换SEN，即通过反应灵活的液压缸（cylinder），将用过并不宜继续浇钢的SEN更换成新的SEN。当SEN被承载于导轨上时，液压缸开始动作；更换结束后，液压缸再回归原位。
    浇钢中的水口各接合面可能产生的吸气主要受到滑板支持结构和下滑板保持结构的影响。SEN快速更换装置的(施)加载(荷)结构大致分为两种方式：第一种是对滑板和 SEN分别加载；第二种是以支持SEN的力对滑板加载。
    在以相同的载荷支持SEN和滑板的第二种方式中，须考虑SEN的头部可能损坏而设定了支持力，若对滑板加载不足，除了滑板接合面可能漏气之外，还可能穿钢。而在对 SEN和滑板分别进行加载的第一种方式中，却很少吸气和穿钢，这是因为在不损坏SEN的前提下，对滑板的加载力足够大之故；然而，即便是此种加载机构，如果不能将载荷力施加在下滑板流钢孔四周的整个砖面上，也易吸气或穿钢。
    QTC装置具有能分别对滑板和SEN加载的结构，且能稳定地将载荷力施加在滑板流钢孔四周的整个砖面上，故较之原来的更换装置，更不易吸气和穿钢。
    原来的更换装置是在压紧接合面的状态下更换SEN的。而采用QTC装置，必须保护好在新SEN接合面涂敷(后述)的密封材料。为此，应将SEN插入与上部接合面的间隙中。
    另外，还在导轨上安装了支持SEN的操作杆(arm)。通过所设置弹簧(coil spring)的伸缩，操纵杆A侧朝下、B侧朝上，能以足够的力压紧SEN座圈；也可将操纵杆A侧朝上而B侧朝下，以解除SEN座圈上的压力。无论是加压或释压，均可在瞬间自动完成。
2.2  QTC装置的动作流程
    用单一按钮所进行的控制即可自动完成从关闭滑阀到重新浇钢的一系列动作。如更换SEN时，从滑阀关闭至重新开始仅需3s，从关闭自动浇钢系统到重新启动之间的手动浇钢仅为60s，整个更换过程平稳、安全、顺畅。
2.3 SEN接合面密封材料
    在滑阀装置的SEN接合面上，一般都使用由耐火材料制作的软质陶瓷材料进行密封，以防止吸气或穿钢。但在滑动接合面进行的快速更换装置上，却无法使用此材料。因此，易从SEN接合面吸气和穿钢。
    在QTC装置的开发中，除要求减少从滑板间的漏气外，还须减少从SEN接合部的吸气，故研制了能取代软陶瓷材料的新型密封材料，再以喷吹方式在接合面上均匀喷涂一层0.5mm厚度、性能独特的密封材料。
    为了确认此材料的密封效果而进行了实验室试验：将SEN与下水口接合部完全密封，加热到700℃后抽真空，测定了相对于过程时间的真空度变化。结果表明，所开发的新型材料密封效果极好。
2.4  SEN的形状比较
    原快速更换装置的SEN与方形钢套配合时，须用灰泥(mortar)固定，这会增加费用。而在QTC装置上，为了确保足够的压紧力而使用了强度充分的夹持器(holder)，可将通常园筒形SEN固定在高强度夹持器上，避免采用高强度灰泥。因夹持器可多次重复使用，故减少了费用。
2.5  SEN的操纵装置
    SEN快速更换装置是在不能移动、升降中间包的条件下更换沉重的SEN系统(SEN system)。为了改善劳动条件，在开发 QTC装置时，还开发了SEN操纵器。
    吊挂在中包小车上的操纵器，可沿导轨进行与结晶器长边平行的随意移动；并且，由于采用压缩空气气缸的上、下移动操纵装置和保持SEN，从而可远距离、安全地通过切换阀门来进行操作。
    用手动控制操作可将被夹持的SEN随意在多个方向自由转动，操纵装置可轻易翻转或与结晶器长边平行移动。当SEN预热箱高度与SEN向结晶器的插入高度位置不同时，须预先设定操纵器高度。因采用空压气缸的上、下移动机构，故从预热箱中取出 SEN及向结晶器内插入SEN时，都无须考虑操纵器的位置。
3  实际使用效果
    在A制铁所的连铸生产中采用了新开发的QTC装置。具体使用条件如下：钢包容量220t、1机1流板坯连铸机、拉坯速度 1.2m／min，从上水口吹人Ar气5L／min、从 SEN吹人Ar气3L／min。按预定程序完成了 SEN的更换。
    原来每个中包平均连浇6炉次；现在连浇过程中更换2次SEN，成功连浇了19炉次，超过了预定目标。
    从使用过的滑板滑动面(含动滑板及定滑板滑动面)的状态以及SEN接合面的断面照片和低倍照片可知，滑动面无穿钢和氧化、脱C现象；并且，防止吸气用密封材料平滑、均匀地覆盖了SEN接合面，也无氧化、脱C现象产生。总之，没有吸气，密封性能良好。
    由于防止了吸气并抑制了SEN的堵塞，改善了钢质并实现了19炉次的长时间连浇。
4  结语
    为了实现更多炉次的连浇，开发了以防止滑板之间以及滑板与SEN接合面上吸气为主要目标的SEN快速更换装置，还进行了大生产应用，取得了以下成果：
    (a)实现了滑板关—开为3秒、手动浇铸为60秒的SEN快速更换。
    (b)每个浇次更换2次SEN，实现了19炉次的长时间连续浇钢。
    (c)由于采用了平面稳定加载结构和新型密封材料，可防止滑板之间及SEN接合面的吸气。
    (d)因采用可重复使用的夹持器和普通形状的SEN，故可降低生产成本。
    (e)新开发的操纵器操作简易，显著改善了原来更换SEN的恶劣劳动条件。