滑板穿钢事故原因分析及预防

滑板穿钢事故原因分析及预防

2008年10月13日夜班82102823炉出现滑板穿钢。当班人员分析认为:该炉开浇时，机构左侧肘关节铰链未关到位，钢包上线前操作工未进行仔细检查，盲目使用，开浇时，滑动机构在承受液压缸的作用力下门框反弹，导致两滑板砖之间的面压不均，一侧受力较大，一侧受力较小，当钢水的压力超过两滑板之间的面压时，钢水钻入两滑板之间，造成滑板穿钢。通过这次事故，结合我公司炼钢厂曾经出现的穿钢事故分析，滑动水口漏钢部位主要出现在 :座砖与上水口砖之间 ，上水口砖与上滑板砖之间， 上下滑板砖之间 ，下滑板砖与下水口砖之间。

泰山不锈钢厂年产量为60万t 。钢包公称容量为75t ，在线周转钢包14个，滑动机构为HKF.QH70D 型，驱动装置为液压，滑动水口铸口直径为φ55mm ，自动开浇率95%左右。

钢包出现滑板穿钢事故，将导致铸机断拉，烧坏连铸机设备等恶性生产事故，严重威胁着人身和设备的安全。随着炼钢节奏的进一步加快，对加快钢包周转，减少生产事故提出了更高的要求，而保证滑动水口的安全运行是前提条件。对于生产节奏越来越快的泰山不锈钢厂来说具有十分重要的意义。

钢包滑动水口一般由驱动装置、机械部分和耐火材料部分（即上下滑板、下水口）组成。滑动水口的工作原理是通过滑动机构使上下滑板砖滑动，从而带动流钢孔的开闭来调节钢水流量大小的。一般滑动水口漏钢主要发生在滑动水口耐火砖即上下滑板的接缝处。

2 钢包滑动水口漏钢原因分析

2.1 滑动水口机械部分对漏钢的影响

1) 上下滑板不平行或在使用过程中变形. 根据公式P ＝N ×μ×ΔX(式中：P 表示滑动机构提供给滑板的面压，N 表示面压弹簧的个数，μ表示面压弹簧的弹簧系数，ΔX 表示工作时弹簧的压缩量) 可知，当机构活动模框、固定模框变形或加载面压部分的磨损量超过规定值时，在规定的面压加载行程内，弹簧的压缩量减少，不能产生足够的滑板面压；导致面压不足；钢水的静压力大于滑板面压时，滑板间出现缝隙，导致浇钢过程中滑板间漏钢。

2) 操作失误造成一侧弹簧缺失, 致使滑板两侧面压不均, 缺失弹簧侧翘起穿钢。

3) 滑板有微细裂纹，在使用前没有检查到，开浇时，滑板受驱动装置拉力作用和热应力的影响，突然断裂，滑板砖的一侧面压突然消失，在包内钢水静压力的作用下，滑板砖之间产生缝隙，钢水便会立即从两滑板砖中间穿出。

4) 滑板的加工尺寸偏差大，滑板中固定滑板砖的凹槽深度大于滑板砖的尺寸，滑板与滑板砖不能有效配合，导致两滑板砖之间有缝隙，钢水钻入两滑板砖之间，造成滑板夹钢或漏钢，另外，还会影响到下滑板砖与下水口砖之间的面压，造成该部位渗钢或漏钢。

2.2 滑动水口耐火材料对漏钢的影响

滑动水口的耐火材料部分是滑动水口的核心部分，是直接接触、控制钢水的关键部件，其物理、化学性能是决定滑动水口能否正常使用的关键因素。

1) 水口座砖高温强度低，在用风镐热换钢包上水口砖时，风镐头经常会打坏座砖，使座砖扩径，座砖与上水口砖之间缝隙大，钢水浇注时，钢水在座砖部位形成涡流，受钢水冲刷

作用的影响，钢水易渗入缝隙，发生上水口砖周围漏钢事故。

2) 钢包上水口砖的热稳定性差，上水口砖在使用过程中，随着钢包的周转，浇钢和空包热修之间温度差别较大，受急冷急热的影响，使用时易发生炸裂现象，如不能及时发现，钢水通过上水口砖的炸缝从上水口砖与座砖之间的泥缝渗出。

3) 滑板砖不耐钢水的侵蚀和冲刷，在滑动水口半流浇注时，下滑板砖由于对钢水的截流，受钢水的冲刷作用较强，长时间作用时会在滑板砖上形成凹槽，在收流关包时钢水在凹槽处凝结，导致两滑板间夹钢，滑动水口不能开闭，注流失控。

4) 滑板在使用过程中有裂纹产生，且异常扩大，钢水沿裂纹对滑板产生“V ”字型熔损，滑板外缘的铁箍发生偏移或断裂，导致滑板在使用过程中开裂。

5) 下水口砖使用时炸裂，下水口砖在受钢时，受热应力的影响会出现横向的裂纹，在钢水压力的作用下，裂纹逐渐扩展成裂缝，钢水从中渗出，严重时裂纹下部的耐火材料受自身重力和钢水压力的作用而断裂。

6) 耐火泥不耐钢水的侵蚀和冲刷，导致接缝在使用过程中渗钢或结钢，发现不及时会造成上水口砖与座砖之间及上水口砖与上滑板砖之间漏钢。

2.3 操作对滑动水口漏钢的影响

1) 耐火泥在配水施工时稀稠度控制不当，耐火泥过稀，则会被挤出，起不到对滑板砖的支撑作用，同时也不耐钢水的冲刷，易在此部位结钢；过稠则耐火泥不能均匀的铺展开，上水口砖同上滑板之间存在间隙，钢水会从逢隙中钻出。

2) 销子备的松，当锁紧滑板的销子未打紧，导致两滑板之间的面压较小，低于水口内钢水的压力，钢水从两滑板之间穿出。

3) 滑动水口的底座松动，在开闭滑动水口时，销子随底座上下移动，并且随着开闭次数的增加，销子向开启方向退出，导致销子松动。

4) 上水口砖与上滑板间抹泥少，上滑板的上部将失去支撑，不能保持与下滑板紧密配合，钢水从两滑板间穿出。

5) 钢包浇注操作工操作失误，当钢水不能自动开浇需要烧氧开浇时，操作工没有将滑动水口开全，用氧管将上滑板滑动面烧坏或烧穿，引起滑板之间夹钢或穿钢。如图:

6) 滑板的滑动面有钢渣，装包操作时没有清理干净，导致两滑板机构之间有缝隙。

7) 在吊包向钢包车座包的过程中，滑动机构碰在钢包车或者其它物体上，导致滑动机构损坏。

8) 在向中间包内浇钢时，由于开浇过猛或中间包结渣盖或大包长水口清理不彻底，造成钢水上翻，溅到滑动机构上，导致滑动水口机构不能开闭，注流失控。

9) 由于钢水温度或钢水流动性等原因, 当连铸机由正常的浇钢改为控流浇钢时，使下滑板面与钢水的接触面比正常浇钢时增加(见图1) ，而滑板面与钢水的接触面越大，钢水对滑板的侵蚀越快。当滑板面出现侵蚀沟时，滑板间会产生较厚的夹钢层；加上滑板控流频繁，短时间内全行程滑动次数比正常浇钢时的大大增加，使滑板面的拉毛加剧，滑板面损坏加剧，从面导致钢水漏出。

2.4 钢水冶炼对滑动水口漏钢的影响 [Ca]对滑板的毁损

为了抑制Al2O3在中间包浸入式水口处粘附、结瘤血堵塞水口，在精炼末期需进行Ca 处理操作，一般添加Ca 合金，如Ca —Fe 线、Ca —Si 线，使其与钢中夹杂的Al2O3发生反应

生成低熔物，从血改变铝权化物夹杂的形态，随着底吹氩气泡的上升血排出钢液。担加入的Ca 合金过量时，即其添加量超过了与钢水中Al2O3反应所需的量，则过剩的[Ca]会加速滑板的侵蚀。其侵蚀过程如下；滑板中的Al2O3首先被钢水中的[Ca]还原生成CaO 和Al 然后生成的CaO 再与滑板中的Al2O3反应，形成Al2O3—CaO 系低熔点化合物血被钢液冲刷掉。

通过对钢水中[Ca]含量与滑板侵蚀程度的跟踪，发现：当钢水中[Ca]含量(质量分数，下同) ＜0.003%时，主要生成高熔点的CaO ·3Al2O3(熔点1850℃) 和CaO ·2Al2O3(熔点1750℃) ，对滑板的侵蚀作用较微弱；当钢水中[Ca]含量为0.003%~0.005%时，生成部分高熔点的CaO ·3Al2O3、CaO ·2Al2O3及部分低熔点的CaO ·Al2O3(熔点1600℃) 和12CaO ·7Al2O3(熔点1415℃) ，对滑板的侵蚀加重；当钢水中[Ca]含量＞0.005%时，生成大量的12CaO ·7Al2O3低熔物及部分CaO ·Al2O3，对滑板的侵蚀非常严重，可能导致滑板在短时间内漏钢。

2 钢包滑板间漏钢事故的预防措施

1) 在浇注钙处理钢液时，钢水中的Ca 及CaO 将与铝碳或铝锆碳质滑板砖中的AL2O3和SiO2反应，生成低熔点的12CaO.7SiO2及2CaO.SiO2.AL2O3等物质，这些低熔物被钢水冲刷掉，使得滑板砖表层的AL2O3和SiO2含量迅速降低，从而使滑板砖的工作面过度蚀损，导致滑板砖之间夹钢或漏钢。以下几个原因可能导致[Ca]含量产生波动：a) 喂钙线过程中钢包吹氩量过大；b) 出钢量波动，没有及时调整喂线量；c) 喂钙线后过旱取样，钢水混合不匀，[Ca]含量不具代表性了；d) 加钢芯铝进行脱氧时，吹氩过小，钢水混合不均匀或取样过早，造成样品不具代表性；e) 钙线本身材质波动。因此，为防止[Ca]过量，喂钙线前一定要进行测温取样，根据出钢量、钢水温度、钢水中[Als]的含量、钙线的收得率及钢种所要求的Ca 、Al 质量比来控制钙线喂入量(吨钢3~4m)、底吹氩量(50L·min) 和喂钙线温度(1590~1605℃) ，确保钢水的终点[Ca]含量在控制范围内。

2) 当钢水中的氧含量较高时，使滑板中的碳和石墨发生氧化，形成脱碳层，导致滑板砖工作面的气孔率增加，强度降低，加剧了钢水对滑板砖的机械冲刷和化学侵蚀。脱碳层的形成:滑板表面的碳在浇钢温度(1550~1600℃) 下被氧化，形成脱碳层，导致滑板工作面的气孔率增加，强度降低，其与钢液接触时，钢液中的FeO 、 MnO 、[Ca]通过气孔向滑板内扩散、渗透。

3) 出钢后钢包内钢水温度过高，部分炉次1660℃以上，在没有炉外精炼调节温度的情况下，对滑动水口耐火材料的热机械损蚀及热化学侵蚀加剧，导致滑动水口炸裂渗钢及损蚀漏钢。

3 预防措施

3.1 加强对滑动水口机械部分的验收与点检

1) 对于滑动水口的关键部件滑板使用前要做好精细的测量，保证各部位尺寸公差符合规定要求。

2) 每次装包操作时都要对滑动机构进行仔细的检查，更换变形、开裂的机件，清理干净滑盒内的残钢残渣。

3.2 选用优质的耐火材料

1) 滑动水口用的耐火材料要有高的高温强度，特别是钢包座砖，经得住换上水口砖时的机械损伤及钢水的冲刷，要与包衬的使用寿命同步；

2) 热震稳定性好，使用时不炸裂；

3) 荷重软化点高，抗氧化性好，使用时孔径不变形，无凹陷、麻面、拉毛现象；

3.3 优化操作

1) 抓好过程控制，对耐火材料认真进行检查，保证耐火材料的外观和内在质量。

2) 上水口砖及座砖内腔的残钢残泥清理干净，装满引流砂，提高钢水自动开浇率，避免烧氧开浇。

3) 钢包内钢水浇完后及时关闭滑动水口，防止包内熔渣流入水口内。

4) 根据座砖、上水口砖的扩径情况及上水口砖凹进底座基准板的深度及时调整耐火泥的软硬度和用量大小。

5) 加快钢包的周转，减轻对钢包耐火材料的热震损伤。

6) 严格按照操作要点进行滑板的安装。将模框、滑板工作面及背面的杂物清理干净；烧氧时使滑板处于全开状态。

7) 抓好冶炼过程控制，保证终点钢水温度，严格控制钢水终点的氧和钙含量。

3.4 实施工艺改造

1) 在锁紧销部位增加止退销，并抹上一定的耐火粘土，防止销子在使用时松动。

2) 在滑动机构的下面增加防护板，减少钢水直接辐身射和飞溅以及钢水和钢渣的粘附，提高了机构的寿命和安全性。

3) 实施钢包上水口在线热态整体更换技术[3]，在不使用风镐的情况下在线将上水口整体快速的拆除，减轻了换水口时对座砖的机械损伤，杜绝了因座砖扩径而导致提前下包，而且大幅减少了包衬的热损失。

4 实施效果

实施预防措施后，使得滑动水口漏钢的比率大幅降低，钢包周转时间减少，减少钢包离线保温能源消耗，为降低出钢温度创造了条件，提高了包衬的综合使用寿命，每年可降低生产成本82万余元。采取措施前后的对比情况如表2所示：(钢包机构8119.66元/套) 5 结论

通过研究滑动水口漏钢的原因，制定针对性的措施，可有效减少滑板穿钢事故，降低工人的劳动强度，加快钢包的周转，节约能源消耗，促进生产的稳定顺行。

2009年3月10日