鋼包自開率研究與實(shí)踐

徐海芳¹ 王愛東²   魏星光²   吳元?jiǎng)?/span>²

（1唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，唐山，063001；2唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司檢修分公司，唐山，063016)

摘  要：為了解決鋼包自開率低的問題，對(duì)唐鋼一鋼軋廠150 t精煉鋼包自開率影響因素進(jìn)行了分析，通過選用合理的引流砂、改進(jìn)加砂裝置、提高上水口潔凈度、縮短鋼包盛鋼時(shí)間等措施，使鋼包自開率從原來的98.5％提高到目前的99.6％以上。

關(guān)鍵詞：鋼包; 引流砂; 自開率  

Study and Practice on Ladle Free-opening Rate of Tanggang

Xu Haifang¹ Wang Aidong²  Wei Xingguang ² Wu Yuangang²

(1.Tangshan Vocational College of Science and Technology, Tangshan Hebei 063001, China 2.Maintenance and Repair Department of Tangshan Iron and Steel Group ,Ltd., Tangshan Hebei 063016, China)

Abstract：In order to solve the problem of low free-opening rate of ladle nozzle，the influence factors on free-opening rate of 150 t ladle are studied in the No.1 steel and rolling plant of Tangang.By means of adopting a series of the measures，consist of the reasonable selection of ladle nozzle packing sand,improved the adding method,increace cleanliness of the nozzle,reduced residence time of liquid in ladle，

，make the free-opening rate of ladle increasing to 99.5%from original 98.5%．

Key Words：ladle；ladle nozzle packing sand；free-opening rate

0前言

鋼包自動(dòng)開澆是指鋼包開澆時(shí)滑動(dòng)水口打開后鋼水能自動(dòng)從鋼包內(nèi)經(jīng)上水口、上滑板流鋼孔、下滑板、下水口自動(dòng)流出，經(jīng)水口流入中間包。如果不能自動(dòng)開澆而采取燒氧引流的方法，將導(dǎo)致鋼水敞開澆鑄，會(huì)造成鋼水二次氧化，影響鋼坯的質(zhì)量，更嚴(yán)重的是如果燒氧引流失敗將直接造成連鑄機(jī)斷澆，影響煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏。隨著對(duì)鋼水品質(zhì)要求提高、品種鋼的工藝要求，鋼包不自開對(duì)鋼水純凈度影響越明顯，提高鋼包自開率，保證生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定有序至關(guān)重要。

1鋼包自動(dòng)開澆的機(jī)理

鋼包在滑板水口安裝完畢并檢查合格后，向鋼包內(nèi)加滿引流砂，在出鋼時(shí)鋼水沖走部分上表面引流砂的同時(shí)，與上表面引流砂迅速形成液態(tài)混合劑，即液態(tài)融化層，隨著熱量的傳輸，在融化層的下部又迅速形成固相燒結(jié)層，其作用可以防止鋼水不斷向下滲透，最下層是松散的顆粒狀引流砂。鋼包引流砂的三層分布示意，見圖1。

中間的燒結(jié)層由于溫度高而燒結(jié)形成，在滑板關(guān)閉時(shí)引流砂能夠承受鋼水的靜壓力而不被破壞，當(dāng)鋼包開澆打開滑板，燒結(jié)層下面的散狀引流砂受重力作用流出，鋼水靜壓力壓破形成空殼的燒結(jié)層而使鋼水從水口自動(dòng)流出^【1，2】。燒結(jié)層對(duì)鋼包自開起到至關(guān)重要的作用，燒結(jié)層過薄，無法形成穩(wěn)定的燒結(jié)結(jié)構(gòu)，鋼水會(huì)逐步深入，引流砂失去了其應(yīng)有的作用，如果燒結(jié)層太厚，又不能保證開澆自開。

2鋼包自開率影響因素與措施

2.1引流砂

引流砂的質(zhì)量主要取決于材質(zhì)、粒度、流動(dòng)性能、燒結(jié)性能和熱膨脹性能^【3】。引流砂的流動(dòng)性越好，鋼包的自開率越高。引流砂的燒結(jié)性能要求材料表層能夠輕度燒結(jié)且具有一定的強(qiáng)度，能夠防止鋼液的滲透，同時(shí)又要求燒結(jié)層的強(qiáng)度不要太高而能夠被鋼水靜壓力破壞。引流砂的熱膨脹率要小，因?yàn)榕蛎浡蚀髸?huì)導(dǎo)致引流砂的內(nèi)應(yīng)力增大，互相擠壓而增加與水口內(nèi)壁的附著力，不利于開澆時(shí)引流砂的自由下落，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的“架橋”現(xiàn)象^【4】。

   引流砂是以鉻鐵礦為主的鉻質(zhì)引流砂，還添加潤(rùn)滑劑、助燒結(jié)劑和還原劑等制成的鋼包導(dǎo)流材料。在使用條件下，鉻鐵礦中FeO反應(yīng)脫溶并形成二次尖晶石，使燒結(jié)層體積發(fā)生變化而產(chǎn)生裂紋是引流砂自動(dòng)開澆率高的主要原因。潤(rùn)滑劑的作用是降低引流砂顆粒之間的摩擦力，減少由于鋼水靜壓力過大導(dǎo)致的棚料現(xiàn)象。助燒結(jié)劑的作用是在高溫下與鉻鐵礦等反應(yīng)生成耐火度較高的脆性新相，在鉻鐵礦顆粒之間起到粘結(jié)作用。還原劑的作用是在高溫下，鉻鐵礦脫溶后能在還原劑的作用下形成二次尖晶石產(chǎn)生體積膨脹，有利于自動(dòng)開澆率的提高。

一鋼軋廠鋼包引流砂技術(shù)協(xié)議中只要求鉻含量，其他不作要求，引流砂質(zhì)量和批次穩(wěn)定性差，鋼包自開率低，對(duì)15 000爐鋼包自開情況進(jìn)行分析，當(dāng)Cr₂O₃含量≥30%時(shí)，鋼包自開率使用情況較為平穩(wěn)；對(duì)精煉鉻質(zhì)引流砂粒度進(jìn)行測(cè)量，0.2~1.0 mm之間的粒度組成在80%以上時(shí)，鋼包自開率使用情況較為平穩(wěn)。綜合分析引流砂質(zhì)量，對(duì)引流砂指標(biāo)進(jìn)行修訂，具體要求見表1。對(duì)Cr₂O₃、SiO₂、水分和顆粒度均進(jìn)行了約束，并每批次進(jìn)行取樣測(cè)量，檢測(cè)不合格的不使用。穩(wěn)定了鋼包引流砂質(zhì)量，減少了引流砂本身對(duì)自開率的影響。

但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)某些鋼種鋼包自開率偏低，如雙聯(lián)工藝鋼種、高錳鋼等，經(jīng)過與引流砂供應(yīng)商技術(shù)交流，分析認(rèn)為目前的引流砂不適用于雙聯(lián)工藝鋼種、高錳鋼等，需要對(duì)引流砂進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過研究，設(shè)計(jì)了高錳鋼系列專用引流砂，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，自開率得到提高。針對(duì)雙聯(lián)工藝，按照鋼種成分、精煉時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、開發(fā)了雙聯(lián)工藝專用引流砂以滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

表1 精煉鉻質(zhì)引流砂理化指標(biāo)%

2.2引流砂加砂操作

通過對(duì)引流砂加砂操作的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤、研究，認(rèn)為目前采用加砂操作對(duì)鋼包自開率影響比較大，目前采用加砂管加砂，但受到現(xiàn)場(chǎng)影響加砂管長(zhǎng)度不夠無法對(duì)中水口部位，加砂準(zhǔn)確性需要提高。工人將加砂管插入鋼包內(nèi)部后觀察發(fā)現(xiàn)，加砂管底部鋼管與鋼包上水口引流砂加入位置落差太大。中、小顆粒的精煉鉻質(zhì)引流砂，會(huì)在太大落差的下落過程中，飛散到鋼包上水口四周，而不是落到鋼包上水口上部起到引流作用，實(shí)際起到引流作用的精煉鉻質(zhì)引流砂出現(xiàn)粒度分布不均。精煉鉻質(zhì)引流砂在加砂過程中，飛散的中、小顆粒未能加入到鋼包上水口內(nèi)，對(duì)精煉鉻質(zhì)引流砂抗鋼水浸透等性能產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)飛散的小顆粒達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，精煉鉻質(zhì)引流砂與鋼水接觸面容易形成過厚的鋼水、砂混合層，降低鋼包自開。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)研究，對(duì)加砂裝置進(jìn)行改進(jìn)，增加了加砂管長(zhǎng)度、使用高溫下性能更好的加砂管材質(zhì)、加砂管前端一側(cè)焊裝小鐵棒，輔助加砂工人確定加砂管加砂位置和定位，同時(shí)，每個(gè)加砂位都預(yù)留了一個(gè)備用加砂管，當(dāng)正在使用的加砂管出現(xiàn)彎曲變形時(shí)，及時(shí)更換。通過對(duì)加砂設(shè)施的研究和改造，每次加砂時(shí)加砂管能伸到上水口，提高了加砂準(zhǔn)確性，減少了加砂操作環(huán)節(jié)對(duì)精煉鉻質(zhì)引流砂質(zhì)量的影響。

2.3鋼包周轉(zhuǎn)與使用

有研究表明，鋼包內(nèi)鋼水停留時(shí)間超過80 min時(shí)，鋼包自開率明顯下降，這是由于鋼水停留時(shí)間長(zhǎng)，引流砂在高溫鋼水中的作用時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致燒結(jié)層變厚，鋼水靜壓力不能將燒結(jié)很厚的渣殼沖破進(jìn)而會(huì)降低自開率。

統(tǒng)計(jì)鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間，轉(zhuǎn)爐→精煉→連鑄煉鋼工藝平均鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間為96 min，同時(shí)對(duì)全年不自開的鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間普遍大于90 min，且存在如下規(guī)律。

2.3.1鋼包周轉(zhuǎn)

統(tǒng)計(jì)了轉(zhuǎn)爐出鋼—進(jìn)精煉站、出精煉站—連鑄開澆兩個(gè)鋼包周轉(zhuǎn)過程，隨著兩個(gè)等待時(shí)間段時(shí)間的增加，鋼包自開率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，同時(shí)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)兩個(gè)等待時(shí)間段均超過40 min時(shí)，自開率降低程度明顯增加，見圖2。

2.3.2工藝節(jié)奏

統(tǒng)計(jì)4臺(tái)連鑄機(jī)自開率和周轉(zhuǎn)等待時(shí)間的關(guān)系，見圖3、圖4。鋼包周轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)鋼包受生產(chǎn)工藝、物流等影響，造成鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間不同，鋼包傳擱時(shí)間長(zhǎng)會(huì)增加引流砂燒結(jié)層厚度，進(jìn)而造成鋼包不自開。

為了避免此類現(xiàn)象對(duì)鋼包自開率的影響，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間控制在90 min以內(nèi)；控制鋼包周轉(zhuǎn)過程中的停滯時(shí)間，每段停滯時(shí)間控制在20 min以內(nèi)；控制加砂時(shí)間，縮短引流砂在鋼包中的存在時(shí)間，鋼包總的傳擱時(shí)間>150 min進(jìn)行倒包處理。通過采取上述措施，降低鋼包周轉(zhuǎn)對(duì)自開率的影響。

2.4上水口潔凈度

鋼包上水口內(nèi)冷鋼殘?jiān)�多、未清理干凈、清理后回流等，加入水口�?nèi)的引流砂會(huì)與冷鋼殘?jiān)�粘結(jié)在一起，殘?jiān)�中�?/span>MnO、FeO會(huì)與引流砂中的SiO₂反應(yīng)，生成低熔點(diǎn)化合物MnO·SiO₂和FeO·SiO₂將座磚內(nèi)的引流砂粘附在一起，造成鋼包水口堵塞，影響鋼包自動(dòng)開澆率^【5】。鋼包潔凈度涉及熱修操作、鋼包控渣操作等方面。

2.4.1熱修操作

熱修作業(yè)中，上水口和座磚區(qū)域要求清理干凈不能有殘鋼渣，若上水口內(nèi)冷鋼殘?jiān)�未清理干凈，加入水口�?nèi)的引流砂會(huì)與冷鋼殘?jiān)�粘結(jié)在一起，同時(shí)，在作業(yè)過程中，要將水口內(nèi)殘留的耐火泥清理干凈。鋼包水口、透氣磚清理干凈后，應(yīng)該將鋼包搖低角度讓液態(tài)渣流出，避免液態(tài)渣回流到上水口。

2.4.2鋼包回澆余

通過對(duì)鋼包回澆余后包內(nèi)鋼水情況調(diào)查，鋼包回澆余后，受限于生產(chǎn)節(jié)奏和回澆余操作，鋼包的潔凈度差，鋼包內(nèi)仍存在鋼渣，甚至結(jié)渣殼現(xiàn)象，鋼渣回得不徹底或不及時(shí)，不利于鋼包上水口、透氣磚清理，同時(shí)也增加了鋼包底部結(jié)冷鋼的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)鋼包底部未完全傾倒的鋼水、鋼渣混合物回流到鋼包上水口附近，形成粘結(jié)混合物，因此，制定了鋼包回澆余作業(yè)規(guī)范，要求鋼包澆注完畢及時(shí)吊包、回澆余，熱修工人與天車工配合，保證鋼包回澆余及時(shí)，鋼包內(nèi)殘余鋼、渣混合液體完全傾倒，提高鋼包潔凈度。

2.5備用包使用

對(duì)鋼包使用情況進(jìn)行研究，備用包不自開的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周轉(zhuǎn)包。統(tǒng)計(jì)2016年三個(gè)月不自開鋼包數(shù)據(jù)，備用包不自開的鋼包占據(jù)不自開鋼包總數(shù)的29%。對(duì)備用包不自開進(jìn)行分析，認(rèn)為鋼包烘烤效果差，包底溫度低是主要問題，另外新水口增加了不自開幾率。

針對(duì)備用包問題，對(duì)鋼包烘烤設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，提高鋼包烘烤效果，增加鋼包上線溫度，并同時(shí)制定鋼包上線最低溫度及使用標(biāo)準(zhǔn)，跟蹤烘烤器改造后鋼包的進(jìn)包溫度提高了100 ℃；另外針對(duì)備用包，從鋼包的周轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、精煉給電和后期氬氣攪拌時(shí)間等方面進(jìn)行優(yōu)化，提高鋼包底部溫度的均勻性。

針對(duì)鋼包新上水口不自開問題，改進(jìn)上水口制作工藝，上水口不再進(jìn)行浸釉處理，同時(shí)要求上水口安裝后烘烤8 min，降低新上水口對(duì)引流砂的影響。

3結(jié)論

1）根據(jù)鋼種、生產(chǎn)工藝，合理選擇鋼包引流砂，如雙聯(lián)工藝鋼種、高錳鋼等，需要使用專用引流砂；

2）維護(hù)好加砂裝置，提高加砂準(zhǔn)確性，有利于鋼包自開；

3）熱修嚴(yán)細(xì)操作，鋼包上水口清理干凈，鋼包回澆余及時(shí)，有利于鋼包自開；

4）合理使用鋼包，減少鋼水在鋼包內(nèi)傳擱時(shí)間，有利于鋼包自開；

5）鋼包自開率由原來平均98.5%提升到99.6%以上。

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