提高钢包自动开浇率

2010-05-02尤良

科学之友 2010年17期

尤良

（太原钢铁集团不锈钢股份有限公司第二炼钢厂，山西太原 030001）

钢包能否达到自动开浇，直接影响着钢水质量、工艺流程的顺行和生产率。钢包中的钢水如在滑板打开后不能自动流出，就需要倒包或用氧管烧开的方法来处理。倒包一方面可能导致钢水温度降低而回炉处理，另一方面影响连铸生产节奏可能造成断浇。采用氧管烧开的方法一方面可能导致部分钢水二次氧化而降低钢水质量，另一方面可能造成刺钢等恶性生产事故，同时也影响生产节奏。为进一步提高钢包的自动开浇率，实现不同钢种、不同工艺流程等而达到钢包自动开浇率100%的目标，现就影响钢包中钢水自动开浇率的因素进行分析，并结合二钢厂的实际情况与大家探讨。

1 二钢厂南区钢包自动开浇情况

1.1 钢包钢水自动开浇

钢包钢水自动开浇是指盛钢水的钢包在将其滑板打开后，钢水能自动从钢包中流出，顺利地浇注到中间包内。其开浇原理为：当钢水与引流砂接触后，高温钢水会使上部的引流砂形成很薄的烧结层，打开滑板时，烧结层下面的引流砂受重力作用顺上水口、滑板及下水口流出，从而使烧结层形成空壳；钢水静压力压破形成空壳的烧结层而使钢水从水口自动流出。

1.2 二钢厂南区钢包自动开浇率的提升过程

（1）2004年10月份以前，本厂钢包加引流砂方式为投掷式，引流砂材质为硅砂，钢包自动开浇率很低，其不锈钢钢包（75 t）自开率为85.26%，碳钢包（80 t）自开率为90.64%。

（2）2004年11月-12月份进行引流砂材质的试验和更换，引用河南西峡生产的铬质引流砂，钢包自动开浇率有所提高，其不锈钢钢包（75 t）自开率为96.12%，碳钢包（80 t）自开率为97.48%。

（3）2005年1月份对钢包加引流砂的方式进行改变（改成导管式加砂）后，钢包自动开浇率又有所提高。2005年不锈钢钢包自开率为97.27%，碳钢包自开率为98.37%。

（4）从2006年1月份开始对碳钢引流砂进行了烤砂操作，从2006年3月份开始对不锈钢引流砂进行了烤砂操作。增加烤砂操作后，本厂钢包的自动开浇率进一步提高，不锈钢钢包的自动开浇率从2006年3月-6月为98.16%，碳钢钢包的自动开浇率从1月-11月为99.64%。

（5）针对不锈钢钢种的特殊性，从2006年7月份对不锈钢钢包水口的清洗方法进行了改进。不锈钢钢包的自动开浇率从2006年7月-11月为99.13%。

（6）在2007年和2008年两年的实践过程中，经过对操作过程的进一步细化、生产节奏的进一步控制以及钢包调配等方法，目前南北区80 t和180 t的碳钢包自动开浇率达到了99.8%以上（其中有2个月达到了100%自动开浇水平），由75 t不锈钢钢包扩容后的80 t不锈钢钢包及北区180 t不锈钢钢包的自动开浇率一直在99.5%以上运行。

2 影响钢包自动开浇的因素

由于生产条件、钢包容积、引流剂的质量和冶炼钢种的不同，钢包的自动开浇率也存在较大的差别，本厂从2003年到现在，钢包的最低自动开浇率为73%，最高可实现100%自动开浇。从本厂对钢包引流的不断研究过程、从操作方式或方法上的改进以及引流指标提升过程，可以总结出：影响钢包自动开浇率的因素不仅与引流剂的自身性能有关外，还与工艺流程、操作条件及操作水平有很大关系。通过在生产实际过程中观察，发现影响钢包自动开浇率的因素主要有以下几点：

2.1 引流砂的质量

钢包用引流砂主要是石英砂（硅砂或海砂）和铬砂两种，其中石英砂（硅砂或海砂）自动开浇率为75%~85%，早被大多数钢厂所淘汰，所以这里只对现在钢厂广泛应用的、具有适应钢种和工艺流程性强的、自动开浇率比较高的铬砂进行探讨。

铬质钢包引流剂的主要原料是铬矿砂、石英砂和一定量的添加剂（其成分要求见表1）。在钢包水口中的引流砂在接触钢水后，一般形成三层结构（熔融层、烧结层、松散层）。①熔融层是由于引流砂接触钢水后被高温钢水熔化所产生，要求不易过多，最好是没有，因此要求铬砂具有较高的耐高温性能。②烧结层处于熔融层下方，也是由于温度高而烧结形成，其作用可以防止钢水不断向下渗透；由于自动开浇是依靠钢包中钢水的自重产生压力将烧结层压破的，所以烧结层不易过厚。因此，要求砂有高的烧结温度，保证在一定钢水温度下不过度烧结。2007年4月份开始冶炼钢种TTS443时（出钢温度和过程都在1 700℃以上），不锈钢钢包自开率只有2/3，经过改进引流砂后，有明显提高。③要求颗粒配比适当，钢水不容易渗入引流砂也不会造成棚料。钢水侵入引流砂的颗粒之间，随着钢水温度的降低逐渐开始凝固，形成强度较大的砂钢混合凝固层，容易造成不能自动开浇。为实行自动开浇，本厂对引流剂粒度和形状要求为：近似圆形为好，多棱型也可以，但是一定要拒绝片状、尖、棱角状等形态，铬矿砂粒度为1.60~0.15mm为好，石英砂粒度在2.50~0.15 t为宜；配制粒度中不能夹杂其他杂质和异物。④为保证引流砂从水口中流出顺利，要求铬砂有低的热导率，受热后膨胀值小，不易炸裂，流动性好。⑤要求加入适当的添加剂。加入适当润滑剂可以减少引流砂颗粒之间的摩擦力；铬砂熔融后在碳素材料作用下形成二次尖晶石发生体积膨胀，也有助于自动开浇。

总的来说，对引流砂的要求包括：流动性好、化学稳定性好、隔热性好、烧结性适度、耐火度高。

表1 铬质钢包引流剂原料要求

2.2 引流砂加入方式以及加入量

引流砂加入方式和填充水口的状况不当，影响钢包自动开浇的份额是相当可观的。一般加入方式有导管式和投掷式两种。从我厂的开浇情况看，导管式加砂的开浇率比人工投掷式好的多。两种方式的优点和缺点对比见表2。

通过两年来的不断摸索和实践，本厂目前对引流砂在上水口的填充方式和填充量的要求为引流砂加成“锥”型。引流砂加成“锥”型，这样，可以增加钢水对烧结层的接触面积，也相当于增大钢水对烧结层的静压力。

表2 投掷式和导管式加砂对比

2.3 钢水在钢包中的滞留时间

从2004年7月-2005年3月不锈钢未开浇炉数的数据404炉钢水（2004年7月-12月生产2 892炉，其中有353炉未实现自动开浇；2005年1-3月生产1 868炉，其中有51炉未实现自动开浇）分析发现：钢水在钢包中停留时间≤2 h时，自动开浇率最高；在2~4 h之间，随着时间延长自动开浇率下降；在4~6 h之间自动开浇率又有所回升；在6 h以上，自动开浇率再次有所下降；经过VOD处理比不经过VOD处理自动开浇率下降6%左右；从吹氩结束到钢水开浇时间在20min以上时，钢包自动开浇率明显下降，具体情况见表3。

表3 2004年7月-2005年3月不锈钢包开浇情况

随着冶炼工艺的不断完善、钢包上线温度的提高、全连铸生产的全部实现，通过加强生产组织的管理，使钢水在钢包中的滞留时间也趋于稳定和缩短，这也是钢包自动开浇率提高的一个因素。

2.4 引流砂干燥程度

含水分多或潮湿的引流砂加入钢包水口中后，产生的水蒸气在高温下和石英SiO2反应可以生成类似硅胶的产物，容易将其他引流砂黏结到一起，导致钢水自重不能压破而产生引流。因此，将引流砂烘烤干燥也可以提高钢包的自动开浇率。

2.5 水口安装及清理工作

对于钢包的自动开浇，作为修包工必须注意把座砖及上水口的冷钢和安装滑板时留下的残泥清理干净，否则对自动开浇不利。修包工操作影响开浇的因素主要有：①水口内的残余冷钢清理不干净，就会减小水口的直径，从而影响到引流砂的加入量和打开滑板时引流砂流下的速度。②水口座砖周围的废钢清理不干净，一方面影响引流砂加入量，另一方面在在线烘烤时由于温度升高废钢会黏结引流砂，阻碍引流砂的顺利流出。③正包后包底废渣掉入水口，灌砂时没有发现而堵塞水口。④滑板安装完毕后，多余滑板泥料清理不干净而堵塞水口。⑤安装上水口后不经过烘烤而直接用于加砂（原理相当于引流砂受潮）。

基于上述因素，对修包工在热修钢包时应注意以下几点：①水口及其座砖周围的废钢要清理干净。如钢水粘包底严重，要采用从包前清理的方法进行清理，确保水口座砖的喇叭型盛砂漏斗完全清理干净。②滑板安装完毕后，要将多余滑板泥料清理干净后再用风管吹扫。如只用风管吹扫或清理不干净就要风管吹扫，滑板泥料在风力推动作用下向前移动，可能被停留在上水口和座砖接头之间的（滑板泥料由于自身重量和黏结性），从而在正包后堵塞水口。最好是使用具有一定弯度的风管从包后水口伸入清理，以确保水口座砖的喇叭型盛砂漏斗中的泥料清理干净。③新安装的上水口最好不要及时灌砂，最好用火烘烤（给滑板和水口预热）10min后再进行灌砂操作。④灌砂以前，灌砂工要检查水口是否有异物。如发现有异物堵塞水口或水口中发红，要翻包后再进行灌砂操作。

2.6 钢包上线温度

钢包包底温度越高，对开浇率越有利。从2005年1月份起，不锈钢钢包上线温度平均提高了200℃，碳钢钢包上线温度平均提高了150℃。尤其是后来的烤包器改造，使钢包上线温度又进一步提高。目前，碳钢钢包和不锈钢钢包的上线温度基本上控制在1 000℃左右。

2.7 出钢温度和过程处理温度

引流砂由于其性能和材质限制，其耐火度和烧结衬的厚度也都有一定的局限性。在没有办法提高引流砂质量或减薄烧结层厚度的情况下，可以考虑出钢温度和过程温度。安阳钢铁公司二炼钢厂在2003年下半年通过使用蓄热式烤包装置强化钢包烘烤、钢包加保温盖等措施后，使出钢温度降低了30℃左右，钢包自开率提高10%左右。

2.8 出钢时钢流方向及相对钢包的位置

出钢时钢流方向及相对钢包的位置对钢包的自动开浇影响也比较大。2007年5月份，二钢厂南区进行了技术改造，1#不锈钢转炉由出钢口出钢改为炉口出钢，钢包水口位置正好处于转炉出钢时注流的边缘，转炉出钢时注流将水口中的部分引流砂冲刷，钢水进入水口内，并在水口上部凝固结壳，导致开浇时只有少量引流沙流下、钢水不能压破钢水凝固壳，从而使6月份不锈钢钢包的自开率一度滑坡到64.71%。7月份采用“出钢前在引流砂上加10mm厚钢板制作的帽子，沿包壁出钢至1/4后再快速出钢”的方法后，钢包自开率明显好转，恢复到了99%以上。

另外，钢包容量及高度、水口座砖及水口的设计、二次出钢、出钢前向钢包内加脱硫剂、精炼方式、吹氩时间、出钢过程中或出钢后向包内加冷钢等也会影响到钢包的自动开浇率。